Βενζινάδικο «Η Σελήνη»: Επιστήμονες θέλουν να κάνουν την επιφάνεια του φεγγαριού ένα μεγάλο εργοστάσιο παραγωγής καυσίμων

Να μπορούσα στα σύννεφα, να 'χα εγώ βενζινάδικο

🕛 χρόνος ανάγνωσης: 10 λεπτά ┋ 🗣️ Ανοικτό για σχολιασμό

Με τον έναν ή τον άλλον τρόπο, οι άνθρωποι επιστρέφουν στη Σελήνη, και αυτή τη φορά θα μείνουν.

Μάλιστα, τόσο οι ΗΠΑ όσο και η Κίνα σχεδιάζουν να χτίσουν τις δικές τους σεληνιακές βάσεις στον νότιο πόλο της Σελήνης.

Σύμφωνα με το National Geographic, η επιλογή αυτής της τοποθεσίας δεν είναι τυχαία. Πιστεύεται ότι περιέχει αποθέματα πολύτιμου νερού, είτε με τη μορφή πάγου, είτε θαμμένου νερού, είτε και των δύο. Αυτά τα αποθέματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ενυδάτωση των αστροναυτών, την καλλιέργεια τροφής και την παραγωγή καυσίμου για πυραύλους. Η τελευταία εφαρμογή μπορεί να φαίνεται απροσδόκητη, αλλά η χημεία είναι αρκετά απλή. Το νερό αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο. Όταν υγροποιηθούν και τα δύο αυτά στοιχεία μπορούν να αναφλεχθούν και να χρησιμοποιηθούν ως πολύ αποτελεσματικό καύσιμο για διαστημόπλοια.

Αν αυτή η «αλχημεία» λειτουργήσει στη Σελήνη, τότε ο νότιος πόλος της Σελήνης θα γίνει κάτι περισσότερο από μια απλή επιστημονική βάση. Θα μετατραπεί σε μια αποθήκη καυσίμου που μπορεί να παράγει το δικό της προωθητικό καύσιμο, αντί να αποστέλλεται ακριβά από τη Γη. Και αυτό θα κάνει την πρόσβαση στον Άρη σημαντικά πιο εύκολη. «Τα οφέλη από την άφθονη παραγωγή καυσίμου στην επιφάνεια της Σελήνης είναι τεράστια», λέει ο Τζορτζ Σάουερς, μηχανολόγος μηχανικός στη Σχολή Μεταλλειολόγων του Κολοράντο. «Το νερό είναι το πετρέλαιο του διαστήματος».

Καμία από την τεχνολογία που χρειάζεται για να μετατρέψεις το νερό σε καύσιμο δεν προέρχεται από σενάρια επιστημονικής φαντασίας. Όλα υπάρχουν ήδη με κάποιον τρόπο, αλλά έχουν χρησιμοποιηθεί σωστά μόνο στη Γη. Η χαμηλή βαρύτητα και οι ακραίες συνθήκες του νότιου πόλου της Σελήνης είναι πολύ διαφορετικές από τον δικό μας πλανήτη. «Δεν έχουμε ιδέα αν θα λειτουργήσει κάτω από αυτές τις συνθήκες», λέει ο Πολ Ζάμπελ, ερευνητής στο Ινστιτούτο Διαστημικών Συστημάτων DLR στη Βρέμη της Γερμανίας. Και υπάρχει μόνο ένας τρόπος να το ανακαλύψουμε.

Αναζήτηση νερού στη Σελήνη

Το πρώτο βήμα θα είναι να εντοπιστεί πού κρύβεται το νερό της Σελήνης. Οι αστροναύτες δεν έχουν ακόμα εξερευνήσει οι ίδιοι τον νότιο πόλο. Και παρόλο που δεδομένα από δορυφόρους της NASA και της Ινδικής Διαστημικής Υπηρεσίας που βρίσκονται σε τροχιά έχουν δείξει ότι περιέχει νερό, μπορεί να μην υπάρχει σε αφθονία.

Όταν η σεληνιακή επιφάνεια χτυπηθεί από ηλιακό φως, η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 250°F (περίπου 121°C), ενώ στο σκοτάδι πέφτει στους -410°F (περίπου -246°C). Ακόμα και σε ιδιαίτερα κρύα μέρη της Σελήνης, οποιοσδήποτε πάγος εξατμίζεται και χάνεται στο διάστημα, καθώς δεν υπάρχει ατμόσφαιρα που να τον κρατά στην επιφάνεια.

Μερικές από τις πιο υποσχόμενες περιοχές είναι γνωστές ως περιοχές μόνιμης σκιάς, μέρη της σεληνιακής επιφάνειας -συχνά απόκρημνοι, βαθιοί κρατήρες- που ποτέ δεν εκτίθενται στο φως του ήλιου και είναι από τα πιο κρύα μέρη του σύμπαντος. Αυτές οι περιοχές «αποτελούν τη μεγαλύτερη πιθανότητα να βρεθούν μεγάλες ποσότητες νερού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πόρος», λέει η Τζούλι Στόπαρ, ανώτερη επιστήμονας στο Ινστιτούτο Σεληνιακών και Πλανητικών Μελετών. Αλλά μέσα σε αυτούς τους σκοτεινούς γκρεμούς, μην περιμένετε να βρείτε παγετώνες. «Το νερό δεν υπάρχει πραγματικά σαν παγοδρόμιο. Είναι αναμεμιγμένο με το έδαφος», λέει η Στόπαρ. «Υπάρχουν κάποια στοιχεία για επιφανειακή πάχνη, αλλά δε θα είναι μεγάλη ποσότητα».

Ακόμα και αν αυτοί οι κρατήρες αέναου σκότους είναι γεμάτοι νερό, θα ήταν ιδιαίτερα επικίνδυνα μέρη για εξερεύνηση από αστροναύτες, ακόμα και με προηγμένα σεληνιακά ρόβερ που μεταφέρουν τον εξοπλισμό τους. «Είναι αμφίβολο αν θα μπορέσουμε να μπούμε εκεί με ρόβερ», λέει ο Ζάμπελ.

Τα μεγάλα φαράγγια της Σελήνης (Ernie T. Wright/NASA/AP)

Εξαγωγή νερού από σεληνιακό έδαφος

Αν το νερό στο έδαφος της Σελήνης είναι προσβάσιμο και σε αφθονία, τότε μπορεί να εξαχθεί. Υπάρχουν πολλοί τρόποι που έχουν προταθεί για αυτό, με τους περισσότερους να περιλαμβάνουν τη θέρμανση των βράχων για να απελευθερωθεί το νερό που είναι παγιδευμένο μέσα τους. «Αν υπάρχει αρκετός πάγος κοντά στην επιφάνεια, τότε η θερμότητα μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας και ο ατμός να συλληφθεί κάτω από έναν θόλο που ονομάζεται "θόλος συλλογής" (capture tent)», λέει ο Σάουερς. Ο ατμός συλλέγεται στη συνέχεια σε ένα ψυχρό δοχείο, το «cold trap», όπου μετατρέπεται σε αξιοποιήσιμο πάγο.

Παρά το γεγονός ότι είναι ένα από τα πιο ψυχρά μέρη του σύμπαντος, η σεληνιακή επιφάνεια μπορεί μια μέρα να έχει πολλαπλές πηγές θερμότητας. Το ανακλώμενο ηλιακό φως είναι μία επιλογή. Εναλλακτικά, τόσο οι ΗΠΑ όσο και η Κίνα σχεδιάζουν να βάλουν πυρηνικούς αντιδραστήρες στη Σελήνη ώστε να μην εξαρτώνται αποκλειστικά από ηλιακή ενέργεια, η οποία μπορεί να είναι ασταθής στον νότιο πόλο, για την επιβίωση των βάσεων τους. Οι πυρηνικές αντιδράσεις που σπάνε άτομα για να παράξουν ενέργεια παράγουν επίσης πλεονάζουσα θερμότητα που μπορεί να αξιοποιηθεί για εξαγωγή νερού.

Τα τελευταία χρόνια, οι διαστημικές υπηρεσίες και οι βιομηχανικοί συνεργάτες έχουν αναπτύξει διάφορους τρόπους για να χρησιμοποιηθεί η θερμότητα για την ανάκτηση σεληνιακού πάγου. Μια πρόταση θα ήταν η χρήση ενός κινητήρα πυραύλου κάτω από έναν θολωτό θάλαμο, για να σκάψει βαθύτερους κρατήρεςκαι να εξάγει περισσότερο νερό από άλλες μεθόδους. Παρόλο που επικεντρώνεται περισσότερο στον Άρη, η NASA έχει επίσης την ιδέα «από τη σκόνη στην ώθηση» (dust-to-thrust), όπου αυτόνομα ρομπότ σκάβουν εξωγήινο έδαφος, το μεταφέρουν σε εγκατάσταση επεξεργασίας και το θερμαίνουν με φούρνους για να αφαιρέσουν το νερό.

Μια από τις πιο υποσχόμενες τεχνολογίες εξαγωγής νερού προέρχεται από ένα έργο της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας με το όνομα LUWEX (Lunar Water Extraction - Εξαγωγή Σεληνιακού Νερού) - και ήδη υπάρχει ένα λειτουργικό πρωτότυπο. Είτε αυτόνομα ρομπότ είτε αστροναύτες θα ρίχνουν το παγωμένο χώμα μέσα στο στόμιο της συσκευής. Ο Ζάμπελ, διευθυντής του έργου LUWEX, εξηγεί ότι η θέρμανση των παγωμένων σεληνιακών βράχων είναι αρκετά δύσκολη λόγω της έλλειψης ατμόσφαιρας και των ήδη τρομακτικά χαμηλών θερμοκρασιών. Γι’ αυτό το χωνευτήριο του LUWEX ανακατεύει και περιστρέφει το χώμα, το ψήνει πιο αποτελεσματικά και αφαιρεί τον πάγο.

Από εκεί, ένα ψυχρό δοχείο παγιδεύει το απελευθερωμένο νερό και το μεταφέρει σε έναν υγροποιητή, έτοιμο προς χρήση. Σχεδόν έτοιμο: σε αυτό το στάδιο, το νερό είναι ακόμα μολυσμένο με εξαιρετικά λεπτά, γυαλιστερά σωματίδια σεληνιακής σκόνης. «Έχει ένα είδος γαλακτώδους εμφάνισης, σαν γκρι γάλα», λέει ο Ζάμπελ. Ευτυχώς, οι μηχανικοί του έργου έχουν σχεδιάσει επίσης έναν καθαριστή που φαίνεται να λειτουργεί θαυμάσια. «Καταφέραμε να φτάσουμε σε ποιότητα πόσιμου νερού».

Πώς το νερό γίνεται καύσιμο

Τέλος, το νερό πρέπει να διασπαστεί σε υδρογόνο και οξυγόνο μέσω της διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρόλυση, όπου ηλεκτρικά ρεύματα σπάνε ουσιαστικά τους μοριακούς δεσμούς μεταξύ αυτών των δύο στοιχείων. Υπάρχουν διάφορες εκδοχές αυτής της διαδικασίας που λειτουργούν στη Γη. Στο διάστημα έχουν γίνει λιγότερες επιδείξεις αυτής της τεχνολογίας, αλλά αρκετά εργαστήρια έχουν τη δοκιμάσει σε υπερ-ψυχρά κενά - μια προσομοίωση της σεληνιακής επιφάνειας. Και το πείραμα MOXIE του ρόβερ Perseverance της NASA έδειξε ότι μπορείς να χρησιμοποιήσεις την ηλεκτρόλυση για να απομονώσεις αναπνεύσιμο οξυγόνο από το δηλητηριώδες διοξείδιο του άνθρακα στον Άρη.

Ακόμα και το πόσιμο νερό δεν είναι αρκετό για να διασπαστεί ηλεκτρικά σε υδρογόνο και οξυγόνο, εξακολουθεί να περιέχει χημικές ακαθαρσίες που εμποδίζουν την παραγωγή καθαρού καυσίμου. Για το LUWEX, «θα χρειαστεί ένα ακόμη στάδιο καθαρισμού», λέει ο Ζάμπελ. Σημειώνει ότι οι εξαιρετικά αποτελεσματικές τεχνολογίες καθαρισμού νερού είναι κοινές στη Γη. «Απλά πρέπει να μετατραπούν σε τεχνολογία για το διάστημα». Μετά, όταν έχεις κρυστάλλινο νερό, μπορείς να εξάγεις τα αέρια υδρογόνο και οξυγόνο με «ζέσταμα». «Τέλος, τα αέρια υγροποιούνται και αποθηκεύονται ως υγρό υδρογόνο και υγρό οξυγόνο», λέει ο Σάουερς. Ο Ζάμπελ ελπίζει ότι σε λίγα χρόνια το LUWEX θα βρεθεί στον νότιο πόλο της Σελήνης. «Θα ήταν ωραίο να παράγουμε ένα λίτρο νερού στη Σελήνη ως επίδειξη τεχνολογίας», λέει.

Γραφιστική απεικόνιση του πώς θα μπορούσε να μοιάζει μια σεληνιακή βάση (CesiumAstro/AP)

Μια νέα κούρσα του διαστήματος

Είμαστε ακόμα μακριά από το να έχουμε πρακτικά βενζινάδικα στον νότιο πόλο της Σελήνης. Αλλά αν η διαστημική κούρσα μεταξύ Κίνας και ΗΠΑ πραγματικά ενταθεί, όπως αναμένεται, τότε η ταχεία ανάπτυξη τεχνολογιών δε θα αργήσει. «Υπάρχει πολύ μεγάλη μηχανική και πολλές υπέροχες ιδέες», λέει η Στόπαρ. «Κάποιος πρέπει να κάνει το πρώτο βήμα».

Όταν δημιουργηθούν οι πρώτες σεληνιακές βάσεις και οι αστροναύτες περάσουν εκεί περισσότερο από λίγες μέρες ή εβδομάδες, τα περισσότερα από όσα θα χρειάζονται για να επιβιώσουν θα πρέπει να σταλούν από τη Γη. Αλλά με την πάροδο του χρόνου, αυτές οι βάσεις θα πρέπει να γίνουν αυτοσυντηρούμενες, καθώς η εκτόξευση οτιδήποτε από τη Γη κοστίζει τεράστια ποσά λόγω της ισχυρής βαρύτητας της Γης και της ανάγκης για τεράστιες ποσότητες καυσίμου. Αλλά η Σελήνη έχει χαμηλή βαρύτητα και δεν έχει ατμόσφαιρα. Έτσι η εκτόξευση πυραύλων από εκεί είναι ευκολότερη και φθηνότερη από τη Γη.

Γιατί λοιπόν να μη χρησιμοποιηθεί ο νότιος πόλος της Σελήνης ως σταθμός για μελλοντική εξερεύνηση του ηλιακού συστήματος; Επειδή αυτό θα απαιτούσε σημαντικά λιγότερο καύσιμο συνολικά. «Το κόστος μιας ανθρώπινης αποστολής στον Άρη μπορεί να μειωθεί κατά 12 δισεκατομμύρια δολάρια χρησιμοποιώντας σεληνιακό προωθητικό», λέει ο Σάουερς. Δε θα χρησιμοποιούν το νερό-καυσίμου μόνο οι πύραυλοι. Θα μπορούσες «να το χρησιμοποιήσεις σε κυψέλες καυσίμου για να τροφοδοτήσεις ρόβερ», λέει ο Ζάμπελ. Θα μπορούσε να τροφοδοτήσει πολύ πιο ενεργοβόρες μηχανές που δεν μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα με ηλιακά πάνελ ή με ασφάλεια με πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Και αυτό που θα λειτουργήσει στη Σελήνη πιθανότατα θα λειτουργήσει και αλλού. Η δημιουργία ενός αυτοσυντηρούμενου περιβάλλοντος στη σεληνιακή επιφάνεια θα είναι χρήσιμη. Αλλά για να μείνουν οι αστροναύτες στον Άρη, ένα τέτοιο σύστημα θα είναι απαραίτητο. «Όλη η αρχιτεκτονική του Από-Τη-Σελήνη-Στον-Άρη βασίζεται στο να επιδειχθεί κάτι από αυτό στην επιφάνεια της Σελήνης», λέει η Στόπαρ. Αλλά ακόμα και αν καταστεί δυνατή η μαζική παραγωγή πόσιμου νερού και, κατ’ επέκταση, καυσίμου για πυραύλους στη Σελήνη, παραμένει ένα μάλλον δύσκολο πρόβλημα χωρίς σαφή λύση. «Οι πόροι δεν είναι άπειροι», λέει ο Ζάμπελ. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς μια κατάσταση όπου η Κίνα και οι ΗΠΑ ανταγωνίζονται για να βρουν και να εξορύξουν αυτό το ανεκτίμητο νερό πριν ο ένας τον άλλο, στην ίδια μικρή γωνιά της Σελήνης. «Μπορεί κάποια στιγμή να υπάρξει σύγκρουση», προσθέτει ο Ζάμπελ.