Cara mengubah debu bulan menjadi oksigen

Chris Baraniuk

Reporter Teknologi

Sierra Space

Sierra Space sedang mengerjakan sebuah perangkat yang dirancang untuk menghasilkan oksigen dalam kondisi mirip bulan

Di dalam bola raksasa, para insinyur memeriksa peralatan mereka. Di depan mereka berdiri sebuah alat logam berwarna perak yang dibungkus kabel-kabel berwarna-warni – sebuah kotak yang mereka harap akan suatu hari dapat membuat oksigen di bulan.

Saat tim keluar dari bola, percobaan dimulai. Mesin berbentuk kotak itu sekarang menyerap sejumlah kecil regolith berdebu – campuran debu dan batu tajam dengan komposisi kimia yang meniru tanah bulan asli.

Tak lama kemudian, regolith itu menjadi gumpalan. Sebuah lapisan panas di atas 1.650C. Dan, dengan penambahan beberapa reaktan, molekul yang mengandung oksigen mulai mengeluarkan gelembung.

“Kami telah menguji semua yang kami bisa di Bumi sekarang,” kata Brant White, manajer program di Sierra Space, sebuah perusahaan swasta. “Langkah selanjutnya adalah pergi ke bulan.”

Percobaan Sierra Space terjadi di Johnson Space Center Nasa musim panas ini. Ini jauh dari satu-satunya teknologi semacam itu yang sedang dikembangkan para peneliti, saat mereka mengembangkan sistem yang bisa memasok astronot yang tinggal di pangkalan bulan di masa depan.

Astronot itu membutuhkan oksigen untuk bernapas tetapi juga untuk membuat bahan bakar roket untuk wahana antariksa yang mungkin meluncur dari bulan dan menuju tujuan lebih jauh – termasuk Mars.

Penduduk pangkalan bulan mungkin juga memerlukan logam dan mereka bahkan bisa mengeksploitasi ini dari puing abu-abu yang berserakan di permukaan bulan.

Banyak tergantung pada apakah kita bisa membangun reaktor yang mampu mengekstrak sumber daya tersebut secara efektif atau tidak.

“Ini bisa menghemat miliaran dolar dari biaya misi,” kata Bapak White saat dia menjelaskan bahwa alternatifnya – membawa banyak oksigen dan logam cadangan ke bulan dari Bumi – akan sulit dan mahal.

MEMBACA  Bahaya! Gejala Sakit Kepala Ini Dapat Menjadi Pertanda Tumor Otak

Sierra Space

Ruang itu mereproduksi tekanan dan suhu bulan

Untungnya, regolith bulan penuh dengan oksida logam. Tetapi sementara ilmu mengekstrak oksigen dari oksida logam, misalnya, sudah dipahami dengan baik di Bumi, melakukannya di bulan jauh lebih sulit. Tidak terkecuali karena kondisinya.

Kamar bola raksasa yang menjadi tuan rumah uji coba Sierra Space pada bulan Juli dan Agustus tahun ini menciptakan vakum dan juga mensimulasikan suhu dan tekanan bulan.

Perusahaan mengatakan bahwa mereka harus meningkatkan cara kerja mesin seiring waktu sehingga dapat lebih baik mengatasi tekstur regolith yang sangat kasar dan abrasif. “Ini tersebar di mana-mana, mengikis semua jenis mekanisme,” kata Bapak White.

Dan satu-satunya, yang sangat penting, hal yang tidak dapat Anda uji di Bumi atau bahkan di orbit di sekitar planet kita, adalah gravitasi bulan – yang sekitar satu perenam dari Bumi. Mungkin tidak sampai tahun 2028 atau lebih baru Sierra Space dapat menguji sistemnya di bulan, menggunakan regolith nyata dalam kondisi gravitasi rendah.

NASA

Misi Artemis Nasa berencana mendaratkan astronot di bulan pada tahun 2027

Gravitasi bulan bisa menjadi masalah nyata bagi beberapa teknologi ekstraksi oksigen kecuali insinyur merancangnya untuk itu, kata Paul Burke di Universitas Johns Hopkins.

Pada bulan April, dia dan rekan-rekannya menerbitkan sebuah makalah yang mendetail hasil simulasi komputer yang menunjukkan bagaimana proses ekstraksi oksigen yang berbeda mungkin terhambat oleh tarikan gravitasi bulan yang relatif lemah. Proses yang sedang diselidiki di sini adalah elektrolisis regolith cair, yang melibatkan penggunaan listrik untuk membagi mineral bulan yang mengandung oksigen, untuk mengekstrak oksigen secara langsung.

Masalahnya adalah bahwa teknologi tersebut bekerja dengan membentuk gelembung oksigen di permukaan elektroda yang terdalam di dalam regolith cair. “Ini konsistensinya, katakanlah, madu. Sangat kental,” kata Dr Burke.

MEMBACA  Pelari terluka oleh serigala di taman Thoiry

“Gelembung-gelembung itu tidak akan naik dengan cepat – dan bahkan mungkin tertunda dari lepas dari elektroda.”

Mungkin ada cara untuk mengatasi ini. Salah satunya bisa dengan menggetarkan perangkat mesin pembuat oksigen, yang mungkin dapat menggoyangkan gelembung tersebut.

Dan elektroda yang sangat halus mungkin membuat lebih mudah bagi gelembung oksigen untuk lepas. Dr Burke dan rekan-rekannya sekarang sedang mencari ide-ide seperti ini.

Teknologi Sierra Space, proses karbotermal, berbeda. Dalam kasus mereka, ketika gelembung yang mengandung oksigen terbentuk di regolith, mereka melakukannya dengan bebas, daripada di permukaan elektroda. Ini berarti ada lebih sedikit kemungkinan mereka akan terjebak, kata Bapak White.

Menggarisbawahi nilai oksigen untuk ekspedisi bulan di masa depan, Dr Burke memperkirakan bahwa, per hari, seorang astronot akan memerlukan jumlah oksigen yang terkandung dalam sekitar dua atau tiga kilogram regolith, tergantung pada tingkat kebugaran dan tingkat aktivitas astronot tersebut.

Namun, sistem dukungan kehidupan pangkalan bulan kemungkinan akan mendaur ulang oksigen yang dikeluarkan oleh astronot. Jika demikian, tidak akan perlu untuk memproses sebanyak regolith hanya untuk menjaga agar penduduk bulan tetap hidup.

Kasus penggunaan nyata untuk teknologi ekstraksi oksigen, tambah Dr Burke, adalah dalam menyediakan oksidator untuk bahan bakar roket, yang dapat memungkinkan eksplorasi ruang angkasa yang ambisius.

MIT dan Shaan Jagani

Palak Patel telah bekerja pada cara-cara untuk mengekstrak oksigen dan logam dari debu bulan

Tentu saja semakin banyak sumber daya yang dapat dibuat di bulan semakin baik.

Sistem Sierra Space membutuhkan penambahan karbon, meskipun perusahaan mengatakan bahwa sebagian besar ini dapat didaur ulang setelah setiap siklus produksi oksigen.

Bersama dengan rekan-rekannya, Palak Patel, seorang mahasiswa PhD di Massachusetts Institute of Technology, menemukan sistem elektrolisis regolith cair eksperimental, untuk mengekstrak oksigen dan logam dari tanah bulan.

MEMBACA  Kibbutz Be'eri yang hancur di Israel berusaha mencari masa depan

“Kami benar-benar melihatnya dari sudut pandang, ‘Mari kita mencoba meminimalkan jumlah misi pengisian ulang’,” katanya.

Ketika merancang sistem mereka, Nyonya Patel dan rekan-rekannya mengatasi masalah yang dijelaskan oleh Dr Burke: bahwa gravitasi rendah dapat menghambat lepasnya gelembung oksigen yang terbentuk di elektroda. Untuk melawannya, mereka menggunakan “sonikator”, yang menembak gelembung dengan gelombang suara untuk melepaskannya.

Nyonya Patel mengatakan bahwa mesin ekstraksi sumber daya di bulan di masa depan dapat mengekstraksi besi, titanium, atau lithium dari regolith, misalnya. Bahan-bahan ini mungkin membantu astronot yang tinggal di bulan membuat suku cadang cetak 3D untuk pangkalan bulan mereka atau komponen pengganti untuk wahana antariksa yang rusak.

Kegunaan regolith bulan tidak berhenti di situ. Nyonya Patel mencatat bahwa, dalam percobaan terpisah, dia telah melelehkan regolith simulasi menjadi bahan keras seperti kaca.

Dia dan rekan-rekannya berhasil mengubah zat ini menjadi bata berongga yang kuat, yang bisa berguna untuk membangun struktur di bulan – monolit hitam yang mengesankan, misalnya. Mengapa tidak?

Teknologi Lebih Banyak\”