Araştırmacılar, Ay’daki değerli malzemeleri ayırmak için bir test yatağı geliştirdiler

Teknolojileri uzayda kullanılmadan önce Dünya yüzeyinde tam olarak geliştirmek genellikle daha iyidir. Bu teknoloji, astronotları ayda hayatta tutan kritik altyapının bir parçasıysa, bu iki kat daha doğrudur.

Bu altyapı şüphesiz yerinde kaynakları (yerinde kaynak kullanımı (ISRU)) kullanacağından, bu ISRU süreçleri için Dünya’da test yatakları geliştirmek, teknolojilerin bir görevde kullanılmadan önce risklerinin azaltılması açısından kritik öneme sahiptir.

Bu, Bremen’deki Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’ndeki araştırmacılar tarafından tasarlanan bir test yatağı için plandır; bunu, ay regolitinden su ve oksijeni ne kadar iyi topladığımızı geliştirmek için tasarladılar. Ne yazık ki, çalışmalarının bir son makale yayınlandı Uzay Teknolojilerinde Sınırlar bunu yapmanın zor olacağını gösteriyor.

Su ve oksijen, uzun vadeli herhangi bir ay keşif planının iki kritik bileşenidir. Ay’da bunun için en iyi kaynaklardan biri, yalnızca belirli yerlerde bulunabilen su buzunun dışında, ilmenit adı verilen bir mineraldir. İlmenit, demir, titanyum ve oksijenin bir kombinasyonudur—FeTiO₃Ayrıca, hammadde olarak elementel hidrojenle nispeten düşük enerjili bir kimyasal reaksiyon kullanılarak parçalarına ayrılması en kolay malzemedir.

İlmeniti hidrojenle indirgedikten sonra, ortaya çıkan elementler demir (inşaat malzemeleri için yararlı), titanyum dioksit (optik kaplamalar için yararlı) ve sudur (birçok şey için yararlı). Bir sonraki adım, suyu oksijene (yine, solunum dahil birçok şey için yararlı) ve hidrojene indirgeyebilir, bu da bir sonraki işleme turu için hammadde sistemine geri dönüştürülebilir. Yani, sonunda, ilmenitiniz varsa, ucuz inşaat malzemelerine, roket yakıtına ve solunum için gaza erişiminiz olur.

Ne yazık ki, ilmenit ay yüzeyinde özellikle yaygın değildir. Deniz bölgelerinde bir miktar bol olsa da, ilk kalıcı ay karakollarının planlandığı yaylalarda çok daha azdır. Bu nedenle, kaşiflerin daha fazla ilmenit bulmak için teknolojik bir çözüme ihtiyacı olacak—ya da en azından onu indirgeme sürecine tabi tutmanın enerji açısından verimli olacağı seviyelere yoğunlaştırmaları gerekecek.

İşte tam bu noktada zenginleştirme devreye giriyor. Ay regolitinin çoğunu oluşturan “saman”dan ilmenit gibi değerli materyalleri ayırma işlemidir; regolit, aydaki en kolay erişilebilir kaynaktır.

Kolayca bulunabilen ay regolitinin eksikliği göz önüne alındığında, araştırmacılar test yatağını test ederken bir regolit simülatörü kullandılar. Bu test yatağı üç ana işlem için üç makineden oluşuyor: yerçekimi, manyetik ve elektrostatik zenginleştirme ve makale bunların her biri hakkında ayrıntılı bilgi veriyor.

Herhangi bir testten önce, regolit simülantları 80°C’lik bir sıcaklıkta 48 saatten fazla kurutuldu. Daha sonra, sisteme herhangi bir ek nemin girmesini önlemek için kapalı bir kapta saklandı.

Yerçekimsel işlem, her test çalışması için 300 g kurutulmuş simulantla beslenen bir besleyici ve 200 mikrometreden büyük parçacıkları ayıran bir elek kullanır. Apollo astronotları tarafından toplanan örneklerden yapılan çalışmalar, çoğu ilmenit tanesinin yaklaşık 45-75 mikrometre arasında değiştiğini gösterdi, bu nedenle ilmenitin çoğu bu aşamayı geçmelidir. Aynı zamanda, sistemin geri kalanının performansını engelleyebilecek daha büyük parçacıklar ayıklanır.

Sırada manyetik ayırıcı var—ilmenit, demir içeriği nedeniyle zayıf manyetiktir ve bu nedenle, benzer yoğunluktaki manyetik olmayan malzemeden manyetik alana tabi tutularak ayrılabilir. Manyetik alan, düşerken ilmenit parçacıklarını düz bir çizgiden itecek ve onları farklı bir hazneye yönlendirecek şekilde yönlendirilir. Benzer boyuttaki manyetik olmayan malzemeler doğrudan aşağı düşer ve sistem tarafından filtrelenir.

Son olarak, kalan manyetik parçacıklar elektrostatik paralel plaka ayırıcı kullanılarak büyük elektrik alanlarına tabi tutulur. Genellikle petrol ve gaz endüstrisinde kullanılan bu cihazlar, bazı parçacıkları askıya alan, inişlerini yavaşlatan ve belirli elektriksel özelliklere sahip malzemeleri ayırmayı mümkün kılan devasa bir elektrik alanı sunar. Bu adımı kullanmanın en etkili yolunu karakterize etmek, çalışmanın ana odak noktasıydı.

Tüm bu eleme ve ayırma işlemlerinden sonra, kullanıcılar ideal olarak numunedeki tüm ilmenit ile ve başka hiçbir şeyle sonuçlanacaktır, ancak pratikte bu gerçekleşmez. Gerçekçi olarak, numunede bulunan ilmenitlerin bir kısmı filtreleme sürecinin bir parçası olarak kaybolur ve bazı ilmenit olmayan parçacıklar, onlardan kurtulmak için kullanılan tüm çeşitli yöntemlere rağmen son toplama noktasına ulaşır.

Bu deneyde, nihai karışım ağırlıkça yaklaşık %12 ilmenitti, zenginleştirilmeden önce %2,55’ti. Sistem ayrıca numunede bulunan toplam ilmenitin yaklaşık %32’sini geri kazandı ve tam 300 g numuneyi test yatağından geçirmek yaklaşık yarım saat sürdü.

Daha fazla yineleme tüm bu sayıları iyileştirebilir; test yatakları bunun içindir. Bu, sonunda aydaki en değerli kaynaklardan bazılarını kullanmak için atılması gereken sayısız adımdan sadece biridir. Ne kadar çabuk yapabilirsek o kadar iyi.