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Gli scienziati estraggono il campione di suolo lunare Chang'e-5 dal vano portaoggetti. Da sinistra a destra: ricercatore associato Xu Wei, dottorando Chen Xiao, ricercatore Wang Junqiang, ricercatore Huo Juntao e dottor Chen Guoxin

Gli scienziati cinesi hanno proposto un nuovo metodo per ottenere grandi quantità di acqua sulla Luna, che dovrebbe fornire importanti basi progettuali per la costruzione delle future stazioni lunari di ricerca scientifica e stazioni spaziali.

Nel pomeriggio del 22 agosto, ora di Pechino, il documento in questione è stato pubblicato online sulla rivista accademica internazionale "The Innovation". Il titolo è "Produzione massiccia di acqua dall'ilmenite lunare attraverso la reazione con l'idrogeno endogeno".

La ricerca è stata condotta dal gruppo di ricerca sulle proprietà funzionali magnetoelettriche delle leghe amorfe del Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Accademia cinese delle scienze (di seguito denominato "Ningbo Institute of Materials"), in collaborazione con l'Istituto di fisica, Accademia cinese delle scienze Sciences (di seguito denominato "Istituto di fisica") e l'esperimento Qian Xuesen della Quinta Accademia di scienze aerospaziali. È stato completato da gruppi di ricerca scientifica tra cui il laboratorio, il Laboratorio dei materiali del lago Songshan, l'Istituto di tecnologia di Harbin e l'Università di Nanchino.

Il suddetto articolo proponeva un nuovo metodo per produrre acqua basato su reazioni redox ad alta temperatura studiando il contenuto di idrogeno in diversi minerali nel suolo lunare Chang'e-5.

Attraverso l’analisi mediante varie tecniche sperimentali come la microscopia elettronica ad alta risoluzione e la spettroscopia a perdita di energia degli elettroni, il gruppo di ricerca ha confermato che circa 51-76 mg di acqua (ovvero 5,1%-7,6%) possono essere prodotti in 1 grammo di suolo lunare.

Calcola questo,Una tonnellata di suolo lunare sarà in grado di produrre circa 51-76 chilogrammi di acqua, che equivalgono a più di 100 bottiglie da 500 ml di acqua in bottiglia, che possono sostanzialmente soddisfare il consumo giornaliero di acqua potabile di 50 persone.

L’acqua è una risorsa fondamentale per la costruzione di stazioni di ricerca scientifica lunare e per i futuri viaggi interstellari sulla Luna, garantendo la sopravvivenza umana.

Dopo tre anni di ricerche approfondite e ripetute verifiche, i ricercatori scientifici hanno scoperto che i minerali del suolo lunare hanno immagazzinato una grande quantità di idrogeno a causa di centinaia di milioni di anni di irradiazione del vento solare. Dopo essere stato riscaldato ad alte temperature, l'idrogeno subirà una reazione redox con gli ossidi di ferro presenti nel minerale per generare ferro elementare e una grande quantità di acqua.

Se riscaldato oltre i 1000°C, il suolo lunare si scioglierà e l'acqua generata dalla reazione verrà rilasciata sotto forma di vapore acqueo.

Le simulazioni computazionali mostrano che ci sono pori di dimensioni nanometriche nella regolite ilmenite lunare, che possono assorbire e immagazzinare grandi quantità di atomi di idrogeno dal vento solare. Ogni molecola di ilmenite (FeTiO3) può assorbire 4 atomi di idrogeno, rendendola un vero e proprio “serbatoio” lunare.

I ricercatori hanno anche scoperto attraverso esperimenti che l'irradiazione elettronica può ridurre la temperatura di reazione tra idrogeno e ossido di ferro e che la temperatura di produzione dell'acqua può essere ridotta da 600°C a 200°C.

Il processo di formazione dell'acqua e del ferro elementare durante il processo di riscaldamento del suolo lunare e il confronto del contenuto di acqua di vari minerali principali. A. Cambiamenti nello stato di valenza degli elementi di ferro nel suolo lunare durante il processo di riscaldamento; B. Confronto del contenuto di idrogeno dei principali minerali nel suolo lunare L'illustrazione mostra il contenuto complessivo di idrogeno ponderato considerando il contenuto di minerali nel suolo lunare; C. Riscaldamento dell'ilmenite nel suolo lunare Quest'ultima immagine al microscopio elettronico a trasmissione D ed E sono immagini ingrandite di bolle d'acqua e ferro elementare durante il processo di riscaldamento della regolite ilmenite lunare, e le due hanno una relazione associata.

Sulla base dei risultati della ricerca di cui sopra, il gruppo di ricerca scientifica ha proposto una strategia fattibile per l’estrazione in situ e l’utilizzo delle risorse idriche lunari: (1) Innanzitutto, focalizzare la luce solare attraverso uno specchio concavo o una lente di Fresnel per riscaldare il suolo lunare finché non si scioglie. Durante il processo di riscaldamento, il suolo lunare reagirà con l’idrogeno iniettato dal vento solare per produrre acqua, ferro elementare e vetro ceramico. (2) Il vapore acqueo generato viene condensato in acqua e raccolto e immagazzinato in un serbatoio d'acqua, che può soddisfare il fabbisogno di acqua potabile degli esseri umani e di vari animali e piante sulla luna. (3) L'ossigeno e l'idrogeno possono essere prodotti dalla decomposizione elettrolitica dell'acqua. L'ossigeno può essere respirato dagli esseri umani e l'idrogeno può essere utilizzato come energia. (4) Il ferro può essere utilizzato per realizzare magneti permanenti e materiali magnetici morbidi, fornire materie prime per dispositivi elettronici di potenza e può anche essere utilizzato come materiali da costruzione. (5) Anche il suolo lunare fuso può essere trasformatoMattoni con struttura a mortasa e tenone, utilizzati nella costruzione degli edifici della base lunare.Questa strategia fornirà un'importante base progettuale per la costruzione delle future stazioni di ricerca scientifica lunare e delle stazioni spaziali, e si prevede che lancerà apparecchiature di verifica nella successiva missione di esplorazione lunare di Chang'e per completare un'ulteriore conferma.

Diagramma schematico: strategia di estrazione e utilizzo in situ per la raccolta dell'acqua lunare riscaldando il suolo lunare.

I ricercatori Huo Juntao e Wang Junqiang dell'Istituto dei materiali di Ningbo e il ricercatore Bai Haiyang dell'Istituto di fisica sono gli autori corrispondenti del suddetto documento di ricerca, gli studenti di dottorato Chen Xiao e Yang Shiyu, il dottor Chen Guoxin e il ricercatore associato Xu Wei del Ningbo Institute of Materials è il co-primo autore dell'articolo. Il Ningbo Institute of Materials è il co-primo autore. La prima unità di completamento e la prima unità di comunicazione.