Komunikat prasowy: Brytyjska Agencja Kosmiczna nagradza dziesięć technologii oczyszczania wody zamarzniętej w glebie Księżyca
Dziesięć najnowocześniejszych zespołów innowatorów, inżynierów i naukowców, które opracowują nowe technologie w celu zapewnienia stałej bazy załogowej na Księżycu z niezawodnymi dostawami wody, zostało finalistami Aqualunar Challenge.
Wyzwanie Aqualunar jest częścią międzynarodowej nagrody o wartości 1,2 miliona funtów ufundowanej przez Międzynarodowy Fundusz Dwustronny Brytyjskiej Agencji Kosmicznej i dostarczonej przez Challenge Works - ekspertów w projektowaniu i prowadzeniu nagród za innowacje.
Wyzwanie jest realizowane we współpracy z Kanadyjską Agencją Kosmiczną (CSA) i Impact Canada. W ramach brytyjskiego etapu konkursu, zespoły finalistów z Wielkiej Brytanii otrzymają po 30 000 funtów na rozwój swoich technologii, a zwycięzca i zdobywcy drugiego miejsca zostaną ogłoszeni wiosną 2025 r.
Szacuje się, że wokół południowego bieguna Księżyca 5,6% gleby (regolitu) to woda zamarznięta w postaci lodu. Aby stała baza załogowa na Księżycu była możliwa, astronauci będą potrzebować niezawodnych dostaw wody do picia i uprawy żywności, a także tlenu do powietrza i wodoru do paliwa.
Jeśli księżycowy lód uda się z powodzeniem wydobyć, oddzielić od gleby i oczyścić, sprawi to, że cel NASA, jakim jest założenie bazy do końca dekady, stanie się realny. Kampania Artemis, jak sama nazwa wskazuje, jest wspierana przez Brytyjską Agencję Kosmiczną poprzez jej członkostwo w Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Paul Bate, dyrektor generalny Brytyjskiej Agencji Kosmicznej, powiedział:
Dążenie do zbudowania trwałej obecności człowieka na Księżycu poprzez kierowane przez NASA misje Artemis powiedzie się tylko wtedy, gdy będziemy mieli sposoby na generowanie niezawodnych dostaw czystej wody. Aqualunar Challenge prezentuje szereg innowacyjnych pomysłów brytyjskich zespołów i osób prywatnych, aby sprostać temu wyzwaniu, jednocześnie wzmacniając więzi z naszymi kanadyjskimi partnerami.
Badania kosmosu wykorzystują naszą wiedzę do granic możliwości i pobudzają innowacje, w wyniku czego powstają nowe produkty i usługi, które mogą również przynieść korzyści obywatelom na Ziemi. Gratulacje dla wszystkich finalistów, którzy będą teraz dalej rozwijać swoje pomysły.
Wyjaśniając znaczenie tych nowych technologii, astronautka rezerwowa Brytyjskiej Agencji Kosmicznej i przewodnicząca jury Aqualunar Challenge, Meganne Christian, powiedziała:
Aby utrzymać stałą bazę załogową na Księżycu przez lata i dziesięciolecia, astronauci będą potrzebować niezawodnych dostaw wody, którą możemy również wykorzystać do produkcji tlenu i wodoru. Wysyłanie ciągłego konwoju rakiet z Ziemi na Księżyc w celu utrzymania bazy jest kosztowne i ryzykowne, dlatego musimy opracować technologie, które mogą oczyścić wodę, która już znajduje się na Księżycu.
Środowisko księżycowe jest bezlitosne. Przy braku atmosfery i części powierzchni, która nigdy nie widziała światła słonecznego, lód w glebie jest twardy jak stal i silnie zanieczyszczony pyłem księżycowym - znanym jako regolit - który po zmoczeniu tworzy pastę szlifierską. Roztopienie lodu, oddzielenie go od pyłu i innych elementów oraz uczynienie go użytecznym to nie lada wyczyn. Opracowywane technologie muszą wymagać minimalnej konserwacji - nie mogą polegać na komponentach wysyłanych z Ziemi, a astronauci nie będą mogli regularnie wymieniać filtrów i dokręcać nakrętek i śrub.
Finalistami są:
Titania-Diamond Annular Reactor (TiDAR) - opracowany przez Nascent Semiconductor Ltd, County Durham. Kompaktowy system wykorzystuje kombinację światła UV z diod LED do aktywacji katalizatora tytanowego i wytrzymałych elektrod diamentowych, które są wystarczająco trwałe, aby wytrzymać ścierną glebę księżycową i siły G występujące podczas startu. Ten połączony system szybko rozkłada szkodliwe składniki organiczne i nieorganiczne w glebie księżycowej, tworząc bezpieczną wodę pitną, a nawet użyteczne materiały, takie jak paliwo rakietowe z metanolu.
SonoChem System - opracowany przez Naicker Scientific Ltd, Gloucestershire. System SonoChem wykorzystuje przełomową technologię do oczyszczania wody pochodzącej z księżycowego lodu. Wykorzystując potężne fale dźwiękowe, spontanicznie tworzy miliony małych pęcherzyków w zanieczyszczonej wodzie. Ekstremalna temperatura i ciśnienie wytworzone w każdym mikropęcherzyku generują wolne rodniki (niestabilne atomy, które są wysoce reaktywne chemicznie), które skutecznie usuwają zanieczyszczenia.
Ganymede's Chalice - opracowany przez British Interplanetary Society, Londyn. Koncentrator słoneczny wykorzystuje zakrzywione lustro do skupiania promieni słonecznych na zamkniętym powietrzem tyglu, w którym księżycowy lód jest umieszczany za pomocą małego, zautomatyzowanego dźwigu. Ciepło ze skoncentrowanych promieni gotuje składniki lodu jeden po drugim, a system wykorzystuje różne mechanizmy przechowywania i procesy chemiczne do przechowywania każdego składnika w bezpiecznych i kompaktowych formach, ostatecznie kondensując czystą wodę pitną na końcu.
Ma nadzieję, że technologie opracowane dla trudnych warunków kosmicznych zostaną również wdrożone na Ziemi, szczególnie w regionach o niedoborze wody i tam, gdzie dostęp do czystej wody pitnej jest ograniczony.
Holly Jamieson, dyrektor wykonawczy Challenge Works, powiedział:
Technologie oczyszczania wody, które działają w trudnych warunkach kosmicznych, mogą być bardzo przydatne na Ziemi - autonomiczna technologia, która może działać w ekstremalnych temperaturach bez konserwacji, mogłaby zostać wdrożona w odległych lokalizacjach na całym świecie. Mają one potencjał nie tylko do wspomagania wydobycia wody, ale także do bezpiecznego i wydajnego oczyszczania brudnej wody. Nagrody są najlepsze, gdy wspierają rozwój wielu podejść do tego samego problemu. To ekscytujące, że podejścia przyjęte przez finalistów Aqualunar są tak różne - oznacza to, że możemy rozwijać technologie dla szeregu przypadków użycia zarówno na Ziemi, jak i na Księżycu.
Badania przeprowadzone przez Aqualunar Challenge wykazały, że 62% osób uważa, że technologie zaprojektowane do eksploracji kosmosu powinny mieć zastosowania na Ziemi, a ponad połowa (56%) uważa, że wykorzystanie technologii w kosmosie oznacza, że możemy lepiej zrozumieć naszą planetę i jak ją chronić. 86% respondentów stwierdziło, że chciałoby, aby opracowane technologie oczyszczania wody księżycowej zostały zaadaptowane do użytku na Ziemi.
UK Space Agency i Challenge Works współpracują z Kanadyjską Agencją Kosmiczną (CSA) i Impact Canada w celu realizacji Aqualunar Challenge. CSA ogłosi swoją kohortę zespołów na kanadyjską ścieżkę jeszcze dziś.
Aby dowiedzieć się więcej o Aqualunar Challenge w Wielkiej Brytanii i dowiedzieć się więcej o dziesięciu finalistach, odwiedź aqualunarchallenge.org.uk.
Dziesięć zespołów finalistów zostanie zaprezentowanych na Farnborough Air Show o godzinie 13:00 w piątek 26 lipca w Space Zone Theatre.
Reaktor najpierw podgrzeje księżycowy lód, aby pozostawić cząsteczki pyłu i skał, a następnie podgrzeje go do temperatury ponad 373°C przy ciśnieniu 220 barów, aby przekształcić go w "wodę w stanie nadkrytycznym" - nie stałą, ciekłą lub gazową, ale czwarty stan, który wygląda jak gęsta para - w którym utlenianie usunie wszystkie zanieczyszczenia w jednym kroku. Bezpośrednie ogrzewanie i izolacja przyczyniają się do wysokiej efektywności energetycznej tego reaktora w porównaniu z obecnymi najnowocześniejszymi technologiami.
CVE wykorzysta nowatorską zamkniętą komorę do podgrzania partii brudnego lodu w celu uwolnienia lotnych zanieczyszczeń. Objętość komory można aktywnie zmieniać, aby moderować jej ciśnienie wewnętrzne. Regulując temperaturę i ciśnienie, różne zanieczyszczenia mogą być odparowywane, uwalniane, zbierane i koncentrowane w oddzielnych systemach przechowywania.
Trzyetapowe podejście zaprojektowane w celu zapewnienia ciągłego przepływu wody pitnej w środowisku księżycowym najpierw podgrzewałoby próbkę gleby księżycowej (regolitu) w szczelnej komorze, aby oddzielić lotne gazy i pozostawić ciecz składającą się z wody, metanolu i fragmentów regolitu. Ciecz jest przepuszczana przez membranę w celu usunięcia cząstek stałych. Pozostała ciecz jest destylowana w celu oddzielenia metanolu od wody.
Koncentrator słoneczny wykorzystuje zakrzywione lustro do skupiania promieni słonecznych na zamkniętym powietrzem tyglu, w którym księżycowy lód jest umieszczany za pomocą małego, zautomatyzowanego dźwigu. Ciepło ze skoncentrowanych promieni gotuje składniki lodu jeden po drugim, a system wykorzystuje różne mechanizmy przechowywania i procesy chemiczne do przechowywania każdego składnika w bezpiecznych i kompaktowych formach, ostatecznie kondensując czystą wodę pitną na końcu.
Używając zmotoryzowanych pomp kontrolowanych przez czujniki, próbki są podgrzewane pod stałym ciśnieniem w celu oddzielenia i usunięcia zanieczyszczeń w postaci gazu (odparowanie izobaryczne, a następnie destylacja izotermiczna). Wykorzystując membrany i filtry węglowe, odwrócona osmoza oddziela cząsteczki wody od próbki przed wejściem do końcowego systemu filtracji UV. System zostałby zaprojektowany tak, aby mógł być utrzymywany przez roboty i mógłby mieć nowe procesy łatwo podłączone do systemu za pomocą "płytek obwodów płynnych".
Brudny lód zostałby stopiony, a duże cząstki gleby usunięte, zanim woda zostanie przepompowana do "sonoreaktora", który wykorzystuje ultradźwięki do rozdzielania i usuwania lotnych związków i gazów, niszczenia zanieczyszczeń i powodowania zbrylania się pyłu księżycowego w celu łatwego usunięcia. Następnie przepuszcza wodę przez złoże filtracyjne z księżycowej gleby (bogatej w tlenki wapnia, magnezu i glinu) w celu usunięcia końcowych zanieczyszczeń - podobnie jak działa domowy filtr do wody.
Brudny księżycowy lód byłby wprowadzany do reaktora i podgrzewany do postaci pary wodnej. Para wodna i stałe cząstki regolitu są wprowadzane do separatora fazy wirowej - podobnie jak wirówka do sałatek wyrzuca wodę z liści sałaty, wir wyrzuca stałe cząstki na krawędź wiru, aby opadły na dno, podczas gdy gaz wydostaje się z góry. Gaz jest podawany do palnika plazmowego, który rozbija go na części składowe, a sito molekularne izoluje wodór i tlen w celu uzyskania wody i paliwa.
System SonoChem wykorzystuje przełomową technologię do oczyszczania wody pochodzącej z księżycowego lodu. Wykorzystując potężne fale dźwiękowe, spontanicznie tworzy miliony małych pęcherzyków w zanieczyszczonej wodzie. Ekstremalna temperatura i ciśnienie wytworzone w każdym mikropęcherzyku generują wolne rodniki (niestabilne atomy, które są wysoce reaktywne chemicznie), które skutecznie usuwają zanieczyszczenia.
Używając szeregu uszczelek ciśnieniowych i elementów grzewczych, różne lotne substancje w próbce, które mogą być sublimowane (tj. przekształcane z ciała stałego w gaz bez przechodzenia w stan ciekły) w niższych temperaturach niż lód/woda, są ekstrahowane i przechowywane, a następnie próbka jest ponownie podgrzewana, aby zamienić wodę w parę, która jest ekstrahowana i chłodzona. Kompaktowy system wykorzystuje kombinację światła UV z diod LED do aktywacji katalizatora tytanowego i wytrzymałych elektrod diamentowych, które są wystarczająco trwałe, aby wytrzymać ścierny grunt księżycowy i siły G występujące podczas startu. Ten połączony system szybko rozkłada szkodliwe składniki organiczne i nieorganiczne w glebie księżycowej, tworząc bezpieczną wodę pitną, a nawet użyteczne materiały, takie jak paliwo rakietowe z metanolu.
Opinium przeprowadziło ankietę na reprezentatywnej w kraju próbie 2000 dorosłych osób w Wielkiej Brytanii w okresie od 12 grudnia do 15 grudnia 2023 roku. Dane wykorzystane w tej publikacji zostały sprawdzone i zatwierdzone przez Opinium.
Wielka Brytania Agencja Kosmiczna inspiruje i prowadzi Wielką Brytanię w kosmosie, aby przynieść korzyści naszej planecie i jej mieszkańcom. Jest agencją wykonawczą, sponsorowaną przez Departament Nauki, Innowacji i Technologii.
Challenge Works jest światowym liderem w projektowaniu i dostarczaniu nagród o dużym wpływie, które zachęcają do najnowocześniejszych innowacji dla dobra społecznego. Jest częścią brytyjskiej fundacji innowacji Nesta. Przez ponad dekadę przeprowadziła ponad 80 konkursów, rozdzieliła ponad 100 milionów funtów finansowania i zaangażowała 12 000 innowatorów.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
