System CaRD NASA pozyskuje tlen z regolitu księżycowego

Chemia słoneczna: NASA demonstruje metodę pozyskiwania tlenu z regolitu księżycowego przy użyciu skoncentrowanego światła słonecznego

Naukowcy z NASA z powodzeniem zademonstrowali przełomową metodę pozyskiwania tlenu z symulowanej gleby księżycowej przy użyciu mocy skoncentrowanej energii słonecznej. To osiągnięcie, zrealizowane w ramach projektu Carbothermal Reduction Demonstration (CaRD), wykorzystuje napędzaną energią słoneczną reakcję chemiczną do rozkładu regolitu, zapewniając zrównoważoną ścieżkę dla długotrwałej obecności człowieka na Księżycu. Poprzez lokalną produkcję materiałów eksploatacyjnych do systemów podtrzymywania życia oraz paliwa, technologia ta znacząco zmniejsza obciążenie logistyczne związane z transportem ciężkich zapasów z Ziemi.

Rozwój technologii In-Situ Resource Utilization (ISRU) jest kamieniem węgielnym Programu Artemis, którego celem jest ustanowienie stałej bazy na południowym biegunie Księżyca. Aby utrzymać ludzką załogę przez miesiące lub lata, agencje kosmiczne muszą odejść od całkowitej zależności od Ziemi. Pozyskiwanie tlenu bezpośrednio z powierzchni Księżyca – gdzie jest on chemicznie związany w tlenkach mineralnych regolitu księżycowego – jest uważane za najskuteczniejszy sposób zapewnienia powietrza do oddychania oraz ciekłego tlenu dla silników rakietowych.

Czym jest projekt NASA Carbothermal Reduction Demonstration (CaRD)?

NASA Carbothermal Reduction Demonstration (CaRD) to pilotażowy projekt technologiczny, który wykorzystuje skoncentrowaną energię słoneczną do ekstrakcji tlenu z symulowanego regolitu księżycowego poprzez reakcję chemiczną napędzaną energią słoneczną. 13 lutego 2026 roku zespół zakończył zintegrowane testy prototypu, z powodzeniem wytwarzając tlen i potwierdzając produkcję tlenku węgla. Projekt ten integruje sprzęt od firm prywatnych oraz wielu ośrodków NASA w celu walidacji możliwości produkcyjnych na Księżycu.

Projekt CaRD stanowi ogromny wspólny wysiłek w dziedzinie inżynierii lotniczej i nauk planetarnych. Zintegrowany prototyp wykorzystał reaktor do karbotermicznej produkcji tlenu opracowany przez Sierra Space, który został połączony z zaawansowanym koncentratorem słonecznym zaprojektowanym przez Glenn Research Center należące do NASA w Cleveland. Aby zapewnić precyzyjne ogniskowanie energii słonecznej, zespół zastosował specjalistyczne lustra od Composite Mirror Applications. Cały system był regulowany przez awionikę, oprogramowanie i systemy analizy gazów opracowane w Kennedy Space Center, podczas gdy Johnson Space Center zapewniło ogólne zarządzanie projektem i inżynierię systemową.

Dlaczego pozyskiwanie tlenu z regolitu jest ważne dla eksploracji Księżyca?

Pozyskiwanie tlenu z regolitu księżycowego jest niezbędne, ponieważ zapewnia na miejscu powietrze do oddychania dla astronautów oraz paliwo rakietowe, drastycznie obniżając koszty i złożoność misji kosmicznych. Wykorzystując lokalne zasoby, NASA może zminimalizować masę ładunku wymoszonego z Ziemi. Ta zdolność jest kluczem do przekształcenia Księżyca z miejsca krótkich wizyt w długoterminowy węzeł dla dalekiej eksploracji kosmosu.

Logistycznych korzyści płynących z podejścia polegającego na „życiu z zasobów miejscowych” nie da się przecenić. Obecnie każdy kilogram tlenu lub paliwa wysyłany na Księżyc wymaga ogromnej ilości energii i nakładów finansowych, aby pokonać grawitację Ziemi. Pozyskując tlen z powierzchni Księżyca, planiści misji mogą przeznaczyć większą ładowność na instrumenty naukowe i moduły mieszkalne. Co więcej, możliwość tankowania statków kosmicznych na Księżycu mogłaby zmienić jego powierzchnię w „stację benzynową” dla misji zmierzających w dalsze zakątki układu słonecznego, na przykład na Marsa.

Jaką rolę odgrywa tlenek węgla w procesie CaRD?

In procesie CaRD tlenek węgla służy jako kluczowy produkt pośredni, który potwierdza pomyślną redukcję tlenków metali w podgrzanym regolicie księżycowym. Produkcja tlenku węgla podczas reakcji napędzanej energią słoneczną dowodzi, że reaktor karbotermiczny skutecznie rozbija wiązania chemiczne w celu uwolnienia tlenu. Te same systemy konwersji chemicznej można również zaadaptować do przekształcania dwutlenku węgla w tlen i metan na potrzeby przyszłych misji na Marsa.

Ta wszechstronność chemiczna sprawia, że technologia CaRD jest innowacją o podwójnym zastosowaniu w eksploracji układu słonecznego. Choć obecnie uwaga skupia się na Księżycu, chemia słoneczna związana z zarządzaniem gazami na bazie węgla ma bezpośrednie zastosowanie w atmosferze Marsa. Na Marsie, gdzie dwutlenek węgla występuje obficie, podobne reaktory mogłyby zapewnić tlen niezbędny do podtrzymywania życia oraz metan jako paliwo do lotu powrotnego. Zintegrowane testy prototypu potwierdziły, że te systemy analizy gazów są wystarczająco wytrzymałe, aby poradzić sobie w trudnych warunkach zbliżonych do próżni, wymaganych w operacjach kosmicznych.

Konsekwencje dla Programu Artemis i dalszej przyszłości

Udane testy prototypu CaRD oznaczają przejście od badań teoretycznych do praktycznej produkcji kosmicznej. Demonstrując, że skoncentrowane światło słoneczne może zapewnić intensywne ciepło niezbędne do redukcji karbotermicznej, naukowcy udowodnili, że nie musimy polegać na energii jądrowej ani na potężnych zestawach akumulatorów do procesów termicznych. To poleganie na energii słonecznej czyni system bardziej zrównoważonym i łatwiejszym do rozmieszczenia na południowym biegunie Księżyca, gdzie szczyty wiecznego światła oferują niemal stały dostęp do słońca.

• Zrównoważone gospodarowanie zasobami: Wykorzystuje w 100% lokalny regolit i odnawialną energię słoneczną.
• Skalowalność: Projekt reaktora można skalować w celu wsparcia większych kolonii księżycowych.
• Użyteczność międzyplanetarna: Podstawowa technologia jest możliwa do zaadaptowania na potrzeby Mars In-Situ Resource Utilization.
• Redukcja kosztów: Znacząco obniża „cenę za litr” tlenu w głębokim kosmosie.

Przyszłe kierunki chemii słonecznej na Księżycu

Patrząc w przyszłość, zespół CaRD planuje udoskonalić integrację koncentratora słonecznego i reaktora, aby wytrzymały one ekstremalne wahania temperatury w środowisku księżycowym. Przyszłe fazy projektu prawdopodobnie obejmą testowanie sprzętu w komorach próżniowych, które dokładniej symulują atmosferę Księżyca i panujące na nim warunki termiczne. Naukowcy badają również, w jaki sposób różne rodzaje regolitu – od materiałów wyżynnych po bazaltowe gleby mórz księżycowych – wpływają na wydajność procesu ekstrakcji tlenu.

Długoterminowa wizja NASA zakłada w pełni zautomatyzowany zakład produkcji tlenu zlokalizowany na powierzchni Księżyca. Taka placówka działałaby autonomicznie, gromadząc zapasy tlenu w zbiornikach kriogenicznych przed przybyciem ludzkich załóg. W miarę postępów misji Artemis, integracja chemii słonecznej i robotycznego górnictwa stanie się fundamentem samowystarczalnej gospodarki księżycowej, przecierając szlaki dla kolejnego wielkiego skoku w ludzkiej eksploracji.

Uwaga środowiskowa: Podczas gdy NASA koncentruje się na chemii księżycowej, obserwatorzy na Ziemi mogą dziś zauważyć wzmożoną aktywność atmosferyczną. Według najnowszych danych z 13 lutego 2026 r., w regionach północnych, w tym w Fairbanks na Alasce i Reykjaviku na Islandii, widoczna jest umiarkowana (G1) zorza polarna przy indeksie Kp wynoszącym 5.