Фото: Журнал физической химии B (2023). DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c04057.
Исследователи сделали первые шаги в поиске жидких растворителей, которые когда-нибудь смогут помочь извлекать критически важные строительные материалы из лунной и марсианской пыли, что станет важной частью возможности долгосрочных космических путешествий.
Используя машинное обучение и компьютерное моделирование, исследователи из Университета штата Вашингтон нашли около полдюжины хороших кандидатов на роль растворителей, которые могут извлекать материалы на Луне и Марсе, пригодные для 3D-печати. Работу, о которой сообщается в «Журнале физической химии B», возглавляет Сумик Банерджи, доцент Школы машиностроения и материаловедения WSU.
Мощные растворители, называемые ионными жидкостями, представляют собой соли, находящиеся в жидком состоянии.
«Работа по машинному обучению позволила нам опуститься с высоты 20 000 футов до уровня 1 000 футов», — сказал Банерджи. «Мы смогли очень быстро выбрать множество ионных жидкостей, а затем мы также смогли с научной точки зрения понять наиболее важные факторы, которые определяют, способен ли растворитель растворить материал или нет».
В рамках своей миссии «Артемида» НАСА, которое финансировало работу Банерджи, хочет отправить людей обратно на Луну, а затем в более глубокий космос на Марс и за его пределы. Но чтобы сделать такие долгосрочные миссии возможными, астронавтам придется использовать материалы и ресурсы этих внеземных сред, используя 3D-печать для создания конструкций, инструментов или деталей из основных элементов, извлеченных из лунной или марсианской почвы.
«Использование ресурсов на месте будет иметь большое значение для НАСА в ближайшие пару десятилетий», — сказал Банерджи. «В противном случае нам понадобится ужасно большая полезная нагрузка материалов для перевозки с Земли».
Приобретение этих строительных материалов должно осуществляться экологически чистым и энергоэффективным способом. Метод добычи элементов также не позволяет использовать воду, которой нет на Луне.
Ответом могут стать ионные жидкости, которые группа Банерджи уже более десяти лет изучает для использования в батареях.
Однако тестирование каждого кандидата на ионную жидкость в лаборатории обходится дорого и требует много времени, поэтому исследователи использовали машинное обучение и моделирование на уровне атомов, чтобы сузить список до сотен тысяч кандидатов. Они искали те, которые могли бы переваривать лунные и марсианские материалы, извлекать важные элементы, такие как алюминий, магний и железо, регенерировать себя и, возможно, производить кислород или воду в качестве побочного продукта для обеспечения жизнеобеспечения.
Определив превосходные качества, которые потребуются растворителям, исследователи смогли найти около полдюжины очень сильных кандидатов. Важными факторами успеха были размер молекулярных ионов, из которых состоят соли, плотность их поверхностного заряда, то есть заряд ионов на единицу площади, и подвижность ионов в жидкостях.
Работая с исследователями из Университета Колорадо в отдельном исследовании, опубликованном в Журнале молекулярных жидкостей, исследователи проверили в лаборатории несколько ионных жидкостей на их способность растворять соединения. Они надеются в конечном итоге построить лабораторный или пилотный реактор и протестировать подходящие растворители с материалами типа лунного реголита.
Информация от: Университетом штата Вашингтон
