Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Drivstoffproduksjon i rommet

Av Johnny Grøneng Aase

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 25. årgang, nummer 96, oktober-desember 1995, sidene 40-41 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Gjennom romfartshistorien har høge kostnader resultert i at fascinerande og vitskapleg interessante ferder har vorte reduserte i omfang, utsette eller rett og slett kansellerte. Ein stor del av desse kostnadene heng saman med oppskyting, vedlikehald og støtte. Når ferda krev at ein astronaut eller nyttelast skal attende til Jorda, må romfartøyet heile tida frakte med seg det drivstoffet som er naudsynt for å kunne gjennomføre dei ulike manøvrane. Dette er dyrt, og ein del av problemet ville vere fjerna dersom det var mogeleg å bunkre i rommet.

I dag har ein detaljerte oversikter over korleis slike kosmiske «bensinstasjonar» vil påverke romfarten. Kostnadane vil verte drastisk reduserte. Problemet er at det enno ikkje eksisterer driftssikkert utstyr for produksjon av brennstoff i rommet, og ingen vil planlegge ei romferd der ein gjer seg avhengig av utstyr som ein ikkje veit om vil fungere.

Dette kan snart endre seg. Ved University Space Engineering Research Center (USERC) i Arizona har forskarar prøvd å få ulike idear til å fungere i praksis. Ei produksjonseining vert kalla «in situ resource utilization» (ISRU). Arbeidet skjer med NASA si velsigning.

Økonomisk potensial

Det syner seg at det er billegare å produsere drivstoffet etter kvart enn å frakte det med seg frå start. Føremonene aukar dess lenger ut i Solsystemet ein reiser. Ved ei prøvereturferd til Mars er dette alltid det mest økonomiske alternativet.

Ein har laga eit program med nesten 900 variablar som definerer dei ulike delane av ei romferd. For å finne dei mest økonomiske, langsiktige løysingane eksperimenterte ein med uvanlege drivstoff og oksidasjonsmiddel i likningane. Døme på dette er karbonmonoksid og silan. Forskarane studerte og faktorar som ekspansjonsforhold i dysa og ulike blandingsforhold mellom drivstoff og oksidasjonsmiddel.

Oksidasjonsmiddelet utgjer ein stor del av drivstoffet. Ettersom oksygen og er viktig for å halde liv i astronautar, har ein prioritert produksjon av denne gassen. Drivstoffet, derimot, kan varierast. Når hydrogen vert gjort tilgjengeleg i desse prosessane får ein og sjansen til å danne mange viktige sluttprodukt ved hjelp av utstyret. Vatn, som er ei viktig hydrogenkjelde, er tilgjengeleg på Mars.

Etterkvart som arbeidet skreid fram vart det teke avgjerd om å satse på å utvinne oksygen frå karbondioksid ved hjelp av ein fast elektrolytt. Ein valde å bruke yttriumstabilisert zirkon i elektrolytten. I dei ulike elektrodane har ein nytta stoff som sølv, palladium og platina. I nokre testar brukte ein ulike katalysatorar.

I ein prosess lot ein blandinga av CO og CO2 passere gjennom ei koparbasert absorpsjonseining som skilde dei to gassane. CO kan nyttast som drivstoff, medan CO2 kombinert med hydrogen dannar metan og høgare hydrokarbon. Dette utstyret har i testar fungert i fleire hundre timar utan problem.

Effektiviteten i kvar celle er avhengig av temperaturen, den tilførte spenninga og mengda av tilsett gass. Ein nyttar Nernst si likning i arbeidet. Denne syner korleis høvet mellom partielltrykka på kvar side av ei celle endrar seg med tilført spenning. Det er vanleg å produsere 12 ml oksygen per celle.

Uttesting

Ut frå data innhenta i laboratoriet sette ein saman ei førstegenerasjons produksjonseining. Denne vog 55 kg. Vidare forsking har resultert i diskosforma celler. Oksygenet vert på elektrokjemisk vis pumpa inn i tankar med høgt trykk. Dette systemet har ingen mekaniske delar. Etter kvart som teknikken har vorte meir avansert er og kraftforbruket redusert.

I dag er målet å konstruere ei sjølvforsynt eining på 2 kg som produserer 0,05 kg oksygen dagleg. Denne vil ha tent inn att si eiga masse i løpet av 40 dagar. Slikt utstyr vil vere til god hjelp ved enkle eksperiment på Mars. Mesteparten av energien er termisk. Effektiviteten i utstyret er rekna ut til å vere 50 %. Vi ser her konturane av den første fabrikken i rommet, som og vil vere ei viktig energikjelde. Den sist kjende versjonen vog 18 kg.

Ettersom dette utstyret kan verte det som avgjer om ei romferd vert vellykka eller ikkje, var det viktig med grunnforsking for å forstå dei vitskaplege prinsippa bak utstyret. Deretter konstruerte ein maskinene i stadig større skala og auka operasjonstida. I utstyret som dreg ut oksygen frå karbondioksid kan ei enkel celle produsere 15-20 gram per dag, fire celler 60-80 gram og eit system på 16 produksjonseiningar 150-250 gram. Under oppgraderinga møter ein på nye problem. Dei viktigaste er å halde jamn temperatur og gasstraum over cellene. Testtidene har variert frå nokre få timar og opp til over 2000 timar.

Etter kvar test har ein gått over utstyret med elektronmikroskop og røntgenutstyr. Dette har gitt gode resultat, og det er ikkje naudsynt med ny teknologi for å auke storleiken på utstyret vidare. USERC meinte i 1993 at det i løpet av nokre få månader kunne bygge utstyr som ville produsere eit kilo oksygen kvar dag.

Utnytte stein og støv

Universitetet arbeider og med å produsere oksygen frå faste stoff. Eit tidleg prosjekt tok føre seg ilmenitt, som ein finn på Månen. Prøver på nokre få milligram blei plassert i ein reaktor der dei vart utsette for CO, CO2, hydrogen og andre gassar. Etter kvart som dei fundamentale kjemiske reaksjonsmønstra vart klare, viste det seg at ein ikkje må avgrense produksjonen til ilmenitt. Ved å legge på eit tynt lag av karbon er det mogeleg å utnytte alle silikatar som inneheld jern. Karbonet må fraktast frå Jorda. Dette vil likevel ikkje utgjere meir enn 0,1 % av massen til malmen, og kan dessutan brukast fleire gonger.

Dei faste stoffa som vert danna kan utnyttast vidare. Ein har bygd ein solomn, og frå denne har ein produsert glasfibertrådar og keramiske fliser frå simulerte måneprøver. Ein handsama på førehand prøvene med plasma for å få dei til å verte lik stoffet vi finn på Månen.

Produksjonen er avhengig av fire variablar: masse, volum, energibehov og feilrisiko. Dei to første vart redusert ved å bygge ein plasmareaktor som fungerer ved låge temperaturar. Plasma med låg temperatur har fordelen av lite varmetap. Hydrogenplasma innblanda klor har ved låge temperaturar vorte nytta til å studere reduksjon av månemateriale. Dette vert ført inn i reaktoren som eit fint pulver. Ein får ut åtte gonger så mykje materiale frå månestøv utsett for plasma som frå andre prøver.

Framtidig potensial

Arbeidet utført av USERC vil kunne føre til store kostnadsreduksjonar ved framtidige planetferder. Ein har sett nærare på teoriar som har versert i det vitskaplege miljøet i fleire tiår utan tidlegare å ha vorte sett ut i praksis. Ein har nådd følgande mål:

  • pumping av oksygen til høgare trykk utan å bruke mekaniske hjelpemiddel
  • oksygenproduksjon frå CO2 ved hjelp av faste elektrolyttar
  • oksygenproduksjon frå simulerte måneprøver
  • bruk av lågtemperaturreaktorar

Desse milepælane vil kunne påverka framtida til romfarten sterkt.

Tekst til illustrasjon brukt i artikkelen

Biletet syner korleis eit produksjonsanlegg for oksygen på Månen kan kome til å sjå ut. Det er berre gjennom utviklinga av slike anlegg at permanente basar på Månen kan verte økonomisk forsvarlege.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1995 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.