NASA ingin menambang air bulan

NASA telah lama berencana menambang air di bulan untuk memasok koloni manusia dan eksplorasi ruang angkasa di masa depan. Kini, penemuan sejumlah kecil air di sebagian besar permukaan bulan telah mengubah visi tersebut menjadi lebih cepat, dengan badan antariksa AS mengupayakan beberapa teknologi yang menjanjikan.

Sebuah pabrik reduksi hidrogen dan penjelajah bulan telah lulus uji lapangan di tanah vulkanik Hawaii, dan teknologi gelombang mikro yang lebih radikal telah menunjukkan bahwa tanaman tersebut dapat digunakan untuk mengekstraksi es air bawah tanah. Air yang diekstraksi dengan metode ini tidak hanya dapat memenuhi kebutuhan minuman bagi para astronot, tetapi juga dapat menyediakan oksigen dan bahan bakar untuk misi ke bulan.

“Anda dapat menutup biaya dengan cukup cepat dibandingkan biaya peluncuran hanya dengan melemparkan tangki air dan oksigen ke bulan,” kata Gerald Sanders, manajer Proyek Pemanfaatan Sumber Daya In-Situ NASA. Dia merujuk pada studi analisis biaya yang dilakukan oleh Pusat Penelitian Ames NASA di California, yang menunjukkan bahwa teknologi ekstraksi semacam itu dapat membuahkan hasil dalam waktu satu tahun.

Sanders memperingatkan, bagaimanapun, bahwa hal-hal besar yang tidak diketahui harus diatasi sebelum para insinyur NASA dapat mulai mencari air di bulan. Mereka harus tahu berapa banyak air yang dipegang bulan, di mana letaknya dan seberapa dalam mereka harus menggali.

Salah satu wahana antariksa, yaitu pesawat ruang angkasa LCROSS milik NASA, sedang mendekati kutub selatan bulan dan diperkirakan akan menabrak kawah pada 9 Oktober dalam upaya lain untuk menemukan es air yang tersembunyi dalam bayangan permanen di sana.

Bukan hanya setengah matang

Para ilmuwan NASA diam-diam telah mengerjakan teknologi penambangan air di laboratorium kecil selama bertahun-tahun. Namun program yang menyeluruh baru muncul pada tahun 2004 hingga muncul visi terbaru mengenai kehidupan negara dan penggunaan sumber daya bulan.

Salah satu teknologi yang menjanjikan memanfaatkan sifat kimia dari kotoran bulan – atau regolith – dengan menambahkan hidrogen, yang kemudian bereaksi dengan oksida besi di kotoran bulan untuk menghasilkan air. Reaktor reduksi hidrogen tersebut memanaskan regolit hingga sekitar 1.832 derajat Fahrenheit (1.000 derajat Celcius) sehingga reaksi kimia yang tepat dapat terjadi.

Sebuah proses yang dikenal sebagai elektrolisis kemudian dapat memecah air yang diekstraksi menjadi hidrogen dan oksigen murni, baik untuk bahan bakar roket atau pasokan udara astronot.

NASA telah menguji reaktor reduksi hidrogen di gunung berapi Mauna Kea di Hawaii. Selama operasi selama setahun, pabrik ini menghasilkan 1.455 pon (660 kg) oksigen dari tanah berbatu yang mengandung 5 persen besi oksida. Sekarang para insinyur sedang mengerjakan sistem generasi kedua yang dapat menghasilkan 2.205 pon (1.000 kg).

Beberapa penjelajah dan latihan penambangan yang berbeda juga melakukan uji coba lapangan di Hawaii, menunjukkan bagaimana misi masa depan dapat menggali air dari regolit bulan atau kantong es bawah tanah.

“Pada dasarnya Anda memiliki ruang kecil di penjelajah, dan penjelajah tersebut menciptakan regolit di ruang pemanas,” kata Sanders kepada SPACE.com. Dia membandingkannya dengan teknologi tungku yang sebelumnya digunakan pada Phoenix Mars Lander milik NASA, hanya saja tungku Phoenix mewakili perangkat sekali pakai. Reaktor bulan yang dapat digunakan kembali memerlukan katup kedap udara yang dapat membuka dan menutup berkali-kali selama beberapa tahun.

Namun para insinyur masih belum yakin apakah mereka harus menggali material dan membawanya kembali ke pabrik pemrosesan pusat, atau apakah robot penjelajah harus membawa teknologi pemrosesan tersebut. Salah satu pertimbangan serius datang dari pertanyaan apakah air yang tidak tertahan dengan baik di regolit dapat hilang selama penggalian di bulan, kata para peneliti.

Panaskan bulan di microwave

Selain tungku, NASA juga telah mengembangkan gelombang mikro untuk menambang air di bulan. Pengujian pada simulasi permafrost bulan menunjukkan bahwa gelombang mikro jet dapat menguapkan 98 persen air es, dan menangkap 99 persen air yang diekstraksi dalam bentuk gas—semuanya tanpa perlu mengebor atau menggali dalam kondisi es di mana air es dapat menjadi sepadat granit. .

Teknologi gelombang mikro masih dalam tahap awal, namun bisa memiliki “penghematan energi yang signifikan” dibandingkan dengan menggali dan memanaskan regolit dalam jumlah besar, kata Sanders.

Menguji teknologi semacam itu memerlukan biaya yang mahal, bahkan di laboratorium Bumi. Namun pemodelan komputer telah membantu menghitung bagaimana gelombang mikro yang berbeda diserap oleh berbagai jenis regolith bulan, kata Edwin Ethridge, ilmuwan material di Marshall Space Flight Center NASA di Huntsville, Ala.

“Kita belum tentu mengetahui frekuensi gelombang mikro yang ideal,” jelas Ethridge. “Itu tergantung di mana airnya berada dan seberapa pekatnya.”

Jumlah besi dalam regolit bulan juga mengubah jumlah gelombang mikro yang diserap, dan hal ini tidak sama di seluruh permukaan bulan. Astronot Apollo membawa kembali sampel dari dataran bulan, namun para ilmuwan NASA menduga bahwa banyak es air mungkin tersembunyi di dataran tinggi dan daerah dekat kutub bulan.

Ethridge dan rekan-rekannya berharap bisa mendapatkan sampel bulan yang lebih nyata. Namun untuk saat ini, mereka memiliki beberapa varian simulasi kotoran bulan yang mewakili berbagai bagian bulan.

Bulan, Mars atau payudara

Apa pun metodenya, teknologi penambangan air bisa saja siap lebih cepat sebelum NASA kembali ke bulan. Badan tersebut berharap dapat mengembalikan astronot ke bulan pada tahun 2020an, namun ketidakpastian mengenai program konstelasi berawak dan masa depan badan tersebut sangat membebani pendanaan untuk upaya ini, dan seberapa cepat mereka dapat dikerahkan.

Banyak hal juga bergantung pada misi LCROSS yang mendekat dengan cepat yang bertujuan untuk mendarat di bulan dengan dua penabrak. Hal ini dapat memberi tahu para ilmuwan betapa banyak lagi air es yang tersembunyi di dalam kawah dekat kutub bulan, dan membantu mengungkap beberapa hal yang belum diketahui.

“Langkah pertama dari semua ini pada dasarnya adalah memahami konsentrasi air (yang tersedia), berapa banyak energi yang diperlukan untuk menggali, dan berapa banyak energi yang diperlukan untuk menghilangkan zat-zat yang mudah menguap,” kata Sanders.

Terlepas dari ketidakpastian anggaran dan ilmu pengetahuan, Sanders dan Ethridge tetap yakin bahwa mengekstraksi air dari bulan merupakan jalan kemenangan bagi NASA.

“Saya tidak melihat betapa tidak efektifnya biaya mengekstraksi air dari bulan untuk bahan bakar muatan luar angkasa di orbit bulan,” kata Ethridge. “Jika kita memiliki pos terdepan di bulan yang berisi manusia, hal yang paling logis adalah memiliki fasilitas untuk mengambil air.”

Teknologi semacam itu juga harus membantu NASA jauh melampaui bulan. Kawah tumbukan baru di Mars telah mengungkapkan es di bawah permukaan planet merah – sebuah petunjuk menggiurkan tentang apa yang diharapkan manusia dapat ditemukan di dekat bumi.