Extraction du régolithe - Synthèse 02 ... etc ...

Quelques infos sur les projets à l'étude dans ce domaine. Plutôt basé sur une problématique lunaire mais probablement transférable sur un "scénario Phobos" pour l'accès à Mars.

http://www.californiaspaceauthority.org/regolith/index.html


http://www.asi.org/adb/04/03/10/04/oxygen-extraction.html

Intéressant mais 2 choses me font peur:
1) Quelle est la proportion de FeTiO3 dans le régolite ?
2) Quel est le bilan énergétique associé à chacune des réaction, et comment se fait la dégradation de l'eau ?

Tout cela en plus des questions posées par l'équipe elle-même.

Le premier lien donne 30 Watt DC pour faire marcher la chaine globale, ça me semble bien optimiste au vue des 900° nécessaires et des éléments mécaniques nécessaires.

Il est toutefois intéressant de noter toutes les techniques qui permettent d'extraire de l'oxygène: http://www.asi.org/adb/04/03/10/04/extraction-processes.html

Je ne suis pas du tout expert en la matière, mais le champ d'investigation semble rester grand ouvert chez les spécialistes. Passionnant.

Tu as raison de souligner qu'il y a loin d'un avant-projet "sur le papier" tel celui-ci jusqu'à avoir ne serait-ce qu'un prototype de "réacteur" qui fonctionne sur Terre.
Pour cela il faut au moins avoir une quantité d'échantillon (donc de matière première) suffisante pour tester un process, ajuster les températures, éventuellement tester des catalyseurs, et mesurer l'énergie à fournir.

Après seulement, on peut dimensionner l'appareillage et tout ce qu'il faut autour ... pour en faire un payload qui pourra fonctionner sur place.

Pour ce qui me concerne je vois une mission de retour d'échantillons de régolithe lunaire (en quantité) pour dégrossir la technique (mise au point sur Terre) puis une implantation d'une unité pilote lunaire (je vois là l'utilité d'une présence humaine pour la mise au point).

Ensuite il faut s'assurer que le régolithe de Phobos est compatible et/ou adapter l'installation ... bref c'est pas dans la poche ...

Space Opera a écrit:Intéressant mais 2 choses me font peur:
1) Quelle est la proportion de FeTiO3 dans le régolite ?
2) Quel est le bilan énergétique associé à chacune des réaction, et comment se fait la dégradation de l'eau ?
...

On en avait un peu discuté ici :
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/ftopic1902.Recherches-geo-logiques-lunaires.htm

Je redonne les références :
Abondance moyenne des principaux éléments simples :
http://www.ibiblio.org/lunar/school/near_earth/minemoon.html

Eléments rares :
http://www.ibiblio.org/lunar/school/near_earth/minelite.html

Techniques d'extraction et énergie requise :
http://www.abo.fi/~mlindroo/SpaceExp/Slides/tsld002.htm

Ces procédés sont quand même assez gourmands en énergie...

Quelques opinions critiques :
http://www.thespacereview.com/article/697/1

lambda0 a écrit:
Quelques opinions critiques :
http://www.thespacereview.com/article/697/1

Oui , comme je le pensais le régolithe n'est pas une matière première aisée à traiter.

Pour Mars, la production (H2O, O2, CH4) serait plus aisée à partir de l'eau et du CO2 de l'atmosphère (ce qui ne veut pas dire simple).

montmein69 a écrit:

lambda0 a écrit:
Quelques opinions critiques :
http://www.thespacereview.com/article/697/1

Oui , comme je le pensais le régolithe n'est pas une matière première aisée à traiter.

Pour Mars, la production (H2O, O2, CH4) serait plus aisée à partir de l'eau et du CO2 de l'atmosphère (ce qui ne veut pas dire simple).

Pas si vite!
L'extraction de l'oxygène à partir du régolithe de Phobos ou de Déimos, ce n'est que le plan B. En effet, la probabilité de la présence d'eau sur Phobos est forte (et on double nos chances d'en trouver avec Déimos). Je ne suis pas un expert en ces questions mais il est tout à fait possible, je pense, que ces deux petites lunes soient des agrégats de multiples petits corps de diverses compositions de sorte que l'on pourrait fort bien trouver de l'eau localement et non pas sur toute la surface. Mais le plan A, c'est d'aller voir de près de quoi sont composés ces jets de vapeur permanents que l'on trouve sur Phobos!... Avec un peu de chance, (et cela semble présenti) c'est de la vapeur d'eau... et plus qu'à instaler un système de captage et à électrolyser... Et si c'est du méthane, alors c'est tout aussi cool, ou presque! Si c'est autre chose, faudra voir ce qu'on pourra en faire.
Ensuite, il m'importe de faire remarquer que le matériel nécessaire à l'ISRU sur Phobos n'aurait pas à être descendu dans le puit gravitationnel qu'est Mars: c'est plus facile et on ne perd pas en masse, et aussi le dispositif sera très aisément transportable d'un site à un autre sur Phobos ou Déimos (c'est pas comme sur Mars! Si l'on veut exploiter l'eau de Mars alors il faudra miner et se déplacer: l'atmosphère est sèche).
Mais aussi, l'ISRU sur Phobos ou Déimos ne s'oppose pas à un éventuel ISRU sur Mars: ils sont complémentaires: ISRU marsien pour quitter Mars et ISRU phobosien pour descendre sur Mars et pour le véhicule de transfert.
Enfin, l'auteur de l'article me semble noircir un peu le tableau et surtout donne des arguments contre l'ISRU lunaire, arguments qui ne concernent pas tous l'ISRU phobosien.
Et aussi, l'absence d'atmosphère pourrait avoir des avantages (comparé à Mars).
Selon la composition du sol de Phobos ou de Déimos, il sera peut-être possible de déplier et d'étendre une simple bâche noire sur le sol de l'une de ces petites lunes, une très grande, une immense bâche, et de laisser le soleil faire le travail (chauffe et donc dégazage) et de récupérer les gaz qui seront libérés et par simple pompage (et même si les pressions sont infimes). Ou alors on remplace la bâche noire par une surface transparente à la lumière visible et aux UV mais pas aux IR (effet de serre). En fait, tout dépendra de ce que l'on découvrira sur place. Mais l'ISRU ne sera pas nécessairement aussi compliqué que décrit dans l'article de Donald Rapp.
Si l'on doit utiliser le régolithe (plan B), même si c'est difficile à mettre au point et lourd à mettre en oeuvre, passé un certain cap cela deviendra très intéressant, rentable et même indispensable. Se concentrer sur cette question, en faire une priorité, en conscience de ce que cela permettra à l'avenir, telle est, selon moi, la voie à suivre.
à+

Technique à employer:
déplier un film plastique noir et micro-perforé sur plusieurs milliers de mètres carrés sur la surface de Déimos (si durée de l'exposition au Soleil plus longue sur Déimos que sur Phobos) ou sur Mars, le recouvrir d'un film transparent mais opaque aux I.R. (effet de serre) et l'enterrer sur son pourtour (quasi étanche).
Le Soleil chauffe, la glace d'eau qui se trouve mélangée au sol se transforme en vapeur très basse pression, vapeur qui passe à travers le film micro-poreux, le film transparent se gonffle et l'effet de serre augmente grâce à la bulle de vapeur d'eau, puis le Soleil se couche, la température baisse, la vapeur d'eau se condense et se transfome en glace. Il ne reste plus qu'à récolter.

Technique impossible à employer sur la Lune et puisque l'eau lunaire (si elle existe) se trouve aux poles au fond des cratères et à l'abri du rayonnement solaire.

L'albédo de Phobos/Deimos est très faible et ça doit bien chauffer naturellement. J'aurais plutôt tendance à penser que l'eau qui pouvait être proche de la surface est évaporée depuis longtemps, et que au moins sur plusieurs mètres, ces cailloux sont aussi secs que la Lune...
Et si le noyau de glace est à 1 km de profondeur, on n'est pas plus avancé.
Température de surface donnée à 313K=40°C (je suppose que c'est au soleil) :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Phobos_(lune)

Faut aller voir et creuser, quoi...

(Tiens au fait, il me semble que même pour la Lune, pourtant bien plus accessible et étudiée, on n'a toujours pas vraiment conclu sur l'existence de glace exploitable au pole, bien que presque tout le monde semble considérer celà comme un fait acquis).

lambda0 a écrit:L'albédo de Phobos/Deimos est très faible et ça doit bien chauffer naturellement. J'aurais plutôt tendance à penser que l'eau qui pouvait être proche de la surface est évaporée depuis longtemps, et que au moins sur plusieurs mètres, ces cailloux sont aussi secs que la Lune...
Et si le noyau de glace est à 1 km de profondeur, on n'est pas plus avancé.
Température de surface donnée à 313K=40°C (je suppose que c'est au soleil) :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Phobos_(lune)

Faut aller voir et creuser, quoi...

(Tiens au fait, il me semble que même pour la Lune, pourtant bien plus accessible et étudiée, on n'a toujours pas vraiment conclu sur l'existence de glace exploitable au pole, bien que presque tout le monde semble considérer celà comme un fait acquis).

Pour ce qui est de la Lune, la présence d'eau n'est pas la seule hypothèse pour expliquer les relevés et rien n'est acquis.
Mais je n'aurais pas dit que la Lune est bien plus accessible que Phobos et à cause du puit de gravité lunaire.

"313°k"?!... si la température de surface monte aussi haut sur Phobos alors bien sûr l'eau est en profondeur, s'il y en a. Donc aller voir au fond des cratères d'impact les plus récents après avoir étudié de près les jets de vapeur de Phobos (vapeur qui viendrait des profondeurs, en accord avec ta remarque), LA grande priorité.

Mais pour la technique écolo (cf. ci-dessus film noir + effet de serre) il y a Mars... avec de l'eau à deux ou trois mètres de profondeur dans des zones éclairées selon les dires (hypothèses) de certains. Là, le dispositif "écolo" pourrait être adapté. Et puis si l'on veut chauffer très en profondeur, alors il faut éviter le refroidissement pendant la nuit et l'on pourrait penser ajouter quelques mirroirs solaires en orbite.

Mais j'y pense: si des jets de vapeur permanents ont été détectés sur Phobos et s'ils produisent ainsi depuis des millions d'années... alors il doit exister des cavités gigantesques à l'intérieur de Phobos... A explorer...avec des robots (moi j'y descend pas!).

lambda0 a écrit:
(Tiens au fait, il me semble que même pour la Lune, pourtant bien plus accessible et étudiée, on n'a toujours pas vraiment conclu sur l'existence de glace exploitable au pole, bien que presque tout le monde semble considérer celà comme un fait acquis).

Il y avait eu ceci avec un résultat négatif :

http://science.nasa.gov/newhome/headlines/ast13oct99_1.htm

Comme tu le dis, la surface de Phobos doit être sèche sur plusieurs dizaines ou centaines de m. Donc (au cas où il y ait de l'eau... vu les "dégazages" observés) il faudrait creuser très profond.

Toujours à propos du traitement des minerais pour obtenir de l'oxygène,on en avait discuté aussi dans les sujets:

http://www.forum-conquete-spatiale.fr/Technique-c5/Autres-f21/Constructions-lunaires-et-martiennes-t3310.htm

http://www.forum-conquete-spatiale.fr/Technique-c5/Autres-f21/co-developpement-du-spatial-et-du-terrestre-t3355.htm

L'utilisation de l'hydrogène à très haute température sera nécessaire si on souhaite réduire tout minerai (plus de 2500°C), mais heureusement certains minerais sont réductibles à plus basse température vers 1000 °C, mais le problème sera alors de les trouver , les extraire et de les conditionner avant réduction.

Toujours est-il que comme sous-produit on obtient de la vapeur d'eau (sur la Terre ;) )...qui sur la Lune devient un produit essentiel :) que l'on peut ensuite électrolyser ou thermolyser en hydrogène (pour le recyclage) et en oxygène pour les besoins respiratoires ou comme comburant si on en produit en grande quantité.

Cà sera certainement assez difficile de mettre au point tout çà...mais il se pourrait que sur notre Lune ou sur celles des martiens ;) çà devienne plus facile grâce au vide mis à notre disposition gratuitement :) qui est un très bon isolant thermique et donc facilite l'obtention de très haute température (à condition comme dans les bouteilles thermo de réduire les pertes radiatives avec de bons réflecteurs ) .
Quant à l'hydrogène si on peut se le procurer sur place...tant mieux !
Si non on peut quant-même le faire venir d'ailleurs car c'est l'élément de beaucoup le plus léger ce qui réduit considérablement le coût de son transport. (même si sa faible densité oblige à l'utilisation de réservoirs volumineux et bien isoler thermiquement pour le maintenir bien au froid ;) ...mais là encore le vide est notre allié )

Pour ce qui me concerne, je défendrai plutôt une implantation de petits réacteurs pour traiter l'eau et le CO2 atmosphérique dans une zone proche des pôles martiens (la chimie à mettre en oeuvre est de loin plus simple que le traitement du régolithe)
Et on utilise une partie des ergols fabriqués pour transporter des "bidons" sur Phobos.
De Phobos on peut accéder à toutes les longitudes et latitudes de Mars pour des missions d'exploration en emportant tout le nécessaire, y compris les ergols pour revenir sur la "station service" de Phobos (retour d'achantillons par exemple ou tout simplement révitaillement du lander/rover avant qu'il change de zone d'exploration).
Cela permet un intense travail d'exploration de sites multiples. Les voyages Mars/Phobos/Mars coutent de l'énergie, mais elle est produite sur place.

Cela est réalisable dans le cadre de missions robotisées et prépare les conditions optimales pour un voyage humain ultérieur. (si on dispose d'O2, d'eau et de méthane pour assurer le support vie et le carburant du retour ... cela devient envisageable)

Mais ... il faudrait remettre sur le tapis la propulsion méthane/LOX ... et on n'en prend pas le chemin.

montmein69 a écrit:Pour ce qui me concerne, je défendrai plutôt une implantation de petits réacteurs pour traiter l'eau et le CO2 atmosphérique dans une zone proche des pôles martiens (la chimie à mettre en oeuvre est de loin plus simple que le traitement du régolithe).

Pour couper un peu les cheveux en quatre ;) , disons plutôt le génie chimique à mettre en œuvre pourrait être plus simple.

Bien, mais revenons à l’extraction de l’oxygène de la régolithe :les deux difficultés majeures sont les hautes températures à mettre en œuvre et le risques de diffusion de l’hydrogène à travers les parois.

Quelle ébauche de solution pourrait-on apportée ?

Broyée finement la régolithe, puis la faire tomber lentement (la faible gravité aidera à çà ) dans un affluent ascendant d’hydrogène. Le tout serait dans un tube cylindrique en silice transparente d' assez grand diamètre et protéger du centre à très haute température part un flux laminaire de gaz hydrogène froid.

Le centre serait chauffé par énergie solaire en étant au foyer d’un ensemble de miroirs paraboliques ou d’un seul miroir de forme plus complexe (c’est alors un problème d’optique géométrique et de caustique ) Ce tube central serait à l’intérieur d’autres tubes gigognes toujours en silice à pression de plus en plus réduite où l’on récupérerait au moyen de pompes l’hydrogène ayant pu diffusé. Le tube extérieur serait en contact avec le vide, mais ne subirait que des contraintes faibles vu sa faible pressions interne et l’éloignement de la source de chaleur.

montmein69 a écrit:Et on utilise une partie des ergols fabriqués pour transporter des "bidons" sur Phobos.
De Phobos on peut accéder à toutes les longitudes et latitudes de Mars pour des missions d'exploration en emportant tout le nécessaire, y compris les ergols pour revenir sur la "station service" de Phobos (retour d'achantillons par exemple ou tout simplement révitaillement du lander/rover avant qu'il change de zone d'exploration).
Cela permet un intense travail d'exploration de sites multiples. Les voyages Mars/Phobos/Mars coutent de l'énergie, mais elle est produite sur place.

Cela est réalisable dans le cadre de missions robotisées et prépare les conditions optimales pour un voyage humain ultérieur. (si on dispose d'O2, d'eau et de méthane pour assurer le support vie et le carburant du retour ... cela devient envisageable)

Mais ... il faudrait remettre sur le tapis la propulsion méthane/LOX ... et on n'en prend pas le chemin.

Tout ça est un problème de logistique…il faudra si les sujets continuent à s’enrichir dans ce domaine, créer une rubrique correspondante… mais bon, attendons un peu : « wait and see ! » ;)

Une objection pour l’utilisation de Phobos (ou Déimos) à partir de l’arctique martien :

Leurs orbites sont équatoriales, donc très bien pour les atteindre à partir d’un « Kourou » martien en profitant de plus de la rotation de Mars, mais ce n’est plus le cas à partir d’un pôle ! :roll: Que faire ? Faire du 4 X 4, voire du 6 X 6 du pôle à l’équateur si on a le temps et qu’on étudie bien l’itinéraire pour éviter les cratères ou les rifts : pourquoi pas ! 8-)

Autre solution : l’avion-fusée, mais pas très économique pour l’énergie et le rapport de masse

Autre solution : l’avion à hélice, çà a déjà été étudié : mais il faut rappeler que les extrémités des pales de grand diamètre travailleront en supersonique (c’est pas impossible, mais pas simple non plus ) :scratch:

Autre solution : le turboréacteur !... Non je ne suis pas tomber sur la tête :eeks: et bien sûr il n’y a pas d’oxygène dans l’atmosphère martienne pour la combustion du carburant qui serait le méthane. Prévoyons alors deux réservoirs, un pour le carburant et l’autre pour le comburant (le LOX). Bien sûr on alourdit le tout et on ne voit pas très bien le bénéfice que l’on peut en retirer par rapport à un moteur-fusée. Revenons sur le principe de la réaction : l’impulsion de l’engin sera opposée à la quantité de mouvement des gaz éjectés. Deux voies possibles :

- celle privilégiée par les fusées : augmenter le plus possible la vitesse d’ éjection pour réduire le plus possible le rapport de masse… mais au détriment de l’énergie consommée car l’énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse. Plus on éjecte les gaz à grande vitesse, plus on consomme de l’énergie.

- celle privilégiée par les avions à hélice, turbopropulseurs ou de turboréacteur à flux multiples : augmenter la masse éjectée puisque celle-ci n’est plus à transporter, mais prélevée dans l’atmosphère. On économise alors sur l’énergie et non plus sur la masse éjectée.

C’est cette deuxième voie qu’ utiliserait ce turboréacteur martien : le méthane et le LOX servant à l’apport d’énergie pour chauffer les gaz et les compresser avant détente, et participant peu à la masse éjectée à cause de leur dilution. La majeure partie des gaz éjectés proviendrait de l’atmosphère martienne. Et pour le décollage et l’ « atterrissage » :… verticaux comme les avions Harrier.
Cordialement,
Giwa