A novel ISRU process for oxygen production on the moon

Questo lavoro di tesi fa parte di un progetto dell'Agenzia Spaziale Europea sullo sviluppo di un processo ISRU (In Situ Resource Utilization) per la produzione di ossigeno sulla Luna. L'obiettivo era quello di analizzare i diversi processi proposti finora e di approfondire il più promettente. In particolare si voleva stabilire il carico utile reale,cioè la massa complessiva da lanciare sulla Luna, per la spedizione di un impianto di produzione di ossigeno progettato per produrre 1000 kg / anno. Poichè la Luna è anche la stazione di lancio preferita per le spedizioni su Marte grazie alla sua gravità ridotta (cioè 1/6 di quella terrestre), è di interesse stabilire una presenza umana sulla Luna a lungo termine costruendo una stazione lunare negli anni 2019-2024. Di conseguenza, è importante fornire le quantità necessarie di ossigeno e acqua per garantire la vita agli astronauti e l'ossigeno per riempire i razzi lanciati dalla base lunare. Il processo da noi analizzato è la riduzione carbotermica della regolite (suolo lunare) per mezzo di metano a una temperatura che non comporti la fusione del solido. Anche se, in qualche modo, la significativa riduzione della temperatura di processo, da 1600 ° C a 1000 °C, riduce la reattività, queste condizioni di processo consentono però una facile movimentazione del solido lavorando in continuo, oltre che minori perdite di metano dovute alla reazione parassita di pirolisi . Il lavoro di tesi è organizzato nei seguenti capitoli: - Capitolo 1: analisi dei processi più importanti ISRU per la produzione di O2 dalla regolite lunare - Capitolo 2: caratterizzazione dei simulant adottati per riprodurre la reale regolite lunare (cioè, la JSC-1A e il NU-LHT-2M) - Capitolo 3: definizione della pianta in scala del laboratorio (chiamata breadboard) per testare gli aspetti chimici del processo proposto - Capitolo 4: prima definizione del processo tramite TGA (analisi termica gravimetrica) utilizzata per definire la reattività dei simulant rispetto alla miscela CH4/H2 - Capitolo 5: prove eseguite con il breadboard che fissa le condizioni di processo fino alla produzione di acqua