แนวคิดการเปลี่ยนดินให้กลายเป็นอากาศหายใจอาจฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ที่ไกลตัว แต่ในขณะนี้ ภารกิจสำรวจอวกาศกำลังมุ่งหน้าสู่เป้าหมายสำคัญในการพามนุษย์กลับไปตั้งถิ่นฐานบนดวงจันทร์อย่างถาวร คำถามที่ท้าทายที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญไม่ใช่เพียงแค่การเดินทาง แต่คือการดำรงชีวิตอยู่ นักบินอวกาศจะหายใจอย่างไรบนดาวบริวารที่ไร้ซึ่งชั้นบรรยากาศ คำตอบของปัญหานี้อาจอยู่แทบเท้าของพวกเขานั่นเอง นักวิจัยกำลังเร่งพัฒนาวิธีการสกัดออกซิเจนจากฝุ่นผงบนผิวดวงจันทร์ หรือที่เรียกว่า “เรโกลิธ” (Regolith) ซึ่งความสำเร็จนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญที่เปิดประตูสู่การอยู่อาศัยในระยะยาวบนดวงจันทร์ และปูทางไปสู่การสำรวจดาวเคราะห์ดวงอื่นในอนาคต
กุญแจสำคัญของการดำรงชีวิตในต่างดาวอยู่ที่แนวคิดที่เรียกว่า การใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ในพื้นที่ หรือ In-Situ Resource Utilization (ISRU) ซึ่งเป็นหลักการนำทรัพยากรที่มีอยู่แล้วบนดวงจันทร์มาแปรรูปเป็นปัจจัยพื้นฐานที่จำเป็นต่อการดำรงชีพของมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นออกซิเจน น้ำ หรือแม้กระทั่งเชื้อเพลิง
ซิลแว็ง โรดาต์ (Sylvain Rodat) ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์และกระบวนการความร้อน ระบุว่าแนวคิดนี้กำลังได้รับความสนใจอย่างมากในขณะที่นานาชาติกำลังผลักดันโครงการตั้งถิ่นฐานบนดวงจันทร์ ข้อมูลจากองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ชี้ให้เห็นความจริงที่น่าทึ่งว่า เรโกลิธ หรือชั้นฝุ่นและเศษหินที่ปกคลุมผิวดวงจันทร์นั้น มีองค์ประกอบทางแร่ธาตุที่ไม่ต่างจากโลกมากนัก โดยน้ำหนักประมาณร้อยละ 45 ของมันคือออกซิเจน
อย่างไรก็ตาม ออกซิเจนเหล่านี้ไม่ได้ลอยอยู่อย่างอิสระในสถานะก๊าซให้เราสูดดมได้ทันที แต่มันถูกกักขังอยู่ในรูปของสารประกอบออกไซด์ที่จับตัวแน่นกับโลหะและแร่ธาตุต่าง ๆ เช่น เหล็ก ไทเทเนียม ซิลิคอน และแคลเซียม การจะนำออกซิเจนออกมาใช้งานจึงต้องอาศัยกระบวนการทำลายพันธะเคมีเหล่านี้ ซึ่งเป็นที่มาของการนำเทคนิค ไพโรไลซิส (Pyrolysis) มาประยุกต์ใช้ เทคนิคนี้คือกระบวนการสลายองค์ประกอบด้วยความร้อนสูง เพื่อแยกออกซิเจนออกจากแร่ธาตุอื่น ๆ ในเรโกลิธ และเนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศที่จะมากรองแสงอาทิตย์ บริเวณขั้วของดวงจันทร์จึงได้รับแสงแดดที่เข้มข้นและยาวนาน บางพื้นที่ได้รับแสงถึงร้อยละ 90 ของเวลาทั้งหมด ทำให้นักวิจัยเล็งเห็นโอกาสในการใช้ พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นแหล่งพลังงานหลักในกระบวนการนี้
เครดิตภาพ: UF/IFAS photo by Tyler Jones
การศึกษาวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Acta Astronautica ได้นำเสนอวิธีการใช้เตาแสงอาทิตย์ (Solar Furnace) ที่จำลองสภาพแวดล้อมบนดวงจันทร์ โดยใช้อุปกรณ์รวมแสงขนาดใหญ่เพื่อรวบรวมแสงอาทิตย์ให้เป็นลำแสงเข้มข้น ยิงไปยังตัวอย่างเรโกลิธจนเกิดความร้อนมหาศาล ซึ่งสามารถทำอุณหภูมิได้สูงกว่า 3,000 องศาเซลเซียส ความร้อนระดับนี้เพียงพอที่จะสลายพันธะออกไซด์และปลดปล่อยออกซิเจนออกมา หากเทคนิค “โซลาร์ไพโรไลซิส” (Solar Pyrolysis) นี้ประสบความสำเร็จตามที่คาดหวัง มันจะช่วยลดพลังงานที่ต้องใช้ในกระบวนการสกัดได้อย่างมหาศาล และทำให้ระบบการผลิตออกซิเจนบนดวงจันทร์มีความยั่งยืนอย่างแท้จริง
แม้ทฤษฎีจะดูสวยหรู แต่ในทางปฏิบัติยังมีความท้าทายทางเทคนิคอีกมากที่ต้องก้าวข้าม การทดลองในระยะเริ่มต้นพบว่าปริมาณออกซิเจนที่สกัดได้ยังค่อนข้างต่ำ โดยสามารถเปลี่ยนมวลสารตั้งต้นให้เป็นออกซิเจนได้เพียงร้อยละ 1 เท่านั้น ทีมวิจัยจึงวางแผนที่จะปรับปรุงกระบวนการโดยการลดความดันในเตาปฏิกรณ์ไพโรไลซิสเพื่อจำลองสภาวะสุญญากาศของดวงจันทร์ ซึ่งอาจช่วยลดอุณหภูมิที่ต้องใช้และเพิ่มผลผลิตของออกซิเจนให้สูงขึ้น นอกจากนี้ ความทนทานของอุปกรณ์ก็เป็นเรื่องใหญ่ เพราะสภาพแวดล้อมบนดวงจันทร์นั้นโหดร้าย ทั้งอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างสุดขั้ว ฝุ่นผงที่มีความคมและกัดกร่อน รวมถึงรังสีที่มีอยู่ตลอดเวลา นักวิจัยจึงต้องเร่งพัฒนาเตาแสงอาทิตย์และอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้มีความทนทานเป็นพิเศษ
ซู ฮอร์น (Sue Horne) หัวหน้าฝ่ายสำรวจอวกาศแห่งองค์การอวกาศสหราชอาณาจักร (UK Space Agency) ได้สรุปความสำคัญของเทคโนโลยีนี้ไว้อย่างน่าสนใจว่า หากมนุษย์ต้องการเดินทางท่องอวกาศอย่างกว้างขวางและตั้งฐานทัพบนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร เราจำเป็นต้องมีความสามารถในการสร้างหรือค้นหาสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงชีวิต ไม่ว่าจะเป็นอาหาร น้ำ และอากาศหายใจ ด้วยตนเองจากทรัพยากรในพื้นที่นั้น ๆ ความสำเร็จของการสกัดออกซิเจนจากดินดวงจันทร์จึงไม่ใช่เพียงแค่ความก้าวหน้าทางวิศวกรรม แต่คือใบเบิกทางสู่อนาคตของมนุษยชาติในอวกาศ
ข้อมูลอ้างอิง: Daily Galaxy
- Turning Moon Dust into Oxygen: How Scientists Plan the Future of Lunar Exploration
