ESA:s tekniska hjärta har börjat producera syre ur simulerat måndamm.

En prototyp av syrgasanläggning har satts upp i Materials and Electrical Components Laboratory vid European Space Research and Technology Centre, ESTEC, baserad i Noordwijk i Nederländerna.

"Med vår egen anläggning kan vi fokusera på syreproduktion, mäta den med en masspektrometer när den extraheras från regolitsimulanten, " kommenterar Beth Lomax vid University of Glasgow, vars Ph.D. arbetet stöds genom ESA:s nätverks- och partnerinitiativ, utnyttja avancerad akademisk forskning för rymdtillämpningar.

"Att kunna få syre från resurser som finns på månen skulle uppenbarligen vara enormt användbart för framtida månbosättare, både för andning och i den lokala produktionen av raketbränsle."

ESA-forskaren Alexandre Meurisse tillägger:"Och nu har vi anläggningen i drift som vi kan titta på att finjustera den, till exempel genom att sänka driftstemperaturen, så småningom designa en version av detta system som en dag skulle kunna flyga till månen för att användas där."

Prover som returneras från månens yta bekräftar att månens regolit består av 40–45 viktprocent syre, dess enskilt rikligaste element. Men detta syre är kemiskt bundet som oxider i form av mineraler eller glas, så är inte tillgänglig för omedelbar användning.

ESTEC:s syreextraktion sker med en metod som kallas smält saltelektrolys, involverar att placera regolit i en metallkorg med smält kalciumkloridsalt för att fungera som en elektrolyt, upphettas till 950°C. Vid denna temperatur förblir regoliten fast.

Men att passera en ström genom den får syret att extraheras från regoliten och migrera över saltet för att samlas upp vid en anod. Som en bonus omvandlar denna process också regoliten till användbara metallegeringar.

Faktum är att denna elektrolysmetod för smält salt utvecklades av det brittiska företaget Metalysis för kommersiell metall- och legeringsproduktion. Beths Ph.D. innebar att arbeta på företaget för att studera processen innan man återskapade den på ESTEC.

"På Metalysis, syre som produceras av processen är en oönskad biprodukt och frigörs istället som koldioxid och kolmonoxid, vilket innebär att reaktorerna inte är konstruerade för att motstå syrgas i sig, " förklarar Beth. "Så vi var tvungna att göra om ESTEC-versionen för att kunna ha syret tillgängligt att mäta. Labbteamet var till stor hjälp för att få det installerat och att fungera säkert."

Syrgasanläggningen går tyst, med syret som produceras i processen ventileras in i ett avgasrör för nu, men kommer att lagras efter framtida uppgraderingar av systemet.

"Produktionsprocessen lämnar efter sig en härva av olika metaller, " tillägger Alexandre, "och det här är en annan användbar forskningslinje, för att se vilka som är de mest användbara legeringarna som kan tillverkas av dem, och vilken typ av tillämpningar de kan användas för.

"Kan de vara 3D-utskrivna direkt, till exempel, eller skulle de behöva förädlas? Den exakta kombinationen av metaller kommer att bero på var på månen regoliten kommer från - det skulle finnas betydande regionala skillnader."

Det slutliga målet skulle vara att designa en "pilotanläggning" som skulle kunna fungera hållbart på månen, med den första teknikdemonstrationen riktad till mitten av 2020-talet.

"ESA och NASA är på väg tillbaka till månen med besättningsuppdrag, denna gång med tanke på att stanna, " säger Tommaso Ghidini, Chef för ESA:s strukturer, Mekanisms and Materials Division.

"Därför ändrar vi vårt tekniska tillvägagångssätt till en systematisk användning av månens resurser på plats. Vi arbetar med våra kollegor i Human and Robotics Exploration Directorate, Europeisk industri och akademi för att tillhandahålla vetenskapliga tillvägagångssätt och nyckelteknologier som denna, mot en varaktig mänsklig närvaro på månen och kanske en dag på Mars."