Конкурсная программа NASA «Break the Ice Challenge» предлагает найти экономичные способы извлечения воды из замёрзшей лунной породы. Инженеры Masten Space Systems для решения задачи разработали луноход Rocket M. При помощи ракетного двигателя он может рыть в поверхности Луны двухметровые канавки, извлекать из них измельчённый реголит и очищать полученную ледяную пыль. Это позволит собирать до ста килограммов льда в день.
Луна может стать испытательной и стартовой площадкой для технологий и систем, необходимых в будущих полётах на Марс и более отдалённые небесные тела. Доставка всех необходимых для жизни на Луне ресурсов с Земли — неподъёмная задача, и хотя бы некоторую часть таких ресурсов неплохо бы добывать на самой Луне. NASA ищет способы обеспечения пилотируемых полётов и баз на Луне с использованием лунных полезных ископаемых, то есть реализации концепции In-Situ Resource Utilization, «извлечения ресурсов на месте». Сюда входят разные аспекты жизнеобеспечение астронавтов, добыча топлива и энергии, а также строительных материалов.
Один из ключевых ресурсов на Луне — вода. Её запасы в виде перемешанного с реголитом льда в основном находятся на полюсах внутри неосвещённых Солнцем глубоких кратеров. Считается, что в затенённых областях южного лунного полюса расположены особенно массивные запасы (более подробно о моделях распределения льда на Луне можно узнать по ссылке). Кроме кратеров вблизи полюсов небольшое количество воды может сохраняться даже на освещённых Солнцем участках поверхности в умеренных широтах (см. об этом отдельную статью), но её использование в этих областях — дело ещё более далёкого будущего. Самое сложное — найти экономичный способ автономной добычи льда в существенных количествах хотя бы там, где его предположительно много, то есть в приполюсных кратерах. Перед будущими лунными станциями стоит задача извлечения и очистки лунного льда в промышленных масштабах для преобразования его в воду, а также получения из воды кислорода и водорода (электролиза воды) для ракетного топлива. NASA объявило конкурс Break The Ice Challenge на разработку проекта лунного вездехода с установкой для добычи и очистки льда из лунного реголита. Предполагаемое место работы такого аппарата — бассейн Эйткен возле южного полюса, в котором оценки предполагают около 70 миллионов килограммов льда. Целевые показатели производительности для проектов включают возможность добычи до 10 тонн воды в год. В конкурсе участвовало около трёх десятков проектов, удовлетворяющих первоначальным критериям отбора. Проект «ракетного вездехода» от компании Masten Space Systems, хоть и не занял призового места, но вошёл в десятку лучших, предложив интересный способ извлечения льда из-под лунной поверхности.
Инженеры Masten Space Systems совместно с Honeybee Robotics и Lunar Outpost разработали луноход массой 1118 килограммов. Он получил название Rocket M в соответствии со своим главным аппаратом — устройством добычи лунной воды в виде ракетной установки. Rocket M перемещается к заранее выбранному участку кратера и устанавливает на реголит металлический герметичный купол. Под этим куполом ракета создаёт тягу и выстреливает в грунт серию огненных импульсов продолжительностью по полсекунды каждый. Реголит подвергается прямому конвективному нагреванию, и породы разрушаются на глубину до двух метров. После дробления ледяная руда засасывается в корпус лунохода, зёрна проходят через магнитный сепаратор и попадают в камеру пневматического циклона, что позволяет удалить намагниченные породы и более тяжёлый материал. Оставшиеся зёрна проходят через электростатический фильтр, в котором удаляются проводящие зёрна, увеличивая тем самым долю именно ледяных частиц в смеси. Оставшиеся частицы проходят через два дополнительных пневмоциклона. В первом из них удаляются остатки пыли, второй служит для дальнейшего обогащения ледяной смеси. Он отправляет газовую фракцию на охлаждённые пластины для улавливания продуктов сгорания и водяного пара от сублимации льда. Так собирается очищенный лёд для транспортировки на сборный пункт, где лёд плавится до водной фазы. Луноход на Луну предполагается доставить при помощи посадочного модуля, который будет также играть роль вспомогательной лунной станции. После разворачивания луноход может передвигаться на скорости до 3,45 км/час и даже преодолевать небольшие препятствия на рельефе.
Процесс добычи льда на одной точке занимает от 5 до 10 минут. Возможности ровера позволяют выкапывать до трёх ям на одном месте, а за день он может сменить до четырёх точек выработки. Соответственно общая производительность Rocket M — до 12 ям в день с учётом времени на транспортировку собранного льда на место переработки. В каждой из ям можно добыть до 100 килограммов льда, что даст возможность получать более 400 тонн лунной воды в год. Ожидается, что небольшой вес и хорошая мобильность Rocket M позволят легко масштабировать конструкцию; вездеход сможет преодолевать препятствия на лунном грунте — валуны и брекчию. Также его можно использовать для добычи сухого реголита для строительных материалов. Его ракетная система работает на кислороде и водороде, полученных электролизом воды, поэтому ровер может добывать топливо для своей ракеты. Разработчики провели испытания ракетной установки на Земле с использованием вещества — имитанта замёрзшего лунного реголита со льдом. Пока что это даже не испытания прототипа, но эксперименты дали представление о том, какие значения давления и параметры реактивной струи необходимы под куполом для оптимизации работы в лунных условиях.
Первый этап конкурса Break The Ice Challenge предполагал разработку концепции и системной архитектуры «фабрики льда» на Луне с представлением анимационного ролика, показывающего работу установки. На будущем втором этапе акцент в конкурсных предложениях будет сделан на проектировании и демонстрации прототипов устройств.
