هنگام صحبت درباره آینده اکتشافات فضایی، در نظر گرفتن چند روش برای برنامه‌ریزان مأموریت ضروری است. مهمترین آن ها مفهوم استفاده از منابع درجا (ISRU) است که غذا، آب، مصالح ساختمانی و سایر عناصر حیاتی را با استفاده از منابع محلی فراهم می کند. حال محققان به این نتیجه رسیده اند که اکسیژن مورد نیاز میلیاردها نفر در خاک ماه وجود دارد.
هنگامی که صحبت از مأموریت‌های ماه و مریخ در سال‌های آینده می‌شود، توانایی برداشت یخ، سنگ و سایر عناصر حیاتی برای موفقیت مأموریت بسیار مهم است.
برنامه ریزان ناسا برای آماده سازی ماموریت های آرتمیس، برروی یافتن راه بهینه برای تولید گاز اکسیژن (O2) از تمام اکسیژن عنصری محبوس شده در غبار سطح ماه (معروف به خاک سنگی ماه) متمرکز شده اند. در واقع، تخمین‌های کنونی نشان می‌دهد که اکسیژن عنصری کافی در ده متر بالای خاک سنگی ماه وجود دارد و می تواند اکسیژن مورد نیاز هر فرد روی زمین را برای ۱۰۰۰۰۰ سال آینده تامین کند.
ماه دارای جو بسیار ضعیفی است که حاوی اکسیژن عنصری می باشد اما آنقدر نازک است که دانشمندان ماه را به عنوان یک “جسم بدون هوا” توصیف می کنند. اما در خاک سنگی ماه، پودر ریز و سنگ‌هایی که سطح را می‌پوشانند، مقادیر فراوانی اکسیژن وجود دارد. این غبار ریز که به عنوان “غبار ماه” نیز شناخته می شود، در سطح ماه نفوذ می کند و نتیجه میلیاردها سال برخورد شهاب و دنباله دارها است.
با این حال، این اکسیژن در مواد معدنی به ویژه سیلیس، آلومینیوم، آهن و منیزیم، اکسید شده است. ترکیب ایزوپتیک این کانی‌ها تقریباً مشابه کانی‌های روی زمین است که منجر به نظریه معروف به فرضیه ضربه غول پیکر (مبنی بر اینکه سیستم زمین و ماه میلیاردها سال پیش با هم تشکیل شده‌اند) شده است.
از این رو اگر قصد داریم این اکسیژن برای فضانوردان و ساکنان آینده ماه قابل استفاده باشد، باید استخراج شود؛ البته برای شکستن پیوندهای شیمیایی به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز است. در زمین، این فرآیند (معروف به الکترولیز) معمولاً برای تولید فلزات استفاده می شود، جایی که اکسیدهای ذوب شده تحت جریان الکتریکی قرار می گیرند تا مواد معدنی را از اکسیژن جدا کنند.
در این حالت گاز اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود تا بتوان فلزات را برای ساخت و ساز تولید کرد. اما در ماه، اکسیژن محصول اصلی خواهد بود در حالی که فلزات به عنوان یک محصول جانبی بالقوه مفید کنار گذاشته می شوند. به احتمال فراوان این فرآیند ساده است اما برای اجرایی شدن دو مانع بزرگ در برابر خود می بیند:
نخست اینکه استخراج اکسیژن از سنگ به تجهیزات صنعتی قابل توجهی نیاز دارد. ابتدا باید اکسید فلز جامد را با اعمال گرما به شکل مایع تبدیل کنیم. ما فناوری انجام این کار را در زمین داریم، اما انتقال این دستگاه به ماه و تولید انرژی کافی برای راه اندازی آن یک چالش بزرگ خواهد بود.
به طور خلاصه، این فرآیند باید از نظر انرژی بسیار کارآمدتر باشد تا پایدار در نظر گرفته شود. البته این انرژی مورد نیاز را می توانیم از طریق انرژی خورشیدی تامین کنیم.
حتی اگر موفق شدیم زیر ساخت ها را ایجاد کنیم، هنوز این سوال وجود دارد که توانایی استخراج چه میزان اکسیژن را داریم؟ اگر فقط خاک سنگی ماه را در نظر بگیریم که به راحتی در سطح قابل دسترسی است، طبق برخی تخمین ها ممکن است هر متر مکعب این خاک به طور متوسط حاوی ۱.۴ تن مواد معدنی باشد که در آن حدود ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن وجود دارد.
ناسا می گوید انسان برای زنده ماندن نیاز به تنفس حدود ۸۰۰ گرم اکسیژن در روز دارد. بنابراین ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن یک فرد را برای حدود دو سال (یا کمی بیشتر) زنده نگه می دارد. اگر میانگین عمق خاک سنگی روی ماه را حدود ده متر فرض کنیم و اگر قادر باشیم تمام اکسیژن را از آن استخراج کنیم، این بدان معناست که در ده متر بالایی، اکسیژن مورد نیاز میلیاردها نفر در خاک ماه وجود دارد. مقداری که نیاز تمام هشت میلیارد انسان روی زمین را برای حدود ۱۰۰۰۰۰ سال تامین می کند.
