Lunární zdroje

Solární energie, kyslík a kovy jsou bohaté zdroje na Měsíci. Prvky známo, že je přítomen na povrchu měsíce patří, mimo jiné, vodík (H), kyslík (O), křemík (Si), železo (Fe), hořčík (Mg), vápník (Ca) hliník (Al), manganem (Mn) a titanu (Ti). Mezi hojnější patří kyslík, železo a křemík. Obsah atomového kyslíku v regolitu se odhaduje na 45% hmotnostních.

sluneční energieeditovat

Denní světlo na Měsíci trvá přibližně dva týdny, následované přibližně dvěma týdny noci, zatímco oba měsíční póly jsou osvětleny téměř neustále. Lunární jižní pól vlastnosti regionu s kráter ráfky vystavena téměř konstantní solární osvětlení, ale interiér krátery jsou trvale chráněny před slunečním zářením, a udržet značné množství vodního ledu v jejich interiéru. Umístěním zařízení na zpracování lunárních zdrojů poblíž lunárního jižního pólu, solární elektrická energie by umožnila téměř konstantní provoz v blízkosti zdrojů vodního ledu.

Solární buňky by mohly být vyrobeny přímo na lunární půdy střední velikosti (~200 kg) rover s možnostmi pro vytápění hornin, odpařování vhodné polovodičové materiály pro solární buněčné struktury přímo na hornin podkladu, a depozici kovových kontaktů a propojení, aby dokončit kompletní solární buněk pole přímo na zemi.

Kilopower jaderné štěpení systém je vyvíjen pro spolehlivé elektrické energie, která by mohla umožnit dlouhodobé posádkou základny na Měsíci, Marsu a destinací mimo ni. Tento systém je ideální pro místa na Měsíci a Marsu, kde je přerušovaná výroba energie ze slunečního světla.

OxygenEdit

obsah elementárního kyslíku v regolitu se odhaduje na 45% hmotnostních. Kyslík se často vyskytuje v lunárních minerálech bohatých na železo a sklenicích jako oxid železa. Bylo popsáno nejméně dvacet různých možných procesů pro extrakci kyslíku z lunárního regolitu a všechny vyžadují vysoký příkon energie: mezi 2-4 megawattovými roky energie (tj. Zatímco extrakce kyslíku z oxidů kovů také produkuje užitečné kovy, použití vody jako suroviny ne.

Watereditovat

přehrát média

obrázky LCROSS orbiter létání lunárního jižního pólu ukazují oblasti trvalého stínu.

obrázek ukazuje rozdělení povrchu ledu na Měsíc, jižní pól (vlevo) a severní pól (vpravo) z pohledu NASA Moon Mineralogy Mapper (M3) spektrometr na palubě indická Chandrayaan-1 orbiter

Kumulativní důkazy z několika sond silně naznačují, že vodní led je přítomen na povrchu na Měsíc poláci, ale hlavně na jižním pólu regionu. Výsledky z těchto datových souborů však nejsou vždy korelovány. Bylo zjištěno, že kumulativní plocha trvale ve stínu měsíčního povrchu je 13,361 km2 na severní polokouli a 17,698 km2 v jižní polokouli, což celková plocha 31,059 km2. Do jaké míry jakékoli nebo všechny z těchto trvale zastíněných oblastech obsahují vodního ledu a dalších těkavých látek je v současné době není znám, takže více dat, je potřeba o lunární led vkladů, jeho distribuce, koncentrace, množství, povahu, hloubku, geotechnické vlastnosti a ostatní charakteristiky nezbytné pro návrh a vývoj těžby a zpracování systémů. Úmyslné dopadu LCROSS orbiter do kráteru Cabeus byla sledována analyzovat výsledné úlomky oblak, a byl vyvozen závěr, že vodní led musí být ve formě malých (< ~10 cm), diskrétní kousky ledu distribuovány po celém hornin, nebo jako tenký povlak na ledová zrna. To, spolu s monostatic radarová pozorování naznačují, že vodní led přítomen v trvale zastíněných regionů měsíčních polárních kráterů je nepravděpodobné, že být přítomen ve formě husté, čistý led vkladů.

Voda může být dodáno Měsíc po geologické termíny pravidelné bombardování vody,-ložiska komety, asteroidy a meteoroidy nebo kontinuálně produkované in situ do vodíkové ionty (protony) sluneční vítr ovlivňuje kyslík-ložiska nerostů.

lunární jižní pól vlastnosti regionu s kráter ráfky vystavena téměř konstantní solární osvětlení, kde krátery interiéru jsou trvale zastíněné od slunce, což pro přírodní odchyt a sběr vodní led, který by mohl být těžen v budoucnu.

molekuly Vody (H
2O) lze rozdělit na jeho prvků, zejména vodíku a kyslíku, a tvoří molekulární vodík (H
2) a molekulární kyslík (O
2), které mají být použity jako raketa, bi-paliva, nebo produkují látky, pro hutní a chemické výrobní procesy. Jen na výrobu paliva, se odhaduje společný panel z průmyslu, vládní a akademické odborníky, identifikovat krátkodobé roční poptávka 450 tun lunární odvozené paliva, což je ekvivalent 2,450 tun zpracované lunární vody, vytváří NÁM 2,4 miliardy dolarů příjmů ročně.

HydrogenEdit

sluneční vítr implantáty protonů na hornin, které tvoří protonované atom, což je chemická sloučenina vodíku (H). Přestože je vázaný vodík hojný, zůstávají otázky o tom, kolik z něj difunduje do podpovrchu, uniká do vesmíru nebo difunduje do studených pastí. Vodík by byl potřebný pro výrobu pohonných hmot a má mnoho průmyslových využití. Například vodík může být použit pro výrobu kyslíku redukcí vodíku ilmenitu.

MetalsEdit

IronEdit

Železo (Fe) je hojná ve všech mare čediče (~14-17 % hmotnosti), ale je většinou uzamčena do silikátových minerálů (tj. pyroxen a olivin) a do oxidového minerálu ilmenit v nížinách. Extrakce by byla velmi energeticky náročná, ale někteří prominentní lunární magnetické anomálie jsou podezření, že v důsledku přežívající Fe-bohaté meteorické trosky. Pouze další průzkum in situ určí, zda je tato interpretace správná, a jak využitelné mohou být takové meteoritické úlomky.

volné železo existuje také v regolitu (0,5% hmotnostních) přirozeně legovaném niklem a kobaltem a po broušení jej lze snadno extrahovat jednoduchými magnety. Tento železný prach může být zpracována tak, aby díly pomocí práškové metalurgie techniky, jako je aditivní výroba, 3D tisk, selektivní laserové slinování (SLS), selective laser melting (SLM) a electron beam melting (EBM).

TitaniumEdit

Titan (Ti), může být legované s železa, hliníku, vanadu a molybdenu, mezi další prvky, k vytvoření silné, lehké slitiny pro letecký průmysl. Existuje téměř výhradně v minerálu ilmenit (FeTiO3) v rozmezí 5-8% hmotnostních. Minerály ilmenitu také zachycují vodík (protony) ze slunečního větru, takže zpracování ilmenitu také vytvoří vodík, cenný prvek na Měsíci. Obrovské povodňové čediče na severozápadní straně (Mare Tranquillitatis)mají jedny z nejvyšších titanových obsahů na Měsíci, které obsahují 10krát více titanu než horniny na Zemi.

AluminiumEdit

Hliník (Al) je zjištěno, že se koncentrace v rozmezí 10-18% hmotnostních, přítomné v minerálních nazývá anorthite (CaAl
2Si
2O
8), vápník endmember z plagioklas živce minerální řady. Hliník je dobrý elektrický vodič a atomizovaný hliníkový prášek také vytváří dobré tuhé raketové palivo při spalování kyslíkem. Těžba hliníku by také vyžadovala odbourávání plagioklasu (CaAl2Si2O8).

SiliconEdit

Foto kus čištěného křemíku

Křemík (Si) je hojné polokovové ve všech lunárního materiálu, s koncentrací 20% hmotnostních. Je nesmírně důležité vyrábět pole solárních panelů pro přeměnu slunečního světla na elektřinu, stejně jako sklo, skleněné vlákno a různé užitečné keramiky. Dosažení velmi vysoké čistoty pro použití jako polovodič by bylo náročné, zejména v měsíčním prostředí.

CalciumEdit

Anorthite krystaly v čedičové vug z Vesuv, Itálie (velikost: 6.9 × 4.1 × 3.8 cm)

Vápník (Ca) je čtvrtý nejhojnější prvek v lunární vysočiny, v současné anorthite minerály (vzorec CaAl
2Si
2O
8). Oxidy vápníku a křemičitany vápenaté jsou užitečné nejen pro keramiku, ale čistý kov vápníku je flexibilní a vynikající elektrický vodič v nepřítomnosti kyslíku. Anorthit je vzácný na Zemi, ale hojný na Měsíci.

vápník lze také použít k výrobě solárních článků na bázi křemíku, které vyžadují měsíční křemík, železo, oxid titaničitý, vápník a hliník.

MagnesiumEdit

Hořčík (Mg) je přítomen v magmat a v lunárních minerálů, pyroxenu a olivínu, takže je podezření, že hořčík je hojnější v nižší měsíční kůry. Hořčík má více použití jako slitiny pro letectví, automobilový průmysl a elektroniku.

prvky vzácných zemineditovat

prvky vzácných zemin se používají k výrobě všeho od elektrických nebo hybridních vozidel, větrných turbín, elektronických zařízení a technologií čisté energie. Přes jejich jméno, prvky vzácných zemin jsou – s výjimkou promethia-relativně hojné v zemské kůře. Nicméně, protože jejich geochemické vlastnosti, vzácných zemin-prvky jsou obvykle rozptýlené a není často soustředěna v nerostů vzácných zemin; jako výsledek, ekonomicky využitelné rudy vklady jsou méně časté. Velké rezervy existují v Číně, Kalifornii, Indii, Brazílii, Austrálii, Jižní Africe a Malajsii, ale Čína účty pro více než 95% světové produkce vzácných zemin. (Viz: průmysl vzácných zemin v Číně.)

i když současné důkazy naznačují, vzácných zemin-prvky jsou méně bohaté na Měsíci než na Zemi, NASA výhled těžby nerostů vzácných zemin, jako životaschopný lunární zdroje, protože vykazují širokou škálu průmyslově důležité, optické, elektrické, magnetické a katalytické vlastnosti.

Helium-3Edit

Podle jednoho odhadu, sluneční vítr má uloženo více než 1 milion tun helia-3 (3He) na povrch Měsíce. Materiály na povrchu Měsíce obsahují helium-3 při koncentracích odhaduje mezi 1,4 a 15 ppb (ppb) v prosluněných oblastech, a může obsahovat koncentrace, stejně jako 50 ppb v trvale zastíněných regionů. Pro srovnání, helium-3 v zemské atmosféře se vyskytuje na 7,2 dílů na bilion (ppt).

počet lidí, kteří od roku 1986 navrhli využít lunárního regolitu a použití helium-3 pro jadernou fúzi, i když od roku 2020 fungování experimentální jaderné fúzní reaktory existovaly po desetiletí – a žádný z nich nemá ještě k dispozici elektřina komerčně. Vzhledem k nízkým koncentracím helia-3 by jakékoli těžební zařízení muselo zpracovat extrémně velké množství regolitu. Podle jednoho odhadu musí být zpracováno více než 150 tun regolitu, aby se získal 1 gram (0,035 oz) helia 3. Čína začala Čínský Lunární Exploration Program pro zkoumání Měsíce a vyšetřuje vyhlídky na měsíční těžba, hledá speciálně pro izotop helium-3 pro použití jako zdroj energie na Zemi. Ne všichni autoři si myslí, že mimozemské extrakci helia-3 je možné, a i kdyby to bylo možné extrahovat helium-3 z Měsíce, ne fúzní reaktor design se vyrábí více fúzní výkon než elektrický příkon, porážet účel. Další nevýhodou je, že se jedná o omezený zdroj, který lze po těžbě vyčerpat.

Uhlík a nitrogenEdit

Uhlík (C) by bylo zapotřebí pro výrobu lunárního oceli, ale je přítomen v lunárního regolitu ve stopových množstvích (82 ppm), přispěl tím, že sluneční vítr a micrometeorite dopady.

dusík (N) byl měřen ze vzorků půdy přivedených zpět na Zemi a existuje jako stopové množství při méně než 5 ppm. Byl nalezen jako izotopy 14N, 15N a 16N. uhlík a pevný dusík by byly vyžadovány pro zemědělské činnosti v uzavřené biosféře.

Regolith for constructioneditovat

Vývoj lunární ekonomice bude vyžadovat značné množství infrastruktury na měsíčním povrchu, které se spoléhají na In situ využití zdrojů (ISRU) technologie rozvíjet. Jedním z hlavních požadavků bude poskytnutí stavebních materiálů pro výstavbu stanovišť, zásobníků, přistávacích plošin, silnic a další infrastruktury. Nezpracovaná měsíční půda, nazývaná také regolit, může být přeměněna na použitelné konstrukční komponenty pomocí technik, jako je slinování, lisování za tepla,zkapalnění, metoda litého čediče a 3D tisk. Skla a skleněných vláken jsou jednoduché, aby proces na Měsíc, a bylo zjištěno, regolith materiál, silné stránky mohou být výrazně zlepšeny pomocí skleněných vláken, jako je 70% čedič skleněné vlákno a 30% směsi PETG. Úspěšné testy byly provedeny na Zemi pomocí některých lunárních regolitových simulantů, včetně MLS-1 a MLS-2.

měsíční půda, i když představuje problém pro všechny mechanické pohyblivé části, může být smíchána s uhlíkovými nanotrubicemi a epoxidy při konstrukci zrcadel dalekohledu do průměru 50 metrů. Několik kráterů v blízkosti pólů je trvale tmavé a chladné, což je příznivé prostředí pro infračervené dalekohledy.

některé návrhy naznačují vybudování měsíční základny na povrchu pomocí modulů přinesených ze země a jejich zakrytí měsíční půdou. Měsíční půda se skládá ze směsi oxidu křemičitého a sloučenin obsahujících železo, které mohou být fúzovány do skleněné pevné látky pomocí mikrovlnného záření.

Evropská Kosmická Agentura práce v roce 2013 s nezávislým architektonické firmy, testovány 3D-tištěný strukturu, která by mohla být postavena z lunárního regolitu pro použití jako základny na Měsíci. 3D tištěná měsíční půda by poskytovala „radiační i teplotní izolaci“. Uvnitř, lehký tlakový nafukovací se stejným tvarem kopule by byl životním prostředím pro první osadníky lidského měsíce.“

začátkem roku 2014 NASA financovala malou studii na University of Southern California, aby dále rozvíjela techniku 3D tisku pro vytváření obrysů. Potenciální aplikace této technologie zahrnují konstrukci lunárních struktur z materiálu, který by se mohl skládat až z 90 procent lunárního materiálu, přičemž pouze deset procent materiálu vyžadujícího transport ze země. NASA se také zabývá jinou technikou, která by zahrnovala slinování lunárního prachu pomocí mikrovlnného záření s nízkým výkonem (1500 wattů). Lunární materiál by měl být vázán vytápění na 1200 až 1500 °C (2,190 na 2,730 °F), poněkud nižší než bod tavení, aby se pojistka nanočástic prachu do pevného bloku, který je keramické-jako, a nebude vyžadovat přepravu pojiva materiálu ze Země.