| Compuesto | Fórmula | Composición | |
|---|---|---|---|
| Maria | Highlands | ||
| sílice | SiO2 | 45.4% | 45.5% |
| alúmina | Al2O3 | 14.9% | 24.0% |
| cal | CaO | 11.8% | 15.9% |
| de hierro(II) óxido | FeO | 14.1% | 5.9% |
| magnesia | MgO | 9.2% | 7.5% |
| dióxido de titanio | TiO2 | 3.9% | 0.6% |
| óxido de sodio | Na2O | 0.6% | 0.6% |
| 99.9% | 100.0% | ||
la energía Solar, el oxígeno y los metales son abundantes recursos en la Luna. Los elementos conocidos por estar presentes en la superficie lunar incluyen, entre otros, hidrógeno (H), oxígeno (O), silicio (Si), hierro (Fe), magnesio (Mg), calcio (Ca), aluminio (Al), manganeso (Mn) y titanio (Ti). Entre los más abundantes se encuentran el oxígeno, el hierro y el silicio. El contenido atómico de oxígeno en el regolito se estima en un 45% en peso.
Energía solareditar
La luz del día en la Luna dura aproximadamente dos semanas, seguidas de aproximadamente dos semanas de noche, mientras que ambos polos lunares se iluminan casi constantemente. El polo sur lunar presenta una región con bordes de cráteres expuestos a una iluminación solar casi constante, pero el interior de los cráteres está permanentemente sombreado de la luz solar y retiene cantidades significativas de hielo de agua en su interior. Al ubicar una instalación de procesamiento de recursos lunares cerca del polo sur lunar, la energía eléctrica generada por el sol permitiría un funcionamiento casi constante cerca de las fuentes de hielo de agua.
Las células solares podrían fabricarse directamente en el suelo lunar mediante un rover de tamaño mediano (~200 kg) con la capacidad de calentar el regolito, evaporar los materiales semiconductores adecuados para la estructura de la célula solar directamente en el sustrato de regolito y deponer contactos e interconexiones metálicos para terminar un conjunto completo de células solares directamente en el suelo.
El sistema de fisión nuclear Kilopower se está desarrollando para generar energía eléctrica confiable que podría permitir bases tripuladas de larga duración en la Luna, Marte y destinos más allá. Este sistema es ideal para lugares en la Luna y Marte donde la generación de energía a partir de la luz solar es intermitente.
OxigenOdit
El contenido de oxígeno elemental en el regolito se estima en un 45% en peso. El oxígeno se encuentra a menudo en minerales lunares ricos en hierro y en vidrios como óxido de hierro. Se han descrito al menos veinte posibles procesos diferentes para extraer oxígeno del regolito lunar, y todos requieren un alto aporte de energía: entre 2-4 megavatios-año de energía (es decir, 6-12×1013 J) para producir 1.000 toneladas de oxígeno. Mientras que la extracción de oxígeno de óxidos metálicos también produce metales útiles, el uso de agua como materia prima no lo hace.
Aguaeditar
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La evidencia acumulada de varios orbitadores indica claramente que el hielo de agua está presente en la superficie en los polos lunares, pero principalmente en la región del polo sur. Sin embargo, los resultados de estos conjuntos de datos no siempre están correlacionados. Se ha determinado que el área acumulada de superficie lunar permanentemente sombreada es de 13.361 km2 en el hemisferio norte y 17.698 km2 en el hemisferio sur, lo que da un área total de 31.059 km2. Actualmente no se conoce en qué medida una o todas estas áreas permanentemente sombreadas contienen hielo de agua y otros materiales volátiles, por lo que se necesitan más datos sobre los depósitos de hielo lunar, su distribución, concentración, cantidad, disposición, profundidad, propiedades geotécnicas y cualquier otra característica necesaria para diseñar y desarrollar sistemas de extracción y procesamiento. Se monitoreó el impacto intencional del orbitador LCROSS en el cráter Cabeus para analizar el penacho de escombros resultante, y se concluyó que el hielo de agua debe estar en forma de pequeños trozos de hielo (< ~10 cm) distribuidos por todo el regolito, o como capa delgada sobre granos de hielo. Esto, junto con observaciones de radar monoestáticas, sugiere que es poco probable que el hielo de agua presente en las regiones permanentemente sombreadas de los cráteres polares lunares esté presente en forma de depósitos de hielo grueso y puro.
El agua puede haber sido entregada a la Luna en escalas de tiempo geológicas por el bombardeo regular de cometas, asteroides y meteoroides portadores de agua o producida continuamente in situ por los iones de hidrógeno (protones) del viento solar que impactan en minerales portadores de oxígeno.
El polo sur lunar presenta una región con bordes de cráteres expuestos a una iluminación solar casi constante, donde el interior de los cráteres está permanentemente sombreado de la luz solar, lo que permite la captura natural y la recolección de hielo de agua que podría extraerse en el futuro.
Las moléculas de agua (H
2O) pueden descomponerse en sus elementos, a saber, hidrógeno y oxígeno, y formar hidrógeno molecular (H
2) y oxígeno molecular (O
2) para ser utilizados como propulsantes de cohetes o producir compuestos para procesos de producción metalúrgica y química. Un grupo mixto de expertos de la industria, el gobierno y el mundo académico estimó que la producción de propulsante era suficiente para determinar una demanda anual a corto plazo de 450 toneladas métricas de propulsante derivado de la luna, lo que equivale a 2.450 toneladas métricas de agua lunar procesada, lo que genera 2.400 millones de dólares de los EE.UU. de ingresos anuales.
Hidrogenoeditar
El viento solar implanta protones en el regolito, formando un átomo protonado, que es un compuesto químico de hidrógeno (H). Aunque el hidrógeno unido es abundante, quedan preguntas sobre cuánto de él se difunde en el subsuelo, se escapa al espacio o se difunde en trampas frías. El hidrógeno sería necesario para la producción de propulsantes, y tiene una multitud de usos industriales. Por ejemplo, el hidrógeno se puede utilizar para la producción de oxígeno mediante la reducción de hidrógeno de la ilmenita.
Metaleditar
Ironeditar
| Mineral | Elementos | Apariencia de roca lunar |
|---|---|---|
| Feldespato de plagioclasa | Calcio (Ca) Aluminio (Al) Silicio (Si) Oxígeno (O) |
Blanco a gris transparente; generalmente como granos alargados. |
| Piroxeno | Hierro (Fe), Magnesio (Mg) Calcio (Ca) Silicio (Si) Oxígeno (O) |
Granate a negro; los granos aparecen más alargados en la maría y más cuadrados en las tierras altas. |
| Olivino | Hierro (Fe) Magnesio (Mg) Silicio (Si) Oxígeno (O) |
Color verdoso; generalmente, aparece en forma redondeada. |
| Ilmenita | Hierro (Fe), Titanio (Ti) Oxígeno (O) |
Cristales cuadrados alargados negros. |
El hierro (Fe) es abundante en todos los basaltos de yegua (~14-17 % por peso), pero en su mayoría está encerrado en minerales de silicato (p. ej. piroxeno y olivino) y en el mineral de óxido ilmenita en las tierras bajas. La extracción requeriría bastante energía, pero se sospecha que algunas anomalías magnéticas lunares prominentes se deben a restos meteoríticos ricos en Fe que sobreviven. Sólo una exploración ulterior in situ determinará si esta interpretación es correcta o no, y cuán explotables pueden ser esos desechos meteoríticos.
El hierro libre también existe en el regolito (0,5% en peso) aleado naturalmente con níquel y cobalto y se puede extraer fácilmente con imanes simples después de moler. Este polvo de hierro se puede procesar para fabricar piezas utilizando técnicas de pulvimetalurgia, como fabricación aditiva, impresión 3D, sinterización selectiva por láser (SLS), fusión selectiva por láser (SLM) y fusión por haz de electrones (EBM).
Titanioeditar
El titanio (Ti) se puede alear con hierro, aluminio, vanadio y molibdeno, entre otros elementos, para producir aleaciones fuertes y ligeras para la industria aeroespacial. Existe casi en su totalidad en el mineral ilmenita (FeTiO3) en el rango del 5-8% en peso. Los minerales de ilmenita también atrapan hidrógeno (protones) del viento solar, de modo que el procesamiento de la ilmenita también producirá hidrógeno, un elemento valioso en la Luna. Los vastos basaltos de inundación en el lado noroeste cercano (Mare Tranquillitatis) poseen algunos de los contenidos de titanio más altos de la Luna, albergando 10 veces más titanio que las rocas de la Tierra.
Aluminioeditar
El aluminio (Al) se encuentra con una concentración en el rango de 10-18% en peso, presente en un mineral llamado anortita (CaAl
2Si
2O
8), el miembro final de calcio de la serie de minerales de feldespato de plagioclasa. El aluminio es un buen conductor eléctrico, y el polvo de aluminio atomizado también es un buen combustible sólido para cohetes cuando se quema con oxígeno. La extracción de aluminio también requeriría descomponer la plagioclasa (CaAl2Si2O8).
Siliconaeditar
El silicio (Si) es un metaloide abundante en todo el material lunar, con una concentración de aproximadamente el 20% en peso. Es de enorme importancia producir paneles solares para la conversión de la luz solar en electricidad, así como vidrio, fibra de vidrio y una variedad de cerámicas útiles. Lograr una pureza muy alta para su uso como semiconductor sería un desafío, especialmente en el entorno lunar.
calcioeditar
El calcio (Ca) es el cuarto elemento más abundante en las tierras altas lunares, presente en los minerales de anortita (fórmula CaAl
2Si
2O
8). Los óxidos de calcio y los silicatos de calcio no solo son útiles para la cerámica, sino que el calcio metálico puro es flexible y un excelente conductor eléctrico en ausencia de oxígeno. La anortita es rara en la Tierra, pero abundante en la Luna.
El calcio también se puede utilizar para fabricar células solares a base de silicio, que requieren silicio lunar, hierro, óxido de titanio, calcio y aluminio.
Magnesioeditar
El magnesio (Mg) está presente en magmas y en los minerales lunares piroxeno y olivino, por lo que se sospecha que el magnesio es más abundante en la corteza lunar inferior. El magnesio tiene múltiples usos como aleaciones para la industria aeroespacial, automotriz y electrónica.
Elementos de tierras raraseditar
Los elementos de tierras raras se utilizan para fabricar de todo, desde vehículos eléctricos o híbridos, turbinas eólicas, dispositivos electrónicos y tecnologías de energía limpia. A pesar de su nombre, los elementos de tierras raras son-con la excepción del promethio – relativamente abundantes en la corteza terrestre. Sin embargo, debido a sus propiedades geoquímicas, los elementos de tierras raras suelen estar dispersos y a menudo no se encuentran concentrados en minerales de tierras raras; como resultado, los depósitos de minerales económicamente explotables son menos comunes. Existen reservas importantes en China, California, India, Brasil, Australia, Sudáfrica y Malasia, pero China representa más del 95% de la producción mundial de tierras raras. (Ver: Industria de tierras raras en China.)
Aunque la evidencia actual sugiere que los elementos de tierras raras son menos abundantes en la Luna que en la Tierra, la NASA ve la extracción de minerales de tierras raras como un recurso lunar viable porque exhiben una amplia gama de propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y catalíticas de importancia industrial.
Helio-3editar
Según una estimación, el viento solar ha depositado más de 1 millón de toneladas de helio-3 (3He) en la superficie de la Luna. Los materiales en la superficie de la Luna contienen helio-3 en concentraciones estimadas entre 1,4 y 15 partes por billón (ppb) en áreas iluminadas por el sol, y pueden contener concentraciones de hasta 50 ppb en regiones permanentemente sombreadas. A modo de comparación, el helio-3 en la atmósfera de la Tierra se produce a 7,2 partes por billón (ppt).
Un número de personas desde 1986 han propuesto explotar el regolito lunar y usar el helio-3 para la fusión nuclear, aunque a partir de 2020 los reactores experimentales de fusión nuclear en funcionamiento han existido durante décadas, ninguno de ellos ha proporcionado electricidad comercialmente. Debido a las bajas concentraciones de helio-3, cualquier equipo de minería necesitaría procesar cantidades extremadamente grandes de regolito. Según una estimación, se deben procesar más de 150 toneladas de regolito para obtener 1 gramo (0,035 onzas) de helio 3. China ha comenzado el Programa Chino de Exploración Lunar para explorar la Luna y está investigando la perspectiva de la minería lunar, específicamente buscando el isótopo helio-3 para su uso como fuente de energía en la Tierra. No todos los autores piensan que la extracción extraterrestre de helio-3 es factible, e incluso si fuera posible extraer helio-3 de la Luna, ningún diseño de reactor de fusión ha producido más potencia de fusión que la entrada de energía eléctrica, derrotando el propósito. Otro inconveniente es que es un recurso limitado que se puede agotar una vez extraído.
Carbono y nitrogenoeditar
El carbono (C) sería necesario para la producción de acero lunar, pero está presente en el regolito lunar en pequeñas cantidades (82 ppm), contribuido por el viento solar y los impactos de micrometeoritos.
El nitrógeno (N) se midió a partir de muestras de suelo traídas a la Tierra, y existe como trazas a menos de 5 ppm. Se encontró como isótopos 14N, 15N y 16N. El carbono y el nitrógeno fijo serían necesarios para las actividades agrícolas dentro de una biosfera sellada.
Regolito para construccióneditar
El desarrollo de una economía lunar requerirá una cantidad significativa de infraestructura en la superficie lunar, que dependerá en gran medida de las tecnologías de utilización de recursos In situ (ISRU) para desarrollarse. Uno de los requisitos principales será proporcionar materiales de construcción para construir hábitats, contenedores de almacenamiento, plataformas de aterrizaje, carreteras y otra infraestructura. El suelo lunar sin procesar, también llamado regolito, se puede convertir en componentes estructurales utilizables, a través de técnicas como la sinterización, el prensado en caliente, la licuación, el método de basalto fundido y la impresión 3D. El vidrio y la fibra de vidrio son fáciles de procesar en la Luna, y se descubrió que las fortalezas del material de regolito se pueden mejorar drásticamente mediante el uso de fibra de vidrio, como fibra de vidrio de basalto al 70% y mezcla de PETG al 30%. Se han realizado pruebas exitosas en la Tierra utilizando algunos simulantes de regolito lunar, incluidos MLS-1 y MLS-2.
El suelo lunar, aunque plantea un problema para cualquier pieza móvil mecánica, se puede mezclar con nanotubos de carbono y epoxis en la construcción de espejos telescópicos de hasta 50 metros de diámetro. Varios cráteres cerca de los polos son permanentemente oscuros y fríos, un entorno favorable para los telescopios infrarrojos.
Algunas propuestas sugieren construir una base lunar en la superficie usando módulos traídos de la Tierra, y cubriéndolos con suelo lunar. El suelo lunar está compuesto por una mezcla de sílice y compuestos que contienen hierro que pueden fundirse en un sólido similar al vidrio mediante radiación de microondas.
La Agencia Espacial Europea, trabajando en 2013 con una firma de arquitectura independiente, probó una estructura impresa en 3D que podría construirse con regolito lunar para su uso como base Lunar. El suelo lunar impreso en 3D proporcionaría tanto aislamiento de radiación como de temperatura. En el interior, un inflable presurizado ligero con la misma forma de cúpula sería el entorno de vida para los primeros colonos humanos de la Luna.»
A principios de 2014, la NASA financió un pequeño estudio en la Universidad del Sur de California para desarrollar aún más la técnica de impresión 3D de Elaboración de Contornos. Las aplicaciones potenciales de esta tecnología incluyen la construcción de estructuras lunares de un material que podría consistir en hasta un 90 por ciento de material lunar con solo el diez por ciento del material que requiere transporte desde la Tierra. La NASA también está estudiando una técnica diferente que implicaría la sinterización de polvo lunar utilizando radiación de microondas de baja potencia (1500 vatios). El material lunar se uniría por calentamiento a 1.200 a 1.500 °C (2.190 a 2.730 °F), algo por debajo del punto de fusión, para fusionar el polvo de nanopartículas en un bloque sólido que es similar a la cerámica, y no requeriría el transporte de un material aglutinante desde la Tierra.