Lunar resources

a napenergia, az oxigén és a fémek bőséges erőforrások a Holdon. A Hold felszínén ismert elemek közé tartozik többek között a hidrogén (H), oxigén (o), Szilícium (Si), vas (Fe), magnézium (Mg), kalcium (Ca), Alumínium (Al), mangán (Mn) és titán (Ti). A bőségesebbek közé tartozik az oxigén, a vas és a szilícium. A regolit Atom oxigéntartalmát 45 tömeg% – ra becsülik.

Solar powerdit

a Holdon a napfény körülbelül két hétig tart, majd körülbelül két hét éjszaka következik, miközben mindkét holdoszlop szinte folyamatosan világít. A hold déli pólusa kráterperemekkel rendelkezik, amelyek közel állandó napsugárzásnak vannak kitéve, de a kráterek belseje állandóan árnyékolt a napfénytől, és jelentős mennyiségű vízjeget tartanak a belső térben. A holdi erőforrás-feldolgozó létesítmény megtalálásával a hold déli pólusa közelében, a napenergiával előállított elektromos energia szinte állandó működést tesz lehetővé a vízjégforrások közelében.

a napelemeket közvetlenül a Hold talaján lehet előállítani egy közepes méretű (~200 kg) Roverrel, amely képes a regolit fűtésére, a napelem szerkezetéhez megfelelő félvezető anyagok elpárologtatására közvetlenül a regolit szubsztrátumon, valamint fémes érintkezők és összeköttetések lerakására, hogy egy teljes napelem-tömböt közvetlenül a földön végezzen.

a Kilopower maghasadási rendszert olyan megbízható villamosenergia-termelésre fejlesztették ki, amely lehetővé teszi a hosszú távú legénységi bázisokat a Holdon, a Marson és a távolabbi célállomásokon. Ez a rendszer ideális olyan helyekre a Holdon és a Marson, ahol a napfényből történő energiatermelés szakaszos.

oxigén

a regolit elemi oxigéntartalmát 45 tömeg% – ra becsülik. Az oxigén gyakran megtalálható a vasban gazdag holdi ásványokban és a poharakban, mint vas-oxid. Legalább húsz különböző lehetséges eljárást írtak le az oxigén kivonására a holdregolitból, amelyek mindegyike nagy energiabevitelt igényel: 2-4 megawatt-év energia (azaz 6-12 6013 j) 1000 tonna oxigén előállításához. Míg a fém-oxidokból történő oxigénkivonás hasznos fémeket is termel,a víz alapanyagként történő felhasználása nem.

Vízszerkesztés

média lejátszása

az LCROSS orbiter képei a hold déli pólusának repülése az állandó árnyék területeit mutatja.

a képen a felszíni jég eloszlása látható a Hold déli pólusán (balra) és az északi póluson (jobbra) a NASA Moon Mineralogy Mapper (M3) spektrométerével az indiai Chandrayaan-1 orbiter fedélzetén

több keringő kumulatív bizonyítéka határozottan azt jelzi, hogy a vízjég jelen van a felszínen a Hold pólusainál, de leginkább a Déli-sark régióban. Ezen adatkészletek eredményei azonban nem mindig korrelálnak. Megállapították, hogy a tartósan árnyékolt holdfelület kumulatív területe az északi féltekén 13 361 km2, a déli féltekén pedig 17 698 km2, így a teljes terület 31 059 km2. Jelenleg nem ismert, hogy ezen állandóan árnyékolt területek bármelyike vagy mindegyike tartalmaz-e vízjeget és egyéb illékony anyagokat, ezért további adatokra van szükség a holdjég-lerakódásokról, eloszlásáról, koncentrációjáról, mennyiségéről, elrendezéséről, mélységéről, Geotechnikai tulajdonságairól és minden egyéb olyan jellemzőről, amely szükséges az extrakciós és feldolgozó rendszerek tervezéséhez és fejlesztéséhez. Az LCROSS orbiter szándékos becsapódását a Cabeus kráter megfigyelték a keletkező törmelékcsóva elemzésére, és arra a következtetésre jutottak, hogy a vízjégnek kicsi (< ~10 cm), különálló jégdarabok formájában kell lennie a regolitban, vagy vékony bevonatként a jégszemeken. Ez, párosulva monosztatikus radar megfigyelésekkel, arra utalnak, hogy a Hold sarki kráterek állandóan árnyékolt régióiban jelen lévő vízjég valószínűleg nem lesz vastag, tiszta jéglerakódások formájában.

a víz geológiai időintervallumokon keresztül kerülhetett a Holdra a vízhordozó üstökösök, aszteroidák és meteoroidok rendszeres bombázása révén, vagy a napszél hidrogénionjai (protonjai) folyamatosan termelték in situ az oxigént hordozó ásványokat.

a hold déli pólusa olyan kráterperemekkel rendelkezik, amelyek közel állandó napsugárzásnak vannak kitéve, ahol a kráterek belseje állandóan árnyékolt a napfénytől, lehetővé téve a természetes csapdázást és a vízjég gyűjtését, amelyet a jövőben bányászhatnak.

a vízmolekulák (H
2o) lebonthatók elemeire, nevezetesen hidrogénre és oxigénre, és molekuláris hidrogént (H
2) és molekuláris oxigént (O
2) képezhetnek rakéta-hajtóanyagként, vagy vegyületeket állíthatnak elő kohászati és kémiai gyártási folyamatokhoz. Csak a hajtóanyag termelését becsülte meg az ipar, a kormány és az akadémiai szakértők közös testülete, amely rövid távon 450 metrikus tonna Hold eredetű hajtóanyag iránti keresletet azonosított, ami 2450 metrikus tonna feldolgozott holdvíznek felel meg, ami évente 2,4 milliárd dollár bevételt generál.

HydrogenEdit

a napszél protonokat ültet a regolitba, protonált atomot képezve, amely a hidrogén (H) kémiai vegyülete. Bár a kötött hidrogén bőséges, továbbra is fennáll a kérdés, hogy mekkora része diffundál a felszín alá, távozik az űrbe vagy hideg csapdákba diffundál. A hajtóanyag előállításához hidrogénre lenne szükség, és számos ipari felhasználása van. Például a hidrogén felhasználható oxigén előállítására az ilmenit hidrogén redukciójával.

Fémszerkesztés

Vasszerkesztés

a vas (Fe) minden kanca bazaltban bőséges (~14-17 tömeg%), de többnyire szilikát ásványokba van zárva (azaz. piroxén és olivin)és az alföldi ilmenit oxid ásványi anyagába. Az extrakció meglehetősen energiaigényes lenne, de néhány kiemelkedő holdmágneses anomáliát gyanítanak, hogy a túlélő Fe-ben gazdag meteorit törmelék okozza. Csak az in situ további feltárás fogja meghatározni, hogy ez az értelmezés helyes-e vagy sem, és hogy az ilyen meteoritos törmelék mennyire hasznosítható.

szabad vas is létezik a regolit (0,5 tömeg%) természetesen ötvözött nikkel és kobalt, és ez könnyen extrahálható egyszerű mágnesek őrlés után. Ez a vaspor feldolgozható porkohászati technikákkal, például additív gyártással, 3D nyomtatással, szelektív lézeres szinterezéssel (SLS), szelektív lézeres olvasztással (SLM) és elektronsugaras olvasztással (EBM).

TitaniumEdit

a titán (Ti) ötvözhető vassal, alumíniummal, vanádiummal és molibdénnel, többek között, hogy erős, könnyű ötvözeteket állítson elő a repülőgépipar számára. Szinte teljes egészében az ásványi ilmenitben (FeTiO3) 5-8 tömeg% tartományban van. Az ilmenit ásványok csapdába ejtik a hidrogént (protonokat) a napszélből, így az ilmenit feldolgozása hidrogént is termel, amely értékes elem a Holdon. A hatalmas árvíz bazaltok az északnyugati nearside (Mare Tranquillitatis) rendelkeznek a legmagasabb titántartalommal a Holdon, 10-szer annyi titánt tartalmaznak, mint a földi sziklák.

AluminiumEdit

az alumíniumot (Al) 10-18 tömegszázalékos koncentrációban találjuk egy anortit nevű ásványban (CaAl
2SI
2o
8), amely a plagioklász földpát ásványi anyag sorozat kalcium végtagja. Az alumínium jó elektromos vezető, a porlasztott alumíniumpor pedig jó szilárd rakétaüzemanyagot is eredményez, ha oxigénnel égetik el. Az alumínium kinyeréséhez a Plagiokláz (CaAl2Si2O8) lebontására is szükség lenne.

Szilikonszerkesztés

fotó egy darab tisztított szilíciumról

A Szilícium (Si) bőséges metalloid az összes holdanyagban, koncentrációja körülbelül 20 tömeg%. Rendkívül fontos a napelem tömbök előállítása a napfény villamos energiává történő átalakításához, valamint üveg, üvegszál és számos hasznos kerámia. Nagyon nagy tisztaság elérése félvezetőként való használatra kihívást jelentene, különösen a holdi környezetben.

Kalciumszerkesztés

anortit kristályok egy bazalt vug Vezúv, Olaszország (méret: 6,9 6,1 6,8 cm)

a kalcium (Ca) a negyedik leggyakoribb elem a holdföldeken, jelen van anortit ásványok (képlet CaAl
2SI
2o
8). A kalcium-oxidok és a kalcium-szilikátok nem csak a kerámiákhoz hasznosak, de a tiszta kalcium-fém rugalmas és kiváló elektromos vezető oxigén hiányában. Az anortit ritka a Földön, de bőséges a Holdon.

a kalcium felhasználható szilícium alapú napelemek gyártására is, amelyekhez holdszilícium, vas, titán-oxid, kalcium és alumínium szükséges.

Magnéziumedit

a magnézium (Mg) jelen van a magmákban és a holdi ásványokban, a piroxénben és az olivinban, ezért feltételezhető, hogy a magnézium nagyobb mennyiségben van jelen az alsó holdkéregben. A magnéziumot többféle ötvözetként használják a repülőgépiparban, az autóiparban és az elektronikában.

ritkaföldfémek [szerkesztés]

a ritkaföldfémeket az elektromos vagy hibrid járművek, a szélturbinák, az elektronikus eszközök és a tiszta energia technológiák gyártásához használják. Nevük ellenére a ritkaföldfémek – a prométium kivételével-viszonylag bőségesek a földkéregben. Geokémiai tulajdonságaik miatt azonban a ritkaföldfém elemek jellemzően szétszóródnak, és ritkán fordulnak elő ritkaföldfém ásványokban koncentrálva; ennek eredményeként a gazdaságilag hasznosítható érclerakódások kevésbé gyakoriak. Jelentős tartalékok vannak Kínában, Kaliforniában, Indiában, Brazíliában, Ausztráliában, Dél-Afrikában és Malajziában, de Kína a világ ritkaföldfémek termelésének több mint 95% – át teszi ki. (Lásd: ritkaföldfém-ipar Kínában.

bár a jelenlegi bizonyítékok arra utalnak, hogy a ritkaföldfémek kevésbé gyakoriak a Holdon, mint a Földön, a NASA életképes holdi erőforrásnak tekinti a ritkaföldfémek bányászatát, mivel iparilag fontos optikai, elektromos, mágneses és katalitikus tulajdonságokkal rendelkeznek.

hélium-3szerkesztés

egy becslés szerint a napszél több mint 1 millió tonna hélium-3-at (3He) rakott le a Hold felszínére. A Hold felszínén található anyagok hélium-3-at tartalmaznak 1,4-15 ppb (ppb) koncentrációban a napsütötte területeken, és akár 50 ppb koncentrációt is tartalmazhatnak az állandóan árnyékolt régiókban. Összehasonlításképpen, a hélium-3 A Föld légkörében 7,2 rész / billió (ppt) sebességgel fordul elő.

1986 óta számos ember javasolta a holdregolit kiaknázását és a hélium-3 nukleáris fúzióhoz való felhasználását, bár 2020 – tól már évtizedek óta léteznek működő kísérleti nukleáris fúziós reaktorok-egyikük sem szolgáltatott még villamos energiát kereskedelmi forgalomban. A hélium-3 alacsony koncentrációja miatt minden bányászati berendezésnek rendkívül nagy mennyiségű regolitot kell feldolgoznia. Egy becslés szerint több mint 150 tonna regolitot kell feldolgozni, hogy 1 gramm (0,035 oz) héliumot kapjunk 3. Kína megkezdte a kínai Holdkutatási programot a Hold felfedezésére, és vizsgálja a holdbányászat kilátásait, különös tekintettel a hélium-3 izotópra, amelyet energiaforrásként használnak a Földön. Nem minden szerző gondolja úgy, hogy a hélium-3 földönkívüli kinyerése megvalósítható, és még ha lehetséges is a hélium-3 kinyerése a Holdról, egyetlen fúziós reaktor kialakítása sem termelt több fúziós teljesítményt, mint az elektromos bemenet, legyőzve a célt. Egy másik hátránya, hogy ez egy korlátozott erőforrás, amely kimerülhet a bányászat után.

szén és nitrogén

szén (C) szükséges lenne a holdi acél előállításához, de nyomokban (82 ppm) jelen van a holdi regolitban, amit a napszél és a mikrometeorit hatása okoz.

a nitrogént (N) a földre visszavitt talajmintákból mértük, és nyomokban 5 ppm-nél kisebb mennyiségben létezik. 14N, 15N és 16N izotópként találták meg. szénre és rögzített nitrogénre lenne szükség a zárt bioszférában végzett gazdálkodáshoz.

építési regolit

a holdgazdaság fejlesztése jelentős mennyiségű infrastruktúrát igényel a Hold felszínén, amely nagymértékben támaszkodik az In situ erőforrás-hasznosítási (ISRU) technológiákra. Az egyik elsődleges követelmény az élőhelyek, tárolók, leszállóhelyek, utak és egyéb infrastruktúrák építéséhez szükséges építőanyagok biztosítása lesz. A feldolgozatlan holdi talaj, más néven regolit, felhasználható szerkezeti elemekké alakítható olyan technikák révén, mint a szinterezés, a forró préselés, a folyadékosítás, az öntött bazalt módszerés 3D nyomtatás. Az üveg és az üvegszál egyszerűen feldolgozható a Holdon, és azt találták, hogy a regolit anyagerőssége drasztikusan javítható Üvegszálak, például 70% bazalt üvegszál és 30% PETG keverék használatával. Sikeres teszteket végeztek a Földön néhány lunar regolit szimuláns felhasználásával, beleértve az MLS-1-et és az MLS-2-t.

a holdi talaj, bár problémát jelent minden mechanikus mozgó alkatrész számára, keverhető szén nanocsövekkel és epoxiákkal az 50 méter átmérőjű teleszkóp tükrök építésénél. A pólusok közelében lévő kráterek állandóan sötétek és hidegek, ami kedvező környezet az infravörös távcsövek számára.

néhány javaslat azt javasolja, hogy építsenek egy holdbázist a felszínen a földről hozott modulok felhasználásával, amelyeket holdtalajjal borítanak be. A holdi talaj szilícium-dioxid és vastartalmú vegyületek keverékéből áll, amelyek mikrohullámú sugárzással üvegszerű szilárd anyaggá olvadhatnak össze.

az Európai Űrügynökség 2013-ban egy független építészeti céggel együttműködve tesztelt egy 3D-s nyomtatott szerkezetet, amelyet holdregolitból lehet építeni Holdbázisként való felhasználásra. A 3D-s nyomtatott holdtalaj mind “sugárzási, mind hőmérsékleti szigetelést” biztosítana. Belül egy könnyű, nyomás alatt felfújható, ugyanolyan kupola alakú lenne az első emberi Holdtelepesek lakókörnyezete.”

2014 elején a NASA finanszírozott egy kis tanulmányt a Dél-Kaliforniai Egyetemen, hogy tovább fejlessze a Kontúrkészítő 3D nyomtatási technikát. Ennek a technológiának a lehetséges alkalmazásai közé tartozik a holdszerkezetek építése olyan anyagból, amely akár 90%-os holdanyagból is állhat, az anyagnak csak tíz százaléka igényel szállítást a földről. A NASA egy másik technikát is vizsgál, amely magában foglalja a holdpor szinterelését alacsony teljesítményű (1500 watt) mikrohullámú sugárzás alkalmazásával. A Hold anyagát 1200-1500 C (2190-2730 F), valamivel az olvadáspont alatt lévő melegítéssel kötnék össze, hogy a nanorészecske porát szilárd tömbvé olvasszák, amely kerámia-szerű, és nem lenne szükség kötőanyag szállítására a földről.