| Composto | Formula | Composizione | |
|---|---|---|---|
| Maria | Highlands | ||
| silice | SiO2 | 45.4% | 45.5% |
| allumina | Al2O3 | 14.9% | 24.0% |
| lime | CaO | 11.8% | 15.9% |
| di ferro(II) ossido di | FeO | 14.1% | 5.9% |
| magnesia | MgO | 9.2% | 7.5% |
| il biossido di titanio | TiO2 | 3.9% | 0.6% |
| ossido di sodio | Na2O | 0.6% | 0.6% |
| 99.9% | 100.0% | ||
l’energia Solare, ossigeno e metalli sono abbondanti risorse sulla Luna. Gli elementi noti per essere presenti sulla superficie lunare includono, tra gli altri, idrogeno (H), ossigeno (O), silicio (Si), ferro (Fe), magnesio (Mg), calcio (Ca), alluminio (Al), manganese (Mn) e titanio (Ti). Tra i più abbondanti ci sono ossigeno, ferro e silicio. Il contenuto di ossigeno atomico nel regolite è stimato al 45% in peso.
Energia solaremodifica
La luce del giorno sulla Luna dura circa due settimane, seguite da circa due settimane di notte, mentre entrambi i poli lunari sono illuminati quasi costantemente. Il polo sud lunare presenta una regione con i bordi dei crateri esposti a un’illuminazione solare quasi costante, ma l’interno dei crateri è permanentemente ombreggiato dalla luce solare e conserva quantità significative di ghiaccio d’acqua al loro interno. Localizzando un impianto di elaborazione delle risorse lunari vicino al polo sud lunare, l’energia elettrica generata dal sole consentirebbe un funzionamento quasi costante vicino alle fonti di ghiaccio d’acqua.
Le celle solari potrebbero essere fabbricate direttamente sul suolo lunare da un rover di medie dimensioni (~200 kg) con le capacità di riscaldare il regolite, l’evaporazione dei materiali semiconduttori appropriati per la struttura della cella solare direttamente sul substrato regolite e la deposizione di contatti metallici e interconnessioni per completare un array di celle solari completo direttamente sul terreno.
Il sistema di fissione nucleare Kilopower è in fase di sviluppo per la generazione di energia elettrica affidabile che potrebbe consentire basi con equipaggio di lunga durata sulla Luna, Marte e destinazioni oltre. Questo sistema è ideale per le posizioni sulla Luna e su Marte in cui la generazione di energia dalla luce solare è intermittente.
Ossigenomodifica
Il contenuto di ossigeno elementare nel regolite è stimato al 45% in peso. L’ossigeno si trova spesso nei minerali lunari ricchi di ferro e negli occhiali come ossido di ferro. Sono stati descritti almeno venti diversi processi possibili per estrarre ossigeno dal regolite lunare, e tutti richiedono un elevato apporto energetico: tra 2-4 megawatt-anni di energia (cioè 6-12×1013 J) per produrre 1.000 tonnellate di ossigeno. Mentre l’estrazione dell’ossigeno dagli ossidi metallici produce anche metalli utili, l’uso dell’acqua come materia prima no.
WaterEdit
Riproduci media
Cumulativo evidenza da diversi orbiter indicano fortemente che il ghiaccio d’acqua è presente sulla superficie della Luna poli, ma soprattutto il polo sud regione. Tuttavia, i risultati di questi set di dati non sono sempre correlati. È stato determinato che l’area cumulativa della superficie lunare permanentemente ombreggiata è di 13.361 km2 nell’emisfero settentrionale e di 17.698 km2 nell’emisfero australe, dando un’area totale di 31.059 km2. La misura in cui una o tutte queste aree permanentemente ombreggiate contengono ghiaccio d’acqua e altri volatili non è attualmente nota, quindi sono necessari ulteriori dati sui depositi di ghiaccio lunare, la sua distribuzione, concentrazione, quantità, disposizione, profondità, proprietà geotecniche e qualsiasi altra caratteristica necessaria per progettare e sviluppare sistemi di estrazione e lavorazione. L’impatto intenzionale dell’orbiter LCROSS nel cratere Cabeus è stato monitorato per analizzare il pennacchio di detriti risultante, e si è concluso che il ghiaccio d’acqua deve essere sotto forma di piccoli (< ~10 cm), pezzi discreti di ghiaccio distribuiti in tutto il regolite, o come rivestimento sottile su granelli di ghiaccio. Questo, accoppiato con osservazioni radar monostatiche, suggeriscono che il ghiaccio d’acqua presente nelle regioni permanentemente ombreggiate dei crateri polari lunari è improbabile che sia presente sotto forma di depositi di ghiaccio spessi e puri.
L’acqua potrebbe essere stata consegnata alla Luna in tempi geologici dal bombardamento regolare di comete, asteroidi e meteoroidi portatori di acqua o prodotta continuamente in situ dagli ioni idrogeno (protoni) del vento solare che influenzano i minerali portatori di ossigeno.
Il polo sud lunare presenta una regione con i bordi dei crateri esposti a un’illuminazione solare quasi costante, dove l’interno dei crateri è permanentemente ombreggiato dalla luce solare, consentendo l’intrappolamento naturale e la raccolta di ghiaccio d’acqua che potrebbe essere estratto in futuro.
Le molecole d’acqua (H
2O) possono essere scomposte nei suoi elementi, vale a dire idrogeno e ossigeno, e formare idrogeno molecolare (H
2) e ossigeno molecolare (O
2) da utilizzare come bi-propellente per razzi o produrre composti per processi di produzione metallurgica e chimica. Solo la produzione di propellente, è stata stimata da un gruppo congiunto di esperti del settore, governativi e accademici, ha identificato una domanda annuale a breve termine di 450 tonnellate di propellente derivato dalla luna pari a 2.450 tonnellate di acqua lunare lavorata, generando US billion 2,4 miliardi di entrate all’anno.
HydrogenEdit
Il vento solare innesta protoni sulla regolite, formando un atomo protonato, che è un composto chimico dell’idrogeno (H). Sebbene l’idrogeno legato sia abbondante, rimangono domande su quanto di esso si diffonda nel sottosuolo, sfugge nello spazio o si diffonde in trappole fredde. L’idrogeno sarebbe necessario per la produzione di propellente e ha una moltitudine di usi industriali. Ad esempio, l’idrogeno può essere utilizzato per la produzione di ossigeno mediante riduzione dell’idrogeno di ilmenite.
MetalsEdit
IronEdit
| Minerale | Elementi | Lunar rock aspetto |
|---|---|---|
| feldspato Plagioclasio | > Calcio (Ca) Alluminio (Al) Silicio (Si) Ossigeno (O) |
Bianco al grigio trasparente; di solito come grani allungati. |
| Pirossene | Ferro (Fe), Magnesio (Mg) Calcio (Ca) Silicio (Si) Ossigeno (O) |
Dal marrone al nero; i grani appaiono più allungati nella maria e più quadrati negli altopiani. |
| Olivina | Ferro (Fe) Magnesio (Mg) Silicio (Si) Ossigeno (O) |
Colore verdastro; generalmente, appare in una forma arrotondata. |
| Ilmenite | Ferro (Fe), Titanio (Ti) Ossigeno (O) |
Cristalli quadrati neri allungati. |
Il ferro (Fe) è abbondante in tutti i basalti del mare (~14-17% per peso) ma principalmente è bloccato nei minerali del silicato (cioè pirossene e olivina) e nel minerale ossido ilmenite nelle pianure. L’estrazione sarebbe piuttosto impegnativa dal punto di vista energetico, ma si sospetta che alcune importanti anomalie magnetiche lunari siano dovute a detriti meteoritici ricchi di Fe sopravvissuti. Solo ulteriori esplorazioni in situ determineranno se questa interpretazione sia corretta o meno e quanto possano essere sfruttabili tali detriti meteoritici.
Il ferro libero esiste anche nel regolite (0,5% in peso) legato naturalmente con nichel e cobalto e può essere facilmente estratto da semplici magneti dopo la macinazione. Questa polvere di ferro può essere lavorata per realizzare parti utilizzando tecniche di metallurgia delle polveri, come la produzione additiva, la stampa 3D, la sinterizzazione laser selettiva (SLS), la fusione laser selettiva (SLM) e la fusione del fascio di elettroni (EBM).
TitaniumEdit
Il titanio (Ti) può essere legato con ferro, alluminio, vanadio e molibdeno, tra gli altri elementi, per produrre leghe forti e leggere per l’aerospaziale. Esiste quasi interamente nel minerale ilmenite (FeTiO3) nell’intervallo del 5-8% in peso. I minerali di Ilmenite intrappolano anche l’idrogeno (protoni) dal vento solare, in modo che l’elaborazione di ilmenite produca anche idrogeno, un elemento prezioso sulla Luna. I vasti basalti alluvionali sul lato nord-ovest (Mare Tranquillitatis) possiedono alcuni dei più alti contenuti di titanio sulla Luna, ospitando 10 volte tanto titanio come le rocce sulla Terra.
AlluminioEdit
L’alluminio (Al) si trova con una concentrazione nell’intervallo del 10-18% in peso, presente in un minerale chiamato anorthite (CaAl
2Si
2O
8), il membro finale di calcio della serie di minerali feldspati plagioclasi. L’alluminio è un buon conduttore elettrico e la polvere di alluminio atomizzata rende anche un buon combustibile solido per razzi quando viene bruciato con l’ossigeno. L’estrazione dell’alluminio richiederebbe anche la scomposizione del plagioclasio (CaAl2Si2O8).
Siliconemodifica
Il silicio (Si) è un metalloide abbondante in tutto il materiale lunare, con una concentrazione di circa il 20% in peso. È di enorme importanza produrre array di pannelli solari per la conversione della luce solare in elettricità, così come vetro, fibra di vetro e una varietà di ceramiche utili. Raggiungere una purezza molto elevata per l’uso come semiconduttore sarebbe difficile, specialmente nell’ambiente lunare.
CalciumEdit
Calcio (Ca) è il quarto elemento più abbondante nell’lunare highlands, presente in anorthite minerali (formula CaAl
2Si
2O
8). Gli ossidi di calcio e i silicati di calcio non sono utili solo per la ceramica, ma il metallo puro di calcio è flessibile e un eccellente conduttore elettrico in assenza di ossigeno. L’anortite è rara sulla Terra ma abbondante sulla Luna.
Il calcio può anche essere usato per fabbricare celle solari a base di silicio, che richiedono silicio lunare, ferro, ossido di titanio, calcio e alluminio.
magnesioedit
Il magnesio (Mg) è presente nei magmi e nei minerali lunari pirosseno e olivina, quindi si sospetta che il magnesio sia più abbondante nella crosta lunare inferiore. Il magnesio ha molteplici usi come leghe per aerospaziale, automotive ed elettronica.
Elementi delle terre raremodiFica
Gli elementi delle terre rare sono utilizzati per produrre di tutto, dai veicoli elettrici o ibridi, turbine eoliche, dispositivi elettronici e tecnologie di energia pulita. Nonostante il loro nome, gli elementi delle terre rare sono – ad eccezione del promezio-relativamente abbondanti nella crosta terrestre. Tuttavia, a causa delle loro proprietà geochimiche, gli elementi delle terre rare sono tipicamente dispersi e spesso non si trovano concentrati nei minerali delle terre rare; di conseguenza, i giacimenti minerari economicamente sfruttabili sono meno comuni. Le principali riserve esistono in Cina, California, India, Brasile, Australia, Sud Africa e Malesia, ma la Cina rappresenta oltre il 95% della produzione mondiale di terre rare. (Vedi: Industria delle terre rare in Cina.
Sebbene le prove attuali suggeriscano che gli elementi delle terre rare siano meno abbondanti sulla Luna che sulla Terra, la NASA considera l’estrazione di minerali delle terre rare come una risorsa lunare vitale perché mostrano una vasta gamma di proprietà ottiche, elettriche, magnetiche e catalitiche industrialmente importanti.
Helium-3Edit
Secondo una stima, il vento solare ha depositato più di 1 milione di tonnellate di elio-3 (3He) sulla superficie della Luna. I materiali sulla superficie lunare contengono elio-3 a concentrazioni stimate tra 1,4 e 15 parti per miliardo (ppb) in aree illuminate dal sole e possono contenere concentrazioni fino a 50 ppb in regioni permanentemente ombreggiate. Per confronto, l’elio-3 nell’atmosfera terrestre si verifica a 7,2 parti per trilione (ppt).
Un certo numero di persone dal 1986 hanno proposto di sfruttare il regolite lunare e utilizzare l’elio-3 per la fusione nucleare, anche se a partire dal 2020 funzionanti reattori sperimentali a fusione nucleare esistono da decenni – nessuno di loro ha ancora fornito energia elettrica commercialmente. A causa delle basse concentrazioni di elio-3, qualsiasi attrezzatura mineraria avrebbe bisogno di elaborare quantità estremamente elevate di regolite. Secondo una stima, oltre 150 tonnellate di regolite devono essere lavorate per ottenere 1 grammo (0,035 once) di elio 3. La Cina ha iniziato il programma di esplorazione lunare cinese per esplorare la Luna e sta studiando la prospettiva dell’estrazione lunare, in particolare cercando l’isotopo elio-3 da utilizzare come fonte di energia sulla Terra. Non tutti gli autori pensano che l’estrazione extraterrestre di elio-3 sia fattibile, e anche se fosse possibile estrarre l’elio-3 dalla Luna, nessun progetto di reattore a fusione ha prodotto più potenza di fusione rispetto all’ingresso di energia elettrica, sconfiggendo lo scopo. Un altro aspetto negativo è che si tratta di una risorsa limitata che può essere esaurita una volta estratto.
Carbonio e nitrogenEdit
Il carbonio (C) sarebbe necessario per la produzione di acciaio lunare, ma è presente nella regolite lunare in tracce (82 ppm), contribuito dal vento solare e dagli impatti di micrometeorite.
L’azoto (N) è stato misurato da campioni di terreno riportati sulla Terra ed esiste sotto forma di tracce a meno di 5 ppm. È stato trovato come isotopi 14N, 15N e 16N. Carbonio e azoto fisso sarebbero necessari per le attività agricole all’interno di una biosfera sigillata.
Regolite per la costruzionemodifica
Lo sviluppo di un’economia lunare richiederà una notevole quantità di infrastrutture sulla superficie lunare, che si baseranno pesantemente sulle tecnologie di utilizzo delle risorse in situ (ISRU) per svilupparsi. Uno dei requisiti principali sarà quello di fornire materiali da costruzione per costruire habitat, contenitori di stoccaggio, piattaforme di atterraggio, strade e altre infrastrutture. Il suolo lunare non trattato, chiamato anche regolite, può essere trasformato in componenti strutturali utilizzabili, attraverso tecniche come la sinterizzazione, la pressatura a caldo, la liquificazione, il metodo del basalto fuso e la stampa 3D. Vetro e fibra di vetro sono semplici da elaborare sulla Luna, e si è scoperto che i punti di forza del materiale regolite possono essere drasticamente migliorati utilizzando la fibra di vetro, come la fibra di vetro basalto 70% e la miscela PETG 30%. Test di successo sono stati eseguiti sulla Terra utilizzando alcuni simulanti di regolite lunare, tra cui MLS-1 e MLS-2.
Il suolo lunare, anche se pone un problema per eventuali parti meccaniche in movimento, può essere miscelato con nanotubi di carbonio e resine epossidiche nella costruzione di specchi telescopio fino a 50 metri di diametro. Diversi crateri vicino ai poli sono permanentemente scuri e freddi, un ambiente favorevole per i telescopi a infrarossi.
Alcune proposte suggeriscono di costruire una base lunare sulla superficie utilizzando moduli portati dalla Terra e coprendoli con terra lunare. Il suolo lunare è composto da una miscela di silice e composti contenenti ferro che possono essere fusi in un solido simile al vetro utilizzando radiazioni a microonde.
L’Agenzia Spaziale Europea ha lavorato nel 2013 con uno studio di architettura indipendente, testato una struttura stampata in 3D che potrebbe essere costruita con regolite lunare per l’uso come base lunare. Il suolo lunare stampato in 3D fornirebbe sia ” radiazioni che isolamento termico. All’interno, un leggero gonfiabile pressurizzato con la stessa forma a cupola sarebbe l’ambiente di vita per i primi coloni lunari umani.”
All’inizio del 2014, la NASA ha finanziato un piccolo studio presso la University of Southern California per sviluppare ulteriormente la tecnica di stampa 3D Contour Crafting. Le potenziali applicazioni di questa tecnologia includono la costruzione di strutture lunari di un materiale che potrebbe consistere fino al 90% di materiale lunare con solo il dieci % del materiale che richiede il trasporto dalla Terra. La NASA sta anche esaminando una tecnica diversa che comporterebbe la sinterizzazione della polvere lunare utilizzando radiazioni a microonde a bassa potenza (1500 watt). Il materiale lunare sarebbe legato riscaldando a 1.200 a 1.500 °C (2.190 a 2.730 °F), un po ‘ al di sotto del punto di fusione, al fine di fondere la polvere di nanoparticelle in un blocco solido che è simile alla ceramica, e non richiederebbe il trasporto di un materiale legante dalla Terra.