Lunar resources

Solenergi, ilt og metaller er rigelige ressourcer på Månen. Elementer, der vides at være til stede på månens overflade, inkluderer blandt andet brint (H), ilt (O), silicium (Si), jern (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminium (Al), mangan (Mn) og titanium (Ti). Blandt de mere rigelige er ilt, jern og silicium. Det atomiske iltindhold i regolitten anslås til 45 vægtprocent.

solenergi

Dagslys på Månen varer cirka to uger efterfulgt af cirka to uger om natten, mens begge månepoler lyser næsten konstant. Månens sydpol har en region med kraterfælge udsat for næsten konstant solbelysning, alligevel er kraternes indre permanent skyggefulde for sollys og bevarer betydelige mængder vandis i deres indre. Ved at lokalisere et måneressourcebehandlingsanlæg nær Månens sydpol, solgenereret elektrisk strøm ville muliggøre næsten konstant drift tæt på vandkilder.

solceller kunne fremstilles direkte på månens jord af en mellemstor (~200 kg) rover med kapacitet til opvarmning af regolitten, fordampning af de passende halvledermaterialer til solcellestrukturen direkte på regolith-substratet og aflejring af metalliske kontakter og sammenkoblinger for at afslutte et komplet solcellearray direkte på jorden.

Kernefissionssystemet med Kilkraft udvikles til pålidelig elproduktion, der kan muliggøre langvarige besætningsbaser på Månen, Mars og destinationer ud over. Dette system er ideelt til steder på Månen og Mars, hvor elproduktion fra sollys er intermitterende.

iltet

det elementære iltindhold i regolitten anslås til 45 vægtprocent. Ilt findes ofte i jernrige månemineraler og glas som jernilte. Mindst tyve forskellige mulige processer til ekstraktion af ilt fra lunar regolith er blevet beskrevet, og alle kræver høj energiindgang: mellem 2-4 megavatt-års energi (dvs.6-12 liter 1013 J) for at producere 1.000 tons ilt. Mens iltekstraktion fra metaloksider også producerer nyttige metaller, gør det ikke brug af vand som råmateriale.

Vandrediger

Afspil medier

billeder af LCROSS orbiter, der flyver på Månens sydpol, viser områder med permanent skygge.

billedet viser fordelingen af overfladeis ved Månens sydpol (venstre) og nordpol (højre) set af NASAs Moon Mineralogy Mapper (M3) spektrometer ombord på Indiens Chandrayaan-1 orbiter

kumulative beviser fra flere orbitere tyder stærkt på, at vandis er til stede på overfladen ved Månepolerne, men mest på Sydpolen. Resultater fra disse datasæt er imidlertid ikke altid korrelerede. Det er blevet bestemt, at det kumulative areal af permanent skyggefuld måneoverflade er 13.361 km2 på den nordlige halvkugle og 17.698 km2 på den sydlige halvkugle, hvilket giver et samlet areal på 31.059 km2. I hvilket omfang et eller alle disse permanent skyggefulde områder indeholder vandis og andre flygtige stoffer vides ikke i øjeblikket, så der er behov for flere data om månens isaflejringer, dets fordeling, koncentration, mængde, disposition, dybde, geotekniske egenskaber og andre egenskaber, der er nødvendige for at designe og udvikle ekstraktions-og behandlingssystemer. Den forsætlige påvirkning af LCROSS orbiter i Cabeus-krateret blev overvåget for at analysere den resulterende affaldsplume, og det blev konkluderet, at vandisen skal være i form af små (< ~10 cm), diskrete isstykker fordelt over regolitten eller som tynd belægning på iskorn. Dette, kombineret med monostatiske radarobservationer, antyder, at vandisen, der er til stede i de permanent skyggefulde områder af månens polære kratere, sandsynligvis ikke er til stede i form af tykke, rene isaflejringer.

vand kan være blevet leveret til Månen over geologiske tidsskalaer ved regelmæssig bombardement af vandbærende kometer, asteroider og meteoroider eller kontinuerligt produceret in situ af brintioner (protoner) af solvinden, der påvirker iltbærende mineraler.

Månens sydpol har en region med kraterfælge udsat for næsten konstant solbelysning, hvor kraternes indre er permanent skyggefuldt for sollys, hvilket giver mulighed for naturlig fangst og opsamling af vandis, der kunne udvindes i fremtiden.

vandmolekyler (h
2o) kan nedbrydes til dets grundstoffer, nemlig hydrogen og ilt, og danner molekylært hydrogen (h
2) og molekylært ilt (o
2), der skal bruges som raketbi-drivmiddel eller producere forbindelser til metallurgiske og kemiske produktionsprocesser. Bare produktionen af drivmiddel, blev estimeret af et fælles panel af industri, regering og akademiske eksperter, identificerede en kortsigtet årlig efterspørgsel på 450 tons måneafledt drivmiddel svarende til 2.450 tons forarbejdet månevand, der genererer 2,4 milliarder dollars omsætning årligt.

HydrogenEdit

solvinden implanterer protoner på regolitten og danner et protoneret atom, som er en kemisk forbindelse af hydrogen (H). Selvom bundet brint er rigeligt, er der stadig spørgsmål om, hvor meget af det diffunderer i undergrunden, undslipper i rummet eller diffunderer i kolde fælder. Brint ville være nødvendigt til drivmiddelproduktion, og det har en lang række industrielle anvendelser. For eksempel kan hydrogen anvendes til produktion af ilt ved brintreduktion af ilmenit.

MetalsEdit

IronEdit

jern (Fe) er rigeligt i alle hoppebasalter (~14-17% pr. vægt), men er for det meste låst i silikatmineraler (dvs. ilmenit i lavlandet. Ekstraktion ville være ret energikrævende, men nogle fremtrædende månemagnetiske anomalier mistænkes for at skyldes overlevende Fe-rige meteoritiske affald. Kun yderligere udforskning in situ vil afgøre, om denne fortolkning er korrekt, og hvor udnyttelig sådan meteoritisk affald kan være.

frit jern findes også i regolitten (0,5 vægt%) naturligt legeret med nikkel og kobolt, og det kan let ekstraheres med enkle magneter efter slibning. Dette jernstøv kan behandles til fremstilling af dele ved hjælp af pulvermetallurgi teknikker, såsom additiv fremstilling, 3D-udskrivning, selektiv lasersintring (SLS), selektiv lasersmeltning (SLM) og elektronstrålesmeltning (EBM).

TitaniumEdit

Titanium (ti) kan legeres med jern, aluminium, vanadium og molybdæn, blandt andre elementer, for at producere stærke, lette legeringer til rumfart. Det findes næsten udelukkende i mineralet ilmenit (FeTiO3) i området 5-8 vægtprocent. Ilmenitmineraler fanger også brint (protoner) fra solvinden, så behandling af ilmenit også producerer brint, et værdifuldt element på Månen. De store oversvømmelsesbasalter på den nordvestlige nærside (Mare Rocillitatis) besidder nogle af de højeste titaniumindhold på Månen og huser 10 gange så meget titanium som klipper på Jorden gør.

AluminiumEdit

Aluminium (Al) findes med en koncentration i området 10-18 vægtprocent, til stede i et mineral kaldet anorthit (CaAl
2SI
2o
8), calciumendemedlemmet i plagioclase feldspar mineral serien. Aluminium er en god elektrisk leder, og forstøvet aluminiumspulver gør også et godt fast raketbrændstof, når det brændes med ilt. Ekstraktion af aluminium ville også kræve nedbrydning af plagioklase (CaAl2Si2O8).

Siliconerediger

foto af et stykke renset silicium

Silicon (Si) er en rigelig metalloid i alle månens materiale, med en koncentration på omkring 20 vægtprocent. Det er af enorm betydning at producere solpanelarrayer til omdannelse af sollys til elektricitet samt glas, fiberglas og en række nyttige keramik. At opnå en meget høj renhed til brug som halvleder ville være udfordrende, især i månens miljø.

Calciumrediger

Anorthite krystaller i en basalt vug fra Vesuvius, Italien (størrelse: 6,9 liter 4,1 liter 3,8 cm)

Calcium (Ca) er det fjerde mest rigelige element i månens højland, der findes i anorthit mineraler (formel CaAl
2SI
2o
8). Calcium og calciumsilicater er ikke kun nyttige til keramik, men rent calciummetal er fleksibelt og en fremragende elektrisk leder i fravær af ilt. Anorthite er sjælden på jorden, men rigelig på Månen.

Calcium kan også bruges til at fremstille siliciumbaserede solceller, der kræver Månens silicium, jern, titanilte, calcium og aluminium.

MagnesiumEdit

Magnesium (Mg) er til stede i magmas og i månens mineraler pyroksen og olivin, så det er mistanke om, at magnesium er mere rigeligt i den nedre måneskorpe. Magnesium har flere anvendelser som legeringer til rumfart, bil og elektronik.

sjældne jordarters elementerredit

sjældne jordarters elementer bruges til at fremstille alt fra elektriske eller hybridbiler, vindmøller, elektroniske enheder og rene energiteknologier. På trods af deres navn er sjældne jordarter-med undtagelse af promethium – relativt rigelige i jordskorpen. Imidlertid, på grund af deres geokemiske egenskaber, sjældne jordarter er typisk spredt og findes ikke ofte koncentreret i sjældne jordarters mineraler; som resultat, økonomisk udnyttelige malmaflejringer er mindre almindelige. Der findes store reserver i Kina, Californien, Indien, Brasilien, Australien, Sydafrika og Malaysia, men Kina tegner sig for over 95% af verdens produktion af sjældne jordarter. (Se: sjældne jordarters industri i Kina.)

selvom nuværende beviser tyder på, at sjældne jordarter er mindre rigelige på månen end på Jorden, ser NASA minedrift af sjældne jordarters mineraler som en levedygtig måneressource, fordi de udviser en bred vifte af industrielt vigtige optiske, elektriske, magnetiske og katalytiske egenskaber.

Helium-3rediger

ved et skøn har solvinden deponeret mere end 1 million tons helium-3 (3HE) til Månens overflade. Materialer på Månens overflade indeholder helium – 3 ved koncentrationer anslået mellem 1,4 og 15 dele pr.milliard (ppb) i solbelyste områder og kan indeholde koncentrationer så meget som 50 ppb i permanent skyggede områder. Til sammenligning forekommer helium-3 i Jordens atmosfære ved 7,2 dele pr.

et antal mennesker siden 1986 har foreslået at udnytte Månens regolit og bruge helium-3 til nuklear fusion, skønt der fra 2020 har eksisteret fungerende eksperimentelle atomfusionsreaktorer i årtier – ingen af dem har endnu leveret elektricitet kommercielt. På grund af de lave koncentrationer af helium-3 ville ethvert minedrift være nødvendigt at behandle ekstremt store mængder regolit. Ved et skøn skal over 150 tons regolit behandles for at opnå 1 gram (0,035 ounce) helium 3. Kina har påbegyndt Det Kinesiske Måneudforskningsprogram for at udforske månen og undersøger udsigten til måneminedrift, specifikt på udkig efter isotopen helium-3 til brug som energikilde på jorden. Ikke alle forfattere mener, at den udenjordiske ekstraktion af helium-3 er mulig, og selvom det var muligt at udtrække helium-3 fra Månen, har intet fusionsreaktordesign produceret mere fusionseffekt end den elektriske strømindgang og besejret formålet. En anden ulempe er, at det er en begrænset ressource, der kan udtømmes, når den først er udvundet.

kulstof og nitrogenredit

kulstof (C) ville være påkrævet til produktion af månestål, men det er til stede i månens regolit i spormængder (82 ppm), bidraget af solvinden og mikrometeoritpåvirkningerne.

kvælstof (N) blev målt fra jordprøver bragt tilbage til Jorden, og det findes som spormængder på mindre end 5 ppm. Det blev fundet som isotoper 14N, 15N og 16N. kulstof og fast nitrogen ville være påkrævet til landbrugsaktiviteter inden for en forseglet biosfære.

Regolith til konstruktionrediger

udvikling af en måneøkonomi vil kræve en betydelig mængde infrastruktur på månens overflade, som vil stole stærkt på In situ ressourceudnyttelse (ISRU) teknologier til at udvikle. Et af de primære krav vil være at levere byggematerialer til opførelse af levesteder, opbevaringsbakker, landingspuder, veje og anden infrastruktur. Uforarbejdet månejord, også kaldet regolith, kan omdannes til brugbare strukturelle komponenter gennem teknikker såsom sintring, varmpressning, væske, støbt basaltmetode og 3D-udskrivning. Glas og glasfiber er ligetil at behandle på Månen, og det blev fundet, at regolith-materialestyrker kan forbedres drastisk ved hjælp af glasfiber, såsom 70% basaltglasfiber og 30% PETG-blanding. Succesfulde tests er blevet udført på jorden ved hjælp af nogle lunar regolith simulanter, herunder MLS-1 og MLS-2.

månens jord, selvom det udgør et problem for mekaniske bevægelige dele, kan blandes med kulstofnanorør og epokser i konstruktionen af teleskopspejle op til 50 meter i diameter. Flere kratere nær polerne er permanent mørke og kolde, et gunstigt miljø for infrarøde teleskoper.

nogle forslag foreslår at bygge en månebase på overfladen ved hjælp af moduler bragt fra jorden og dække dem med månejord. Månens jord er sammensat af en blanding af silica og jernholdige forbindelser, der kan smeltes sammen til et glaslignende fast stof ved hjælp af mikrobølgestråling.

Den Europæiske Rumorganisation, der arbejdede i 2013 med et uafhængigt arkitektfirma, testede en 3D-trykt struktur, der kunne konstrueres af lunar regolith til brug som månebase. 3D-trykt månejord ville give både ” stråling og temperaturisolering. Indvendigt ville en let oppustelig under tryk med samme kuppelform være livsmiljøet for de første menneskelige Månebosættere.”

i begyndelsen af 2014 finansierede NASA en lille undersøgelse ved University of Southern California for at videreudvikle Contour Crafting 3D-udskrivningsteknikken. Potentielle anvendelser af denne teknologi inkluderer konstruktion af månestrukturer af et materiale, der kunne bestå af op til 90 procent månemateriale med kun ti procent af det materiale, der kræver transport fra jorden. NASA ser også på en anden teknik, der ville involvere sintring af månestøv ved hjælp af mikrobølgestråling med lav effekt (1500 vand). Månematerialet ville være bundet af opvarmning til 1.200 til 1.500 liter C (2.190 til 2.730 liter F), noget under smeltepunktet for at smelte nanopartikelstøvet ind i en fast blok, der er keramisk-lignende, og ville ikke kræve transport af et bindemiddelmateriale fra jorden.