Lunar resources

Solenergi, oksygen og metaller er store ressurser på Månen. Elementer som er kjent for å være tilstede på månens overflate inkluderer blant annet hydrogen (H), oksygen (O), silisium (Si), jern (Fe), magnesium (Mg), kalsium (Ca), aluminium (Al), mangan (mn) og titan (Ti). Blant de mer rikelig er oksygen, jern og silisium. Det atomiske oksygeninnholdet i regolitten er estimert til 45 vekt%.

Solkraftrediger

Dagslyset på Månen varer omtrent to uker, etterfulgt av omtrent to uker om natten, mens begge månepolene lyser nesten konstant. Månens sydpol har en region med kraterfelger utsatt for nær konstant solbelysning, men det indre av kratrene er permanent skyggelagt fra sollys og beholder betydelige mengder vannis i interiøret. Ved å lokalisere et prosessanlegg for måneressurser nær månens sydpol, vil solenergi-generert elektrisk kraft tillate nesten konstant drift nær vannkilder.

Solceller kan fremstilles direkte på månens jord av en middels stor (~200 kg) rover med evner for oppvarming av regolith, fordampning av passende halvledermaterialer for solcellestrukturen direkte på regolithsubstratet, og avsetning av metalliske kontakter og sammenkoblinger for å fullføre en komplett solcelle array direkte på bakken.

fisjonssystemet Kilopower blir utviklet for pålitelig elektrisk kraftproduksjon som kan muliggjøre langvarige bemannede baser på Månen, Mars og destinasjoner utenfor. Dette systemet er ideelt for steder på Månen og Mars hvor kraftproduksjon fra sollys er intermitterende.

OxygenEdit

det elementære oksygeninnholdet i regolitten er estimert til 45 vektprosent. Oksygen finnes ofte i jernrike månemineraler og briller som jernoksid. Minst tjue forskjellige mulige prosesser for utvinning av oksygen fra lunar regolith er beskrevet, og alle krever høy energiinngang: mellom 2-4 megawatt-år med energi (dvs. 6-12×1013 J) for å produsere 1000 tonn oksygen. Mens oksygenutvinning fra metalloksider også produserer nyttige metaller, bruker vann som råstoff ikke.

Vannrediger

Spill av media

Bilder av LCROSS orbiter som flyr av månens sydpol viser områder med permanent skygge.

bildet viser fordelingen av overflateis på Månens sørpol (venstre) og nordpolen (høyre) sett av NASAS Moon Mineralogy Mapper (M3) spektrometer ombord Indias Chandrayaan – 1 orbiter

Kumulative bevis fra flere banesonder tyder sterkt på at vannis er tilstede på overflaten ved Månepolene,men for det meste på sørpolen. Resultatene fra disse datasettene er imidlertid ikke alltid korrelerte. Det har blitt fastslått at det kumulative arealet av permanent skygget måneoverflate er 13 361 km2 på den nordlige halvkule og 17 698 km2 på den sørlige halvkule, noe som gir et samlet areal på 31 059 km2. I hvilken grad noen eller alle disse permanent skyggede områdene inneholder vannis og andre flyktige stoffer, er det for tiden ikke kjent, så det er behov for mer data om lunarisavsetninger, distribusjon, konsentrasjon, mengde, disposisjon, dybde, geotekniske egenskaper og andre egenskaper som er nødvendige for å designe og utvikle utvinnings-og prosesseringssystemer. DEN tilsiktede virkningen AV lcross-orbiter i Cabeus-krateret ble overvåket for å analysere den resulterende ruskampen, og det ble konkludert med at vannisen må være i form av små (< ~10 cm), diskrete isstykker fordelt over hele regolitten, eller som tynt belegg på iskorn. Dette, kombinert med monostatiske radarobservasjoner, tyder på at vannisen som er tilstede i de permanent skyggede områdene av månepolarkratere, er usannsynlig å være tilstede i form av tykke, rene isavsetninger.

Vann kan ha blitt levert Til Månen over geologiske tidsskalaer ved regelmessig bombardement av vannbærende kometer, asteroider og meteoroider eller kontinuerlig produsert in situ av hydrogenioner (protoner) fra solvinden som påvirker oksygenbærende mineraler.

månens sydpol har en region med kraterfelger utsatt for nær konstant solbelysning, hvor kraternes indre er permanent skyggelagt fra sollys, noe som muliggjør naturlig fangst og innsamling av vannis som kan utvinnes i fremtiden.

Vannmolekyler (H
2O) kan brytes ned til elementene, nemlig hydrogen og oksygen, og danne molekylært hydrogen (H
2) og molekylært oksygen (O
2) som skal brukes som rakettbidrivstoff eller produsere forbindelser for metallurgiske og kjemiske produksjonsprosesser. Bare produksjonen av drivstoff, ble estimert av et felles panel av industri, myndigheter og akademiske eksperter, identifisert en kortsiktig årlig etterspørsel på 450 tonn lunar-avledet drivmiddel som tilsvarer 2,450 tonn bearbeidet månevann, og genererer us$2.4 milliarder av inntekter årlig.

HydrogenEdit

solvinden implantater protoner på regolitt, danner et protonert atom, som er en kjemisk forbindelse av hydrogen (H). Selv om bundet hydrogen er rikelig, er det fortsatt spørsmål om hvor mye av det diffunderer inn i undergrunnen, rømmer ut i rommet eller diffunderer i kalde feller. Hydrogen ville være nødvendig for drivstoffproduksjon, og den har en rekke industrielle bruksområder. For eksempel kan hydrogen brukes til produksjon av oksygen ved hydrogenreduksjon av ilmenitt.

Metallrediger

Jernrediger

Jern (Fe) er rikelig i alle hoppebasalter (~14-17% per vekt), men er for det meste låst i silikatmineraler (dvs. pyroksen og olivin) og inn i oksydmineralet ilmenitt i lavlandet. Utvinning ville være ganske energikrevende, men noen fremtredende månemagnetiske anomalier mistenkes å skyldes overlevende Fe-rike meteorittiske rusk. Bare videre leting in situ vil avgjøre hvorvidt denne tolkningen er riktig, og hvordan utnytt slike meteoritic rusk kan være.

Fritt jern finnes også i regolitt (0,5 vekt%) naturlig legert med nikkel og kobolt, og det kan lett trekkes ut av enkle magneter etter sliping. Dette jernstøvet kan behandles for å lage deler ved hjelp av pulvermetallurgi teknikker, for eksempel additiv produksjon, 3D-utskrift, selektiv lasersintring (SLS), selektiv lasersmelting (SLM) og elektronstrålesmelting (EBM).

TitaniumEdit

Titan (Ti) kan legeres med jern, aluminium, vanadium og molybden, blant andre elementer, for å produsere sterke, lette legeringer for luftfart. Den eksisterer nesten helt i mineralet ilmenitt (FeTiO3) i området 5-8 vekt%. Ilmenittmineraler fanger også hydrogen (protoner) fra solvinden, slik at behandling av ilmenitt også vil produsere hydrogen, et verdifullt element på Månen. De store flombasaltene på nordvestsiden (Mare Tranquillitatis) har noen av de høyeste titaninnholdet På Månen, og har 10 ganger så mye titan som bergarter på Jorden gjør.

AluminiumEdit

Aluminium (Al) er funnet med en konsentrasjon i området 10-18 vekt%, til stede i et mineral kalt anorthite (CaAl
2si
2O
8), kalsium endmember av plagioklas feltspat mineral serien. Aluminium er en god elektrisk leder, og atomisert aluminiumpulver gjør også et godt solid rakettbrensel når det brennes med oksygen. Utvinning av aluminium vil også kreve å bryte ned plagioklas (CaAl2Si2O8).

Siliconrediger

Bilde av et stykke renset silisium

Silisium (Si) er en rikelig metalloid i alt månemateriale, med en konsentrasjon på ca 20 vekt%. Det er av enorm betydning å produsere solpanelarrays for konvertering av sollys til elektrisitet, samt glass, fiberglass og en rekke nyttige keramikk. Å oppnå en meget høy renhet for bruk som halvleder ville være utfordrende, spesielt i månens miljø.

Kalsiumrediger

Anorthite krystaller i en basalt vug Fra Vesuvius, Italia (størrelse: 6.9 × 4.1 × 3.8 cm)

Kalsium (Ca) er det fjerde mest tallrike grunnstoffet i månens høyland, som finnes i anorthittmineraler (formel CaAl
2si
2O
8). Kalsiumoksider og kalsiumsilikater er ikke bare nyttige for keramikk, men rent kalsiummetall er fleksibelt og en utmerket elektrisk leder i fravær av oksygen. Anorthite er sjelden på Jorden, men rikelig på Månen.

Kalsium kan også brukes til å fremstille silisiumbaserte solceller, som krever lunar silisium, jern, titanoksid, kalsium og aluminium.

MagnesiumEdit

Magnesium (Mg) finnes i magma og i månemineralene pyroksen og olivin, så det er mistanke om at magnesium er mer rikelig i den nedre måneskorpen. Magnesium har flere bruksområder som legeringer for luftfart, bilindustri og elektronikk.

Sjeldne jordarterrediger

Sjeldne jordarter brukes til å produsere alt fra elektriske eller hybridbiler, vindturbiner, elektroniske enheter og ren energiteknologi. Til tross for navnet er sjeldne jordelementer – med unntak av promethium-relativt rikelig I Jordskorpen. Men på grunn av deres geokjemiske egenskaper er sjeldne jordelementer vanligvis spredt og ikke ofte funnet konsentrert i sjeldne jordmineraler; som et resultat er økonomisk utnyttbare malmforekomster mindre vanlige. Store reserver finnes i Kina, California, India, Brasil, Australia, Sør-Afrika og Malaysia, Men Kina står for over 95% av verdens produksjon av sjeldne jordarter. (Se: Sjeldne jordartsindustri I Kina.)

SELV om nåværende bevis tyder på sjeldne jordelementer er mindre rikelig på Månen enn På Jorden, SER NASA gruvedrift av sjeldne jordmineraler som en levedyktig måneressurs fordi DE har et bredt spekter av industrielt viktige optiske, elektriske, magnetiske og katalytiske egenskaper.

Helium-3rediger

ved et estimat har solvinden deponert mer enn 1 million tonn helium-3 (3He) til Månens overflate. Materialer på Månens overflate inneholder helium-3 ved konsentrasjoner estimert mellom 1, 4 og 15 deler per milliard (ppb) i solbelyste områder, og kan inneholde konsentrasjoner så mye som 50 ppb i permanent skyggede områder. Til sammenligning forekommer helium-3 i Jordens atmosfære ved 7,2 deler per trillion (ppt).

en rekke mennesker siden 1986 har foreslått å utnytte lunar regolith og bruke helium-3 for kjernefysisk fusjon, selv om fra 2020 fungerende eksperimentelle kjernefysiske fusjonsreaktorer har eksistert i flere tiår-ingen av dem har ennå gitt elektrisitet kommersielt. På grunn av de lave konsentrasjonene av helium-3, vil noe gruveutstyr måtte behandle ekstremt store mengder regolitt. Ved ett estimat må over 150 tonn regolitt behandles for å oppnå 1 gram (0,035 oz) helium 3. Kina har begynt Det Kinesiske Måneutforskningsprogrammet for å utforske Månen og undersøker utsiktene til måneutvinning, spesielt på jakt etter isotopen helium-3 for bruk som energikilde på Jorden. Ikke alle forfattere tror at utenomjordisk utvinning av helium-3 er mulig, og selv om det var mulig å trekke ut helium-3 fra Månen, har ingen fusjonsreaktor design produsert mer fusjonseffekt enn elektrisk kraftinngang, og beseiret formålet. En annen ulempe er at det er en begrenset ressurs som kan bli oppbrukt en gang utvunnet.

Karbon og nitrogenrediger

Karbon (C) ville være nødvendig for produksjon av månestål, men Det er tilstede i lunar regolith i spormengder (82 ppm), bidratt av solvinden og mikrometeorittpåvirkninger.

Nitrogen (N) ble målt fra jordprøver brakt tilbake Til Jorden, og det eksisterer som spormengder på mindre enn 5 ppm. Det ble funnet som isotoper 14n, 15n og 16n. Karbon Og fast nitrogen ville være nødvendig for oppdrett i en forseglet biosfære.

Regolitt for konstruksjonrediger

Utvikling av en måneøkonomi vil kreve en betydelig mengde infrastruktur på månens overflate, som vil stole tungt PÅ IN situ resource utilization (ISRU) teknologier for å utvikle. Et av de primære kravene vil være å gi byggematerialer til å bygge habitater, lagerbeholdere, landingsplasser, veier og annen infrastruktur. Ubehandlet månejord, også kalt regolitt, kan omdannes til brukbare strukturelle komponenter, gjennom teknikker som sintring, varmpressing, likvidasjon, støpt basaltmetode og 3D-utskrift. Glass og glassfiber er enkle å behandle på Månen, og det ble funnet regolith materialstyrker kan forbedres drastisk ved å bruke glassfiber, for eksempel 70% basalt glassfiber og 30% PETG blanding. Vellykkede tester har blitt utført på Jorden ved hjelp av noen lunar regolith simulanter, inkludert MLS-1 og MLS-2.

månens jord, selv om det utgjør et problem for mekaniske bevegelige deler, kan blandes med karbonnanorør og epoksier i konstruksjonen av teleskopspeil opp til 50 meter i diameter. Flere kratere nær polene er permanent mørke og kalde, et gunstig miljø for infrarøde teleskoper.

noen forslag foreslår å bygge en månebase på overflaten ved hjelp av moduler hentet Fra Jorden, og dekker dem med månens jord. Månens jord består av en blanding av silika og jernholdige forbindelser som kan smeltes sammen i et glasslignende fast stoff ved hjelp av mikrobølgestråling.

European Space Agency jobbet i 2013 med et uavhengig arkitektfirma, testet EN 3d-trykt struktur som kunne bygges av lunar regolith for Bruk som Månebase. 3d-trykt måne jord ville gi både » stråling og temperatur isolasjon. Inne, en lett trykksatt oppblåsbar med samme kuppelform ville være levende miljø for de første menneskelige Månen nybyggere.»

I begynnelsen av 2014 finansierte NASA en liten studie ved University Of Southern California for å videreutvikle Contour Crafting 3D printing technique. Potensielle anvendelser av denne teknologien inkluderer å konstruere månestrukturer av et materiale som kan bestå av opptil 90 prosent månemateriale med bare ti prosent av materialet som krever transport fra Jorden. NASA ser også på en annen teknikk som vil innebære sintring av månestøv ved hjelp av lav-effekt (1500 watt) mikrobølgestråling. Månematerialet vil være bundet ved oppvarming til 1200 til 1500 °C (2190 til 2730 °F), noe under smeltepunktet, for å smelte nanopartikkelstøvet inn i en solid blokk som er keramisk-lignende, og ville ikke kreve transport av et bindemiddel materiale Fra Jorden.