Lunar middelen

Zonne-energie, zuurstof en metalen zijn overvloedige grondstoffen op de Maan. Elementen waarvan bekend is dat ze aanwezig zijn op het maanoppervlak zijn onder andere waterstof (H), zuurstof (O), silicium (Si), ijzer (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminium (Al), mangaan (Mn) en titanium (ti). Onder de meer overvloedige zijn zuurstof, ijzer en silicium. Het atomaire zuurstofgehalte in de regoliet wordt geschat op 45 gewichtsprocent.

zonne-energieHet

daglicht op de maan duurt ongeveer twee weken, gevolgd door ongeveer twee weken nacht, terwijl beide maanpolen bijna constant worden verlicht. De zuidpool van de maan heeft een gebied met kraterranden blootgesteld aan bijna constante zonne-verlichting, maar het interieur van de kraters zijn permanent in de schaduw van zonlicht, en behouden aanzienlijke hoeveelheden waterijs in hun interieur. Door het lokaliseren van een Lunar resource processing facility in de buurt van de zuidpool van de maan, zou door zonne-energie opgewekte elektrische energie een bijna constante werking mogelijk maken in de buurt van waterijsbronnen.

zonnecellen kunnen rechtstreeks op de maanbodem worden vervaardigd door een rover van gemiddelde grootte (~200 kg) met de mogelijkheid om de regoliet te verwarmen, de geschikte halfgeleidermaterialen voor de zonnecelstructuur rechtstreeks op het regolietsubstraat te verdampen en metalen contacten en verbindingen af te zetten om een volledige zonnecelreeks direct op de grond af te werken.

het Kernsplijtingssysteem in Kilopower wordt ontwikkeld voor een betrouwbare elektriciteitsopwekking die het mogelijk zou kunnen maken om lange bemande bases op de Maan, Mars en bestemmingen daarbuiten te gebruiken. Dit systeem is ideaal voor locaties op de Maan en Mars waar energieopwekking uit zonlicht is intermitterend.

zuurstofgehalte

het elementair zuurstofgehalte in de regoliet wordt geschat op 45 gewichtspercenten. Zuurstof wordt vaak gevonden in ijzerrijke maanmineralen en glazen als ijzeroxide. Ten minste twintig verschillende mogelijke processen voor het extraheren van zuurstof uit maanregoliet zijn beschreven, en alle vereisen een hoge energie-input: tussen 2-4 megawatt-jaar van energie (dwz 6-12×1013 J) om 1.000 ton zuurstof te produceren. Terwijl zuurstofextractie uit metaaloxiden ook nuttige metalen produceert, doet het gebruik van water als grondstof dat niet.

WaterEdit

media afspelen

beelden van de LCROSS orbiter vliegen van de zuidpool van de maan tonen gebieden met permanente schaduw.

De afbeelding toont de verdeling van de oppervlakte-ijs op de Maan zuidpool (links) en de noordpool (rechts) zoals gezien door NASA ’s Moon Mineralogy Mapper (M3) spectrometer aan boord van India’ s Chandrayaan-1 orbiter

Cumulatief bewijs uit meerdere satellieten sterk aan dat water ijs aanwezig is op het oppervlak van de Maan polen, maar vooral op de zuidpool regio. De resultaten van deze datasets zijn echter niet altijd gecorreleerd. De totale oppervlakte van het Permanent schaduwrijk maanoppervlak is 13.361 km2 op het noordelijk halfrond en 17.698 km2 op het zuidelijk halfrond, wat een totale oppervlakte van 31.059 km2 oplevert. De mate waarin een of al deze permanent schaduwrijke gebieden waterijs en andere vluchtige stoffen bevatten is momenteel niet bekend, dus er zijn meer gegevens nodig over maanijs afzettingen, de distributie, concentratie, hoeveelheid, dispositie, diepte, geotechnische eigenschappen en alle andere kenmerken die nodig zijn om extractie-en verwerkingssystemen te ontwerpen en te ontwikkelen. De opzettelijke impact van de LCROSS orbiter in de cabeus krater werd gemonitord om de resulterende puinpluim te analyseren, en er werd geconcludeerd dat het waterijs in de vorm van kleine (< ~10 cm), discrete stukken ijs verspreid over de regoliet, of als dunne laag op ijs korrels moet zijn. Dit, in combinatie met monostatische radarwaarnemingen, suggereren dat het waterijs aanwezig in de permanent schaduwrijke gebieden van maankraters waarschijnlijk niet aanwezig is in de vorm van dikke, zuivere ijsafzettingen.

Water kan over geologische tijdschalen aan de maan zijn geleverd door het regelmatig bombarderen van waterdragende kometen, asteroïden en meteoroïden of continu in situ zijn geproduceerd door de waterstofionen (protonen) van de zonnewind die de zuurstofhoudende mineralen aantasten.

de zuidpool van de maan heeft een gebied met kraterranden die worden blootgesteld aan vrijwel constant zonlicht, waar het interieur van de kraters permanent in de schaduw staat van zonlicht, waardoor het mogelijk is om op natuurlijke wijze waterijs op te vangen en op te vangen dat in de toekomst zou kunnen worden ontgonnen.

watermoleculen (H
2O) kunnen worden afgebroken tot de elementen ervan, namelijk waterstof en zuurstof, en vormen moleculaire waterstof (H
2) en moleculaire zuurstof (O
2) om te worden gebruikt als tweestuwstof voor raketmotoren of om verbindingen te produceren voor metallurgische en chemische productieprocessen. Alleen de productie van drijfgas, werd geschat door een gezamenlijk panel van industrie, overheid en academische experts, identificeerde een bijna-termijn jaarlijkse vraag van 450 ton van maan-afgeleide drijfgas gelijk aan 2.450 ton verwerkt maanwater, het genereren van US$2,4 miljard aan inkomsten per jaar.

hydrogeen

de zonnewind implanteert protonen op de regoliet en vormt een geprotoneerd atoom, een chemische verbinding van waterstof (H). Hoewel gebonden waterstof overvloedig aanwezig is, blijven vragen over hoeveel ervan in de ondergrond verspreidt, ontsnapt in de ruimte of verspreidt in koude vallen. Waterstof zou nodig zijn voor de productie van drijfgas, en het heeft een veelheid van industriële toepassingen. Waterstof kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor de productie van zuurstof door waterstofreductie van ilmeniet.

MetalsEdit

IronEdit

ijzer (Fe) is overvloedig aanwezig in alle mare basalt (~14-17% per gewicht), maar wordt meestal opgesloten in silicaat mineralen (d.w.z. pyroxeen en olivijn) en in het oxide-mineraal ilmeniet in het laagland. Extractie zou heel energie-veeleisend zijn, maar sommige prominente maan magnetische anomalieën worden vermoed als te wijten aan het overleven van Fe-rijke meteoriet puin. Alleen verdere verkenning in situ zal bepalen of deze interpretatie correct is, en hoe exploiteerbaar dergelijk meteoriet puin kan zijn.

vrij ijzer komt ook voor in de van nature met nikkel en kobalt gelegeerde regoliet (0,5 gewichtsprocent) en kan na het slijpen gemakkelijk met eenvoudige magneten worden geëxtraheerd. Dit ijzerstof kan worden verwerkt om onderdelen te maken met behulp van poedermetallurgietechnieken, zoals additieve productie, 3D-printen, selectief laser sinteren (SLS), selectief laser smelten (SLM) en elektronenstraal smelten (EBM).

Titanium Edit

Titanium (Ti) kan worden gelegeerd met ijzer, aluminium, vanadium en molybdeen, onder andere elementen, om sterke, lichtgewicht legeringen voor de lucht-en ruimtevaart te produceren. Het komt vrijwel volledig voor in het mineraal ilmeniet (FeTiO3) in het bereik van 5-8 gewichtsprocent. Ilmeniet mineralen vangen ook waterstof (protonen) op uit de zonnewind, zodat de verwerking van ilmeniet ook waterstof zal produceren, een waardevol element op de maan. De enorme vloedbasalten aan de noordwestelijke kant (Mare Tranquillitatis) bezitten een aantal van de hoogste titaniuminhoud op de Maan, en Herbergen 10 keer zoveel titanium als rotsen op aarde.

AluminiumEdit

Aluminium (Al) wordt gevonden met een concentratie van 10-18 gewichtspercenten, aanwezig in een mineraal genaamd anorthiet (CaAl
2Si
2O
8), het calcium eindlid van de plagioklaas veldspaat mineralenserie. Aluminium is een goede elektrische geleider, en geatomiseerd aluminiumpoeder maakt ook een goede vaste raketbrandstof wanneer verbrand met zuurstof. Extractie van aluminium zou ook het afbreken van plagioklase (CaAl2Si2O8) vereisen.

SiliconEdit

Foto van een stuk gezuiverd silicium

silicium (Si) is een overvloedige metalloïde in alle maanmateriaal, met een concentratie van ongeveer 20% in gewicht. Het is van enorm belang om zonnepanelen arrays te produceren voor de omzetting van zonlicht in elektriciteit, evenals glas, glasvezel, en een verscheidenheid aan nuttige Keramiek. Het bereiken van een zeer hoge zuiverheid voor gebruik als halfgeleider zou een uitdaging zijn, vooral in de maanomgeving.

CalciumEdit

anorthiet kristallen in een basalt vug uit Vesuvius, Italië (Maat: 6.9 × 4.1 × 3.8 cm)

Calcium (Ca) is het vierde meest voorkomende element in het maanlandschap, aanwezig in anorthietmineralen (formule CaAl
2Si
2O
8). Calciumoxiden en calciumsilicaten zijn niet alleen nuttig voor keramiek, maar puur calciummetaal is flexibel en een uitstekende elektrische geleider bij afwezigheid van zuurstof. Anorthiet is zeldzaam op de aarde maar overvloedig op de maan.

Calcium kan ook worden gebruikt voor de vervaardiging van zonnecellen op basis van silicium, waarbij maansilicium, ijzer, titaniumoxide, calcium en aluminium nodig zijn.

magnesium Edit

Magnesium (Mg) is aanwezig in magma ‘ s en in de maanmineralen pyroxeen en olivijn, dus het vermoeden bestaat dat magnesium meer voorkomt in de onderste maankorst. Magnesium heeft meerdere toepassingen als legeringen voor lucht-en ruimtevaart, automotive en elektronica.

zeldzame aardelementen edit

zeldzame aardelementen worden gebruikt voor de vervaardiging van alles uit elektrische of hybride voertuigen, windturbines, elektronische apparaten en schone energietechnologieën. Ondanks hun naam zijn zeldzame aardelementen-met uitzondering van promethium – relatief overvloedig aanwezig in de aardkorst. Vanwege hun geochemische eigenschappen worden zeldzame aardmetalen echter meestal verspreid en niet vaak geconcentreerd aangetroffen in zeldzame aardmetalen; daardoor komen economisch exploiteerbare ertsafzettingen minder vaak voor. Er bestaan grote reserves in China, Californië, India, Brazilië, Australië, Zuid-Afrika en Maleisië, maar China is goed voor meer dan 95% van de wereldproductie van zeldzame aardmetalen. (Zie: zeldzame aarde industrie in China.)

hoewel de huidige gegevens suggereren dat zeldzame aardelementen minder overvloedig aanwezig zijn op de maan dan op aarde, beschouwt NASA de winning van zeldzame aardelementen als een levensvatbare maanhulpbron omdat ze een breed scala aan industrieel belangrijke optische, elektrische, magnetische en katalytische eigenschappen vertonen.

Helium-3Edit

volgens een schatting heeft de zonnewind meer dan 1 miljoen ton helium-3 (3He) op het maanoppervlak afgezet. Materialen op het maanoppervlak bevatten helium-3 bij concentraties die geschat worden tussen 1,4 en 15 delen per miljard (ppb) in zonovergoten gebieden, en kunnen concentraties tot 50 ppb bevatten in permanent schaduwrijke gebieden. Ter vergelijking: helium-3 in de atmosfeer van de aarde komt voor bij 7,2 delen per biljoen (ppt).Een aantal mensen heeft sinds 1986 voorgesteld om de maanregoliet te exploiteren en de helium-3 te gebruiken voor kernfusie, hoewel sinds 2020 functionerende experimentele kernfusiereactoren al tientallen jaren bestaan – nog geen van hen heeft commercieel elektriciteit geleverd. Wegens de lage concentraties van helium-3, zou om het even welke mijnbouwuitrusting zeer grote hoeveelheden regoliet moeten verwerken. Volgens een schatting moet meer dan 150 ton regoliet worden verwerkt om 1 gram (0.035 oz) helium 3 te verkrijgen. China is begonnen met het Chinese Maanverkenningsprogramma voor het verkennen van de Maan en onderzoekt het vooruitzicht van maanwinning, specifiek op zoek naar de isotoop helium-3 voor gebruik als energiebron op aarde. Niet alle auteurs denken dat de buitenaardse extractie van helium-3 haalbaar is, en zelfs als het mogelijk was om helium-3 uit de maan te halen, heeft geen fusiereactor ontwerp meer fusievermogen geproduceerd dan de elektrische input, waardoor het doel teniet wordt gedaan. Een ander nadeel is dat het een beperkte bron die kan worden uitgeput zodra Ontgonnen.

koolstof en nitrogeen

koolstof (C) zou nodig zijn voor de productie van maanstaal, maar het is aanwezig in maanregoliet in sporen (82 ppm), bijgedragen door de zonnewind en micrometeorietinslagen.

stikstof (N) werd gemeten van bodemmonsters die terug naar de aarde werden gebracht en bestaat als sporen bij minder dan 5 ppm. Het werd gevonden Als isotopen 14N, 15N, en 16N. koolstof en vaste stikstof zou nodig zijn voor landbouwactiviteiten in een afgesloten biosfeer.

Regoliet voor constructiewerk

het ontwikkelen van een maaneconomie vereist een aanzienlijke hoeveelheid infrastructuur op het maanoppervlak, die sterk zal afhangen van in situ resource utilisation (ISRU) technologieën om te ontwikkelen. Een van de primaire vereisten zal zijn om bouwmaterialen te leveren voor de bouw van habitats, opslagbakken, landingsplaatsen, wegen en andere infrastructuur. Onverwerkte maangrond, ook wel regoliet genoemd, kan worden omgezet in bruikbare structurele componenten, door middel van technieken zoals sinteren, heet persen, liquideren, de gegoten basalt methode, en 3D-printen. Glas en glasvezel zijn eenvoudig te verwerken op de Maan, en het werd gevonden regolith materiaalsterktes kan drastisch worden verbeterd door het gebruik van glasvezel, zoals 70% basalt glasvezel en 30% PETG mengsel. Succesvolle tests zijn uitgevoerd op aarde met behulp van enkele maanregoliet simulanten, waaronder MLS-1 en MLS-2.

de maanbodem, hoewel deze een probleem vormt voor alle mechanische bewegende delen, kan worden gemengd met koolstofnanobuisjes en epoxies in de constructie van telescoopspiegels tot een diameter van 50 meter. Verschillende kraters in de buurt van de polen zijn permanent donker en koud, een gunstige omgeving voor infraroodtelescopen.

sommige voorstellen suggereren om een maanbasis op het oppervlak te bouwen met behulp van modules die van de aarde komen, en deze te bedekken met maangrond. De maangrond bestaat uit een mengsel van silica en ijzerhoudende verbindingen die kunnen worden gesmolten in een glasachtige vaste stof met behulp van microgolfstraling.

de European Space Agency, die in 2013 samenwerkte met een onafhankelijk architectenbureau, testte een 3D-geprinte structuur die kon worden geconstrueerd van maanregoliet voor gebruik als maanbasis. 3D-geprinte maanbodem zou zowel “straling en temperatuur isolatie bieden. Binnen, een lichtgewicht druk opblaasbaar met dezelfde koepel vorm zou de leefomgeving voor de eerste menselijke maan kolonisten.Begin 2014 financierde NASA een kleine studie aan de University of Southern California om de Contour Crafting 3D printing techniek verder te ontwikkelen. Mogelijke toepassingen van deze technologie zijn het construeren van maanstructuren van een materiaal dat kan bestaan uit tot 90 procent maanmateriaal waarbij slechts tien procent van het materiaal transport van de aarde vereist. NASA is ook op zoek naar een andere techniek die het sinteren van maanstof met behulp van laag vermogen (1500 watt) microgolfstraling zou impliceren. Het maanmateriaal zou door verhitting aan 1.200 aan 1.500 °C (2,190 aan 2,730 °F) worden gebonden, iets onder het smeltpunt, om het nanoparticlestof in een vast blok te smelten dat keramisch-achtig is, en zou het vervoer van een bindmiddelmateriaal van aarde niet vereisen.