Lunar recursos

a energia Solar, oxigênio e metais, são recursos abundantes na Lua. Elementos conhecidos para estar presente na superfície lunar incluem, entre outros, hidrogênio (H), oxigênio (O), silício (Si), ferro (Fe), magnésio (Mg), cálcio (Ca), alumínio (Al), manganês (Mn) e o titânio (Ti). Entre os mais abundantes estão o oxigênio, o ferro e o silício. O teor de oxigénio Atómico no regolito é estimado em 45% em peso.

energia solar powerEdit

a luz solar na Lua dura aproximadamente duas semanas, seguidas por aproximadamente duas semanas de noite, enquanto ambos os pólos lunares são iluminados quase constantemente. O polo sul lunar apresenta uma região com jantes de crateras expostas a uma iluminação solar quase constante, mas o interior das crateras é permanentemente protegido da luz solar, e retém quantidades significativas de gelo de água em seu interior. Ao localizar uma instalação de processamento de recursos lunares perto do Polo Sul lunar, a energia elétrica gerada por energia solar permitiria uma operação quase constante perto de fontes de gelo de água.

células solares poderiam ser fabricadas diretamente no solo lunar por um rover de tamanho médio (~200 kg) com as capacidades para aquecer o regolito, evaporação dos materiais semicondutores apropriados para a estrutura celular solar diretamente no substrato do regolito, e deposição de contatos metálicos e interconexões para terminar um conjunto completo de células solares diretamente no solo.

o sistema de fissão nuclear de Kilopower está sendo desenvolvido para geração de energia elétrica confiável que poderia permitir bases tripuladas de longa duração na Lua, Marte e destinos além. Este sistema é ideal para locais na Lua e Marte onde a geração de energia a partir da luz solar é intermitente.

Oxigenedit

o teor de oxigénio elementar no regolito é estimado em 45% em peso. O oxigênio é frequentemente encontrado em minerais lunares ricos em ferro e copos como óxido de ferro. Pelo menos vinte diferentes processos possíveis para extrair oxigênio do regolito lunar foram descritos, e todos requerem alta energia: entre 2-4 megawatt-anos de energia (ou seja, 6-12×1013 J) para produzir 1.000 toneladas de oxigênio. Enquanto a extração de oxigênio de óxidos metálicos também produz metais úteis, usando a água como matéria-prima não.

WaterEdit

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Images by the LCROSS orbiter flying of the lunar south pole show areas of permanent shadow.

A imagem mostra a distribuição da superfície de gelo no pólo sul da Lua (à esquerda) e o pólo norte (direita) como visto pela NASA para a Lua de Mineralogy Mapper (M3) espectrômetro a bordo da Índia Chandrayaan-1 orbiter

Evidências acumuladas a partir de várias sondas orbitais indicam que o gelo de água está presente na superfície da Lua pólos, mas, principalmente, sobre o pólo sul região. No entanto, os resultados destes conjuntos de dados nem sempre estão correlacionados. Foi determinado que a área cumulativa de superfície lunar permanentemente sombreada é de 13.361 km2 no hemisfério norte e 17.698 km2 no hemisfério sul, dando uma área total de 31.059 km2. A medida em que qualquer ou todas essas áreas permanentemente sombreadas contêm gelo de água e outros voláteis não é atualmente conhecida, então mais dados são necessários sobre os depósitos de gelo lunar, sua distribuição, concentração, quantidade, disposição, profundidade, propriedades geotécnicas e quaisquer outras características necessárias para projetar e desenvolver sistemas de extração e processamento. Intencional impacto da VOLÁTEIS orbiter na cratera Cabeus foi monitorada para analisar os detritos resultantes da pluma, e foi concluído que o gelo de água deve ser na forma de pequenas (< ~10 cm), discreto pedaços de gelo distribuídos por todo o regolito, ou como revestimento fino em grãos de gelo. Isto, juntamente com observações de radar monostáticos, sugere que o gelo de água presente nas regiões permanentemente sombreadas de crateras polares lunares é improvável estar presente na forma de depósitos de gelo espesso e puro.

a água pode ter sido fornecida à Lua ao longo de escalas geológicas pelo bombardeio regular de cometas, asteroides e meteoroides Portadores de água ou continuamente produzida in situ pelos íons de hidrogênio (prótons) do vento solar impactando minerais Portadores de oxigênio.

o polo sul lunar apresenta uma região com jantes de crateras expostas a uma iluminação solar quase constante, onde o interior das crateras é permanentemente protegido da luz solar, permitindo armadilhas naturais e coleta de gelo de água que poderia ser extraído no futuro.

as moléculas de água (H
2O) podem ser decompostas em função dos seus elementos, nomeadamente hidrogénio e oxigénio, e formar hidrogénio molecular (H
2) e oxigénio molecular (o
2) a utilizar como BI-propulsor de foguetes ou produzir compostos para processos de produção metalúrgica e química. Apenas a produção de propelente, foi estimada por um painel conjunto de especialistas da indústria, do governo e acadêmicos, identificou uma demanda anual de curto prazo de 450 toneladas métricas de propelente derivado lunar equivalente a 2,450 toneladas métricas de água lunar processada, gerando US$2,4 bilhões de receita anual.

HydrogenEdit

the solar wind implants protons on the regolith, forming a protonated atom, which is a chemical compound of hydrogen (H). Embora o hidrogênio ligado seja abundante, permanecem questões sobre quanto dele se difunde para a subsuperfície, escapa para o espaço ou se difunde em armadilhas Frias. O hidrogénio seria necessário para a produção de propulsores e tem uma multiplicidade de utilizações industriais. Por exemplo, hidrogênio pode ser usado para a produção de oxigênio pela redução de hidrogênio da ilmenite.

MetalsEdit

IronEdit

o ferro (Fe) é abundante em todos os basaltos de égua (~14-17 % por peso), mas é principalmente fechado em minerais de silicato (i.e. piroxeno e olivina) e no mineral óxido ilmenita nas terras baixas. A extração seria muito exigente em energia, mas algumas anomalias magnéticas lunares proeminentes são suspeitas como sendo devido à sobrevivência de escombros meteoríticos ricos em Fe. Somente a exploração posterior in situ irá determinar se esta interpretação está correta ou não, e quão exploráveis esses detritos meteóricos podem ser.

o ferro livre também existe no regolito (0,5% em peso) ligado naturalmente com níquel e cobalto e pode ser facilmente extraído por ímanes simples após moagem. Esta poeira de ferro pode ser processada para fazer peças usando técnicas de metalurgia de pó, tais como fabricação de aditivos, Impressão 3D, sinterização laser seletiva (SLS), fusão laser seletiva (SLM), e fusão de feixes de elétrons (EBM).

TitaniumEdit

Titânio (Ti) pode ser ligado com ferro, alumínio, vanádio e molibdénio, entre outros elementos, para produzir ligas fortes e leves para a indústria aeroespacial. Existe quase inteiramente no mineral ilmenita (FeTiO3) na faixa de 5-8% em peso. Os minerais ilmenitas também captam hidrogênio (prótons) do vento solar, de modo que o processamento de ilmenita também produzirá hidrogênio, um elemento valioso na Lua. Os vastos basaltos de inundação no lado noroeste (Mare Tranquillitatis) possuem alguns dos maiores conteúdos de titânio na Lua, abrigando 10 vezes mais titânio do que as rochas na Terra.

AluminiumEdit

Alumínio (Al) é encontrado com uma concentração na faixa de 10 a 18%, em peso, presente em um mineral chamado anorthite (CaAl
2Si
2
8), o cálcio endmember do feldspato plagioclase minerais da série. Alumínio é um bom condutor elétrico, e pó de alumínio atomizado também faz um bom combustível sólido quando queimado com oxigênio. A extração de alumínio também exigiria a quebra da plagioclase (CaAl2Si2O8).

SiliconEdit

Foto de um pedaço de silício purificado

Silício (Si) é uma abundante metalloid em todos os lunar material, com uma concentração de cerca de 20%, em peso. É de enorme importância produzir painéis solares para a conversão da luz solar em eletricidade, bem como vidro, fibra de vidro, e uma variedade de cerâmica útil. Alcançar uma pureza muito alta para uso como semi-condutor seria um desafio, especialmente no ambiente lunar.

CalciumEdit

Anorthite cristais em um basalto vug do Vesúvio, Itália (tamanho: 6.9 x 4.1 x 3,8 cm)

Cálcio (Ca) é o quarto elemento mais abundante no lunar highlands, presente em anorthite minerais (fórmula CaAl
2Si
2
8). Óxidos de cálcio e silicatos de cálcio não são apenas úteis para a cerâmica, mas o metal puro de cálcio é flexível e um excelente condutor eléctrico na ausência de oxigénio. Anortita é rara na Terra, mas abundante na Lua.

cálcio também pode ser usado para fabricar células solares à base de silício, exigindo silício lunar, ferro, óxido de titânio, cálcio e alumínio.O magnésio (Mg) está presente nos magmas e nos minerais lunares piroxeno e olivina, suspeitando-se que o magnésio seja mais abundante na crosta lunar inferior. O magnésio tem vários usos como ligas para a indústria aeroespacial, automotiva e eletrônica.

elementos de terras raras edit

elementos de terras raras são utilizados para fabricar tudo a partir de veículos eléctricos ou híbridos, turbinas eólicas, dispositivos electrónicos e tecnologias de energia limpa. Apesar de seu nome, os elementos de terras raras são-com exceção do promécio – relativamente abundantes na crosta terrestre. No entanto, devido às suas propriedades geoquímicas, os elementos de terras raras são tipicamente dispersos e não frequentemente encontrados concentrados em minerais de terras raras; como resultado, depósitos de minério economicamente exploráveis são menos comuns. Existem grandes reservas na China, Califórnia, Índia, Brasil, Austrália, África do Sul e Malásia, mas a China é responsável por mais de 95% da produção mundial de terras raras. (See: Rare earth industry in China.)

Embora a evidência atual sugere terras raras os elementos são menos abundantes na Lua do que na Terra, a NASA vistas a mineração de terras raras minerais como viável lunar recurso, porque apresentam uma ampla gama de industrialmente importantes, óptica, eléctricos, magnéticos e propriedades catalíticas.

hélio-3Edit

por uma estimativa, o vento solar depositou mais de 1 milhão de toneladas de hélio-3 (3He) na superfície da lua. Materiais na superfície da lua contêm hélio-3 em concentrações estimadas entre 1,4 e 15 partes por bilhão (ppb) em áreas iluminadas pelo sol, e podem conter concentrações de até 50 ppb em regiões permanentemente sombreadas. Para comparação, o hélio-3 na atmosfera terrestre ocorre a 7,2 partes por trilhão (ppt).

uma série de pessoas desde 1986 propuseram explorar o regolito lunar e usar o hélio-3 para a fusão nuclear, embora a partir de 2020 reatores de fusão nuclear experimental funcionassem há décadas – nenhum deles ainda forneceu eletricidade comercialmente. Devido às baixas concentrações de hélio-3, qualquer equipamento de mineração precisaria processar quantidades extremamente grandes de regolito. Por uma estimativa, mais de 150 toneladas de regolito devem ser processadas para obter 1 grama (0,035 oz) de hélio 3. A China começou o programa chinês de Exploração Lunar para explorar a Lua e está investigando a perspectiva de mineração lunar, especificamente procurando o isótopo hélio-3 para uso como fonte de energia na Terra. Nem todos os autores pensam que a extração extraterrestre de hélio-3 é viável, e mesmo que fosse possível extrair hélio-3 da lua, nenhum projeto de reator de fusão produziu mais energia de fusão do que a entrada de energia elétrica, derrotando o propósito. Outra desvantagem é que é um recurso limitado que pode ser esgotado uma vez Minado.

Carbono e nitrogenEdit

Carbono (C) seria necessária para a produção de lunar de aço, mas ela está presente no regolito lunar em quantidades vestigiais (82 ppm), contribuiu pelo vento solar e micrometeorite impactos.

azoto (N) foi medido a partir de amostras de solo trazidas de volta à terra, e existe como quantidades vestigiais a menos de 5 ppm. Foi encontrado como isótopos 14N, 15N e 16N. carbono e nitrogênio fixo seriam necessários para as atividades agrícolas dentro de uma biosfera selada.

Regolith for constructionEdit

o desenvolvimento de uma economia lunar exigirá uma quantidade significativa de infraestrutura na superfície lunar, que irá depender fortemente de tecnologias de utilização de Recursos in situ (ISRU) para desenvolver. Um dos requisitos principais será fornecer materiais de construção para a construção de habitats, contentores de armazenamento, plataformas de aterragem, estradas e outras infra-estruturas. Solo lunar não processado, também chamado regolito, pode ser transformado em componentes estruturais utilizáveis, através de técnicas como sinterização, prensagem a quente, liquidificação, o método de basalto e impressão 3D. Vidro e fibra de vidro são simples de processar na Lua, e foi encontrado regolito pontos fortes materiais podem ser drasticamente melhorados usando fibra de vidro, como 70% basalto fibra de vidro e 30% PETG mistura. Testes bem sucedidos foram realizados na Terra usando alguns simuladores do regolito lunar, incluindo MLS – 1 e MLS-2.

the lunar soil, although it poses a problem for any mechanical moving parts, can be mixed with carbon nanotubes and epoxies in the construction of telescope mirrors up to 50 meters in diameter. Várias crateras próximas aos polos são permanentemente escuras e frias, um ambiente favorável para telescópios infravermelhos.

algumas propostas sugerem a construção de uma base lunar na superfície usando módulos trazidos da terra, e cobrindo-os com solo lunar. O solo lunar é composto por uma mistura de sílica e compostos contendo ferro que podem ser fundidos em um sólido semelhante ao vidro usando radiação de microondas.

the European Space Agency working in 2013 with an independent architectural firm, tested a 3D-printed structure that could be constructed of lunar regolith for use as a Moon base. Solo lunar impresso em 3D iria fornecer tanto “isolamento de radiação e temperatura”. Dentro, um insuflável pressurizado leve com a mesma forma de cúpula seria o ambiente de vida para os primeiros colonos humanos da lua.”

In early 2014, NASA funded a small study at the University of Southern California to further develop the Contour Crafting 3D printing technique. Potenciais aplicações desta tecnologia incluem a construção de estruturas lunares de um material que poderia consistir em até 90 por cento de material lunar com apenas 10 por cento do material que requer transporte da Terra. A NASA também está olhando para uma técnica diferente que envolveria a sinterização de poeira lunar usando radiação de microondas de baixa potência (1500 watts). O material lunar seria ligado por aquecimento a 1,200 a 1,500 ° c (2,190 a 2,730 °F), um pouco abaixo do ponto de fusão, a fim de fundir a poeira de nanopartículas em um bloco sólido semelhante a cerâmica, e não exigiria o transporte de um material ligante da Terra.