Resurse lunare

energia solară, oxigenul și metalele sunt resurse abundente pe lună. Elementele cunoscute a fi prezente pe suprafața lunară includ, printre altele, hidrogen (H), oxigen (o), siliciu (Si), fier (Fe), magneziu (Mg), calciu (Ca), aluminiu (Al), mangan (Mn) și titan (Ti). Printre cele mai abundente se numără oxigenul, fierul și siliciul. Conținutul de oxigen atomic din regolit este estimat la 45% în greutate.

energie Solarăedit

Lumina zilei pe lună durează aproximativ două săptămâni, urmată de aproximativ două săptămâni de noapte, în timp ce ambii poli lunari sunt iluminați aproape constant. Polul Sud lunar prezintă o regiune cu jante de crater expuse la o iluminare solară aproape constantă, totuși interiorul craterelor este permanent umbrit de lumina soarelui și păstrează cantități semnificative de gheață de apă în interiorul lor. Prin localizarea unei instalații de procesare a resurselor lunare în apropierea Polului Sud lunar, energia electrică generată de soare ar permite o funcționare aproape constantă în apropierea surselor de gheață de apă.

celulele solare ar putea fi fabricate direct pe solul lunar de către un rover de dimensiuni medii (~200 kg) cu capacități de încălzire a regolitului, evaporarea materialelor semiconductoare adecvate pentru structura celulei solare direct pe substratul de regolit și depunerea de contacte metalice și interconectări pentru a termina o matrice completă de celule solare direct pe sol.

sistemul de fisiune nucleară Kilopower este dezvoltat pentru generarea de energie electrică fiabilă care ar putea permite baze cu echipaj de lungă durată pe Lună, Marte și destinații dincolo. Acest sistem este ideal pentru locațiile de pe lună și Marte unde generarea de energie din lumina soarelui este intermitentă.

OxygenEdit

conținutul elementar de oxigen din regolit este estimat la 45% în greutate. Oxigenul se găsește adesea în minerale lunare bogate în fier și ochelari ca oxid de fier. Au fost descrise cel puțin douăzeci de procese posibile diferite pentru extragerea oxigenului din regolitul lunar și toate necesită un aport ridicat de energie: între 2-4 megawați-ani de energie (adică 6-12 xtoct 1013 J) pentru a produce 1.000 de tone de oxigen. În timp ce extracția oxigenului din oxizi metalici produce și metale utile, Utilizarea apei ca materie primă nu.

WaterEdit

redare media

imagini de LCROSS Orbiter flying a Polului Sud lunar arată zone de umbră permanentă.

imaginea arată distribuția gheții de suprafață la Polul Sud al lunii (stânga) și Polul Nord (dreapta), așa cum este văzută de spectrometrul Moon Mineralogy Mapper (M3) al NASA la bordul orbiterului Chandrayaan-1 din India

dovezile Cumulative de la mai mulți orbitatori indică cu tărie că gheața de apă este prezentă la suprafață la polii lunii, dar mai ales în regiunea polului sud. Cu toate acestea, rezultatele acestor seturi de date nu sunt întotdeauna corelate. S-a stabilit că suprafața cumulată a suprafeței lunare umbrite Permanent este de 13.361 km2 în emisfera nordică și 17.698 km2 în emisfera sudică, oferind o suprafață totală de 31.059 km2. Măsura în care oricare sau toate aceste zone umbrite permanent conțin gheață de apă și alte substanțe volatile nu este cunoscută în prezent, deci sunt necesare mai multe date despre depozitele de gheață lunare, distribuția, concentrația, cantitatea, dispunerea, adâncimea, proprietățile geotehnice și orice alte caracteristici necesare proiectării și dezvoltării sistemelor de extracție și prelucrare. Impactul intenționat al orbiterului LCROSS în craterul Cabeus a fost monitorizat pentru a analiza plumul de resturi rezultat și s-a ajuns la concluzia că gheața de apă trebuie să fie sub formă de bucăți mici (< ~10 cm), discrete de gheață distribuite în regolit sau sub formă de acoperire subțire pe boabele de gheață. Acest lucru, împreună cu observațiile radar monostatice, sugerează că gheața de apă prezentă în regiunile umbrite permanent ale craterelor polare lunare este puțin probabil să fie prezentă sub formă de depozite groase și pure de gheață.

este posibil ca apa să fi fost livrată pe lună pe perioade geologice prin bombardarea regulată a cometelor purtătoare de apă, asteroizilor și meteoroizilor sau produsă continuu in situ de ionii de hidrogen (protoni) ai vântului solar care afectează mineralele purtătoare de oxigen.

Polul Sud lunar prezintă o regiune cu jante de crater expuse la o iluminare solară aproape constantă, unde interiorul craterelor este permanent umbrit de lumina soarelui, permițând captarea naturală și colectarea gheții de apă care ar putea fi extrasă în viitor.

moleculele de apă (H
2O) pot fi defalcate la elementele sale, și anume hidrogen și oxigen, și formează hidrogen molecular (H
2) și oxigen molecular (o
2) pentru a fi utilizate ca bi-propulsor pentru rachete sau pentru a produce compuși pentru procesele de producție metalurgică și chimică. Doar producția de combustibil, a fost estimată de un grup comun de experți din industrie, guvern și academicieni, a identificat o cerere anuală pe termen scurt de 450 de tone metrice de combustibil derivat lunar, echivalând cu 2.450 de tone metrice de apă lunară procesată, generând venituri anuale de 2,4 miliarde USD.

HydrogenEdit

vântul solar implantează protoni pe regolit, formând un atom protonat, care este un compus chimic al hidrogenului (H). Deși hidrogenul legat este abundent, rămân întrebări cu privire la cât de mult din acesta difuzează în subteran, scapă în spațiu sau difuzează în capcane reci. Hidrogenul ar fi necesar pentru producția de combustibil și are o multitudine de utilizări industriale. De exemplu, hidrogenul poate fi utilizat pentru producerea de oxigen prin reducerea hidrogenului ilmenit.

MetalsEdit

IronEdit

fierul (Fe) este abundent în toate bazaltele de iapă (~14-17% pe greutate), dar este în mare parte blocat în minerale silicate (adică. piroxen și olivină) și în mineralul oxidic ilmenit în zonele joase. Extracția ar fi destul de solicitantă de energie, dar unele anomalii magnetice lunare proeminente sunt suspectate ca fiind datorate resturilor meteoritice bogate în Fe. Doar explorarea ulterioară in situ va determina dacă această interpretare este sau nu corectă și cât de exploatabile pot fi astfel de resturi meteoritice.

fierul liber există, de asemenea, în regolit (0,5% în greutate) aliat natural cu nichel și cobalt și poate fi extras cu ușurință prin magneți simpli după măcinare. Acest praf de fier poate fi prelucrat pentru a realiza piese folosind tehnici de metalurgie a pulberilor, cum ar fi fabricarea aditivilor, imprimarea 3d, sinterizarea selectivă cu laser (SLS), topirea selectivă cu laser (SLM) și topirea fasciculului de electroni (EBM).

TitaniumEdit

titanul (Ti) poate fi aliat cu fier, aluminiu, vanadiu și molibden, printre alte elemente, pentru a produce aliaje puternice și ușoare pentru industria aerospațială. Există aproape în întregime în ilmenit mineral (FeTiO3) în intervalul de 5-8% în greutate. Mineralele Ilmenite captează, de asemenea, hidrogenul (protonii) din vântul solar, astfel încât prelucrarea ilmenitului va produce și hidrogen, un element valoros pe lună. Vastele bazalturi de inundații de pe coasta de nord-vest (Mare Tranquillitatis) posedă unele dintre cele mai înalte conținuturi de titan de pe lună, adăpostind de 10 ori mai mult Titan decât rocile de pe Pământ.

AluminiumEdit

aluminiul (Al) se găsește cu o concentrație cuprinsă între 10-18% în greutate, prezentă într-un mineral numit anortit (CaAl
2si
2o
8), elementul final de calciu al seriei de minerale plagioclase feldspat. Aluminiul este un bun conductor electric, iar pulberea de aluminiu atomizată face, de asemenea, un bun combustibil solid pentru rachete atunci când este ars cu oxigen. Extracția aluminiului ar necesita, de asemenea, descompunerea plagioclazei (caal2si2o8).

Siliconmodificare

fotografie a unei bucăți de siliciu purificat

siliciul (Si) este un metaloid abundent în toate materialele lunare, cu o concentrație de aproximativ 20% în greutate. Este de o importanță enormă să se producă tablouri de panouri solare pentru Conversia luminii solare în electricitate, precum și sticlă, fibră de sticlă și o varietate de ceramică utilă. Realizarea unei purități foarte ridicate pentru utilizarea ca Semiconductor ar fi o provocare, în special în mediul lunar.

Calciumodificare

cristale de anortit într-un vas de bazalt de la Vezuviu, Italia (Dimensiune: 6,9 XCT 4,1 XCT 3,8 cm)

calciul (ca) este al patrulea cel mai abundent element din zonele muntoase lunare, prezent în mineralele anortite (formula CaAl
2si
2o
8). Oxizii de calciu și silicații de calciu nu sunt utili doar pentru ceramică, dar metalul de calciu pur este flexibil și un conductor electric excelent în absența oxigenului. Anorthitul este rar pe Pământ, dar abundent pe lună.

calciul poate fi, de asemenea, utilizat pentru fabricarea celulelor solare pe bază de siliciu, necesitând siliciu lunar, fier, oxid de titan, calciu și aluminiu.

Magneziuedit

magneziul (Mg) este prezent în magme și în mineralele lunare piroxen și olivină, deci se suspectează că magneziul este mai abundent în scoarța lunară inferioară. Magneziul are multiple utilizări ca aliaje pentru industria aerospațială, auto și electronică.

elemente de pământuri Rareedit

elementele de pământuri Rare sunt utilizate pentru fabricarea de orice, de la vehicule electrice sau hibride, turbine eoliene, dispozitive electronice și tehnologii de energie curată. În ciuda numelui lor, elementele de pământuri rare sunt-cu excepția prometiului-relativ abundente în scoarța terestră. Cu toate acestea, datorită proprietăților lor geochimice, elementele de pământuri rare sunt de obicei dispersate și nu se găsesc adesea concentrate în minerale de pământuri rare; ca urmare, depozitele de minereu exploatabile economic sunt mai puțin frecvente. Rezerve majore există în China, California, India, Brazilia, Australia, Africa de Sud și Malaezia, dar China reprezintă peste 95% din producția mondială de pământuri rare. (A se vedea: industria de pământuri Rare în China.)

deși dovezile actuale sugerează că elementele de pământuri rare sunt mai puțin abundente pe lună decât pe Pământ, NASA consideră mineritul mineralelor de pământuri rare ca o resursă lunară viabilă, deoarece prezintă o gamă largă de proprietăți optice, electrice, magnetice și catalitice importante din punct de vedere industrial.

heliu-3edit

conform unei estimări, vântul solar a depus mai mult de 1 milion de tone de heliu-3 (3He) pe suprafața Lunii. Materialele de pe suprafața Lunii conțin heliu-3 la concentrații estimate între 1,4 și 15 părți pe miliard (ppb) în zonele însorite și pot conține concentrații de până la 50 ppb în regiunile umbrite permanent. Pentru comparație, heliul-3 din atmosfera Pământului are loc la 7,2 părți pe trilion (ppt).

un număr de oameni din 1986 au propus exploatarea regolitului lunar și utilizarea heliului-3 pentru fuziunea nucleară, deși începând cu 2020 funcționează reactoare experimentale de fuziune nucleară au existat de zeci de ani – niciunul dintre ei nu a furnizat încă electricitate comercial. Din cauza concentrațiilor scăzute de heliu-3, orice echipament minier ar trebui să proceseze cantități extrem de mari de regolit. Conform unei estimări, peste 150 de tone de regolit trebuie procesate pentru a obține 1 gram (0,035 oz) de heliu 3. China a început programul chinez de explorare lunară pentru explorarea Lunii și investighează perspectiva mineritului lunar, căutând în mod special izotopul heliu-3 pentru a fi utilizat ca sursă de energie pe Pământ. Nu toți autorii cred că extracția extraterestră a heliului-3 este fezabilă și chiar dacă a fost posibilă extragerea heliului-3 de pe lună, niciun proiect de reactor de fuziune nu a produs mai multă putere de fuziune decât puterea electrică, învingând scopul. Un alt dezavantaj este că este o resursă limitată care poate fi epuizată odată minată.

Carbon și azotatedit

carbonul (c) ar fi necesar pentru producerea oțelului lunar, dar este prezent în regolit lunar în cantități mici (82 ppm), contribuit de vântul solar și impactul micrometeoritului.

azotul (n) a fost măsurat din probele de sol aduse înapoi pe Pământ și există ca urme la mai puțin de 5 ppm. A fost găsit ca izotopi 14N, 15N și 16N.carbonul și azotul fix ar fi necesare pentru activitățile agricole într-o biosferă sigilată.

regolit pentru construcțieedit

dezvoltarea unei economii lunare va necesita o cantitate semnificativă de infrastructură pe suprafața lunară, care se va baza foarte mult pe tehnologiile de utilizare a resurselor in situ (ISRU) pentru a se dezvolta. Una dintre cerințele principale va fi furnizarea de materiale de construcție pentru a construi habitate, coșuri de depozitare, tampoane de aterizare, drumuri și alte infrastructuri. Solul lunar neprelucrat, numit și regolit, poate fi transformat în componente structurale utilizabile, prin tehnici precum sinterizarea, presarea la cald, lichefierea, metoda bazaltului turnat și imprimarea 3d. Sticla și fibra de sticlă sunt ușor de procesat pe lună și s-a constatat că punctele forte ale materialului regolit pot fi îmbunătățite drastic prin utilizarea fibrei de sticlă, cum ar fi 70% fibră de sticlă bazaltică și 30% amestec PETG. Testele de succes au fost efectuate pe pământ folosind unii simulanți regolit lunari, inclusiv MLS-1 și MLS-2.

solul lunar, deși reprezintă o problemă pentru orice piese mecanice în mișcare, poate fi amestecat cu nanotuburi de carbon și epoxii în construcția oglinzilor telescopice de până la 50 de metri în diametru. Mai multe cratere din apropierea polilor sunt permanent întunecate și reci, un mediu favorabil pentru telescoapele cu infraroșu.

unele propuneri sugerează construirea unei baze lunare la suprafață folosind module aduse de pe Pământ și acoperirea lor cu sol lunar. Solul lunar este compus dintr-un amestec de silice și compuși care conțin fier care pot fi topiți într-un solid asemănător sticlei folosind radiații cu microunde.

Agenția Spațială Europeană, care a lucrat în 2013 cu o firmă de arhitectură independentă, a testat o structură tipărită 3D care ar putea fi construită din regolit lunar pentru a fi utilizată ca bază lunară. Solul lunar imprimat 3D ar oferi atât ” radiații, cât și izolare termică. În interior, un gonflabil ușor sub presiune, cu aceeași formă de cupolă, ar fi mediul de viață pentru primii coloniști umani ai lunii.”

la începutul anului 2014, NASA a finanțat un mic studiu la Universitatea din California de Sud pentru a dezvolta în continuare tehnica de imprimare 3D a conturului. Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii includ construirea structurilor lunare ale unui material care ar putea consta din până la 90% material lunar, cu doar zece la sută din material care necesită transport de pe Pământ. NASA analizează, de asemenea, o tehnică diferită care ar implica sinterizarea prafului lunar folosind radiații cu microunde de mică putere (1500 watt). Materialul lunar ar fi legat prin încălzire la 1.200 până la 1.500 CTF (2.190 până la 2.730 CTF), oarecum sub punctul de topire, pentru a fuziona praful nanoparticulelor într-un bloc solid care este asemănător ceramicii și nu ar necesita transportul unui material liant de pe Pământ.