Lunar resources

solenergi, syre och metaller är rikliga resurser på månen. Element som är kända för att vara närvarande på månytan inkluderar bland annat väte (H), syre (O), kisel (Si), järn (Fe), magnesium (Mg), kalcium (Ca), aluminium (Al), mangan (Mn) och Titan (Ti). Bland de mer rikliga är syre, järn och kisel. Atomsyreinnehållet i regoliten uppskattas till 45 viktprocent.

Solar powerEdit

dagsljuset på månen varar ungefär två veckor, följt av ungefär två veckors natt, medan båda månpolerna lyser nästan ständigt. Månens sydpol har en region med kraterfälgar utsatta för nästan konstant solbelysning, men kratrarnas inre är permanent skuggade från solljus och behåller betydande mängder vattenis i sitt inre. Genom att lokalisera en månresursbearbetningsanläggning nära månens sydpol skulle solgenererad elektrisk kraft möjliggöra nästan konstant drift nära vatteniskällor.

solceller kan tillverkas direkt på månjorden av en medelstor (~200 kg) rover med kapacitet för uppvärmning av regoliten, avdunstning av lämpliga halvledarmaterial för solcellstrukturen direkt på regolitsubstratet och avsättning av metallkontakter och sammankopplingar för att avsluta en komplett solcellsuppsättning direkt på marken.

Kilopower-kärnklyvningssystemet utvecklas för tillförlitlig elproduktion som kan möjliggöra långvariga besättningsbaser på månen, Mars och destinationer bortom. Detta system är idealiskt för platser på månen och Mars där kraftproduktion från solljus är intermittent.

OxygenEdit

den elementära syrehalten i regoliten uppskattas till 45 viktprocent. Syre finns ofta i järnrika månmineraler och glas som järnoxid. Minst tjugo olika möjliga processer för att extrahera syre från lunar regolith har beskrivits, och alla kräver hög energiinmatning: mellan 2-4 megawatt-år av energi (dvs 6-12 kcal 1013 J) för att producera 1000 ton syre. Medan syreutvinning från metalloxider också producerar användbara metaller, använder man inte vatten som råmaterial.

Vattenredigera

spela media

bilder av LCROSS orbiter som flyger på månens sydpol visar områden med permanent skugga.

bilden visar fördelningen av ytis vid månens sydpol (vänster) och nordpolen (höger) som ses av NASA: s Moon Mineralogy Mapper (M3) spektrometer ombord Indiens Chandrayaan-1 orbiter

kumulativa bevis från flera orbitrar indikerar starkt att vattenis finns på ytan vid Månpolerna, men mestadels på Sydpolen. Resultaten från dessa datauppsättningar är dock inte alltid korrelerade. Det har fastställts att det kumulativa området för permanent skuggad månyta är 13 361 km2 på norra halvklotet och 17 698 km2 på södra halvklotet, vilket ger en total yta på 31 059 km2. I vilken utsträckning någon eller alla dessa permanent skuggade områden innehåller vattenis och andra flyktiga ämnen är för närvarande inte känt, så det behövs mer data om månens isavlagringar, dess fördelning, koncentration, kvantitet, disposition, djup, geotekniska egenskaper och andra egenskaper som är nödvändiga för att designa och utveckla extraktions-och bearbetningssystem. Den avsiktliga effekten av LCROSS-orbiteren i Cabeus-kratern övervakades för att analysera den resulterande skräpsplummen, och man drog slutsatsen att vattenisen måste vara i form av små (< ~10 cm), diskreta isbitar fördelade över regoliten eller som tunn beläggning på iskorn. Detta, i kombination med monostatiska radarobservationer, tyder på att vattenisen som finns i de permanent skuggade regionerna av månpolära kratrar sannolikt inte kommer att vara närvarande i form av tjocka, rena isfyndigheter.

vatten kan ha levererats till månen över geologiska tidsskalor genom regelbunden bombardemang av vattenbärande kometer, asteroider och meteoroider eller kontinuerligt producerat in situ av vätejoner (protoner) av solvinden som påverkar syrebärande mineraler.

lunar south pole har en region med kraterfälgar utsatta för nära konstant solbelysning, där kratrarnas inre är permanent skuggade från solljus, vilket möjliggör naturlig fångst och insamling av vattenis som kan brytas i framtiden.

vattenmolekyler (H
2o) kan brytas ner till dess beståndsdelar, nämligen väte och syre, och bilda molekylärt väte (H
2) och molekylärt syre (O
2) för att användas som raketbidrivmedel eller producera föreningar för metallurgiska och kemiska produktionsprocesser. Bara produktionen av drivmedel, uppskattades av en gemensam panel av industri, regering och akademiska experter, identifierade en kortsiktig årlig efterfrågan på 450 ton lunar-härledd drivmedel som motsvarar 2,450 ton bearbetat månvatten, vilket genererar us$2.4 miljarder av intäkter årligen.

HydrogenEdit

solvinden implanterar protoner på regoliten och bildar en protonerad atom, som är en kemisk förening av väte (H). Även om bundet väte är rikligt kvarstår frågor om hur mycket av det diffunderar in i underytan, flyr ut i rymden eller diffunderar i kalla fällor. Väte skulle behövas för drivmedelsproduktion, och det har en mängd industriella användningsområden. Till exempel kan väte användas för produktion av syre genom vätereduktion av ilmenit.

Metallredigera

Järnredigera

järn (Fe) finns rikligt i alla sto basalter (~14-17% per vikt) men är mestadels låst i silikatmineraler (dvs. pyroxen och olivin) och in i oxidmineralet ilmenit i låglandet. Extraktion skulle vara ganska energikrävande, men vissa framstående månmagnetiska anomalier misstänks bero på överlevande Fe-rika meteoritiska skräp. Endast ytterligare utforskning in situ kommer att avgöra om denna tolkning är korrekt eller inte, och hur exploaterbart sådant meteoritiskt skräp kan vara.

fritt järn finns också i regoliten (0,5 viktprocent) naturligt legerad med nickel och kobolt och det kan lätt extraheras med enkla magneter efter slipning. Detta järndamm kan bearbetas för att göra delar med hjälp av pulvermetallurgitekniker, såsom additiv tillverkning, 3D-utskrift, selektiv lasersintring (SLS), selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM).

TitaniumEdit

Titan (Ti) kan legeras med järn, aluminium, vanadin och molybden, bland andra element, för att producera starka, lätta legeringar för flygindustrin. Det finns nästan helt i mineralet ilmenit (FeTiO3) i intervallet 5-8 viktprocent. Ilmenitmineraler fångar också väte (protoner) från solvinden, så att bearbetning av ilmenit också kommer att producera väte, ett värdefullt element på månen. De stora översvämningsbasalterna på nordvästra nearside (Mare Tranquillitatis) har några av de högsta titaninnehållet på månen, som rymmer 10 gånger så mycket Titan som stenar på jorden gör.

AluminiumEdit

Aluminium (Al) finns med en koncentration i intervallet 10-18 viktprocent, närvarande i ett mineral som kallas anortit (CaAl
2si
2o
8), kalciumändmedlemmen i plagioklas fältspat mineral serien. Aluminium är en bra elektrisk ledare, och finfördelat aluminiumpulver gör också ett bra fast raketbränsle när det bränns med syre. Extraktion av aluminium skulle också kräva nedbrytning av plagioklas (CaAl2Si2O8).

SiliconEdit

foto av en bit renad kisel

kisel (Si) är en riklig metalloid i allt månmaterial, med en koncentration av ca 20 viktprocent. Det är av enorm betydelse att producera solpanelarrayer för omvandling av solljus till el, såväl som glas, glasfiber och en mängd användbara keramik. Att uppnå en mycket hög renhet för användning som halvledare skulle vara utmanande, särskilt i månmiljön.

Kalciumredigera

anortitkristaller i en basalt vug från Vesuvius, Italien (storlek: 6,9 0,1 4,1 2,8 cm)

kalcium (Ca) är det fjärde vanligaste elementet i lunar highlands, närvarande i anortitmineraler (formel CaAl
2si
2o
8). Kalciumoxider och kalciumsilikater är inte bara användbara för keramik, men ren kalciummetall är flexibel och en utmärkt elektrisk ledare i frånvaro av syre. Anortit är sällsynt på jorden men rikligt på månen.

kalcium kan också användas för att tillverka kiselbaserade solceller, vilket kräver månkisel, järn, titanoxid, kalcium och aluminium.

MagnesiumEdit

Magnesium (Mg) finns i magmas och i månmineralerna pyroxen och olivin, så det misstänks att magnesium är rikligare i den nedre månskorpan. Magnesium har flera användningsområden som legeringar för flyg -, bil-och elektronik.

sällsynta jordartsmetaller elementsEdit

sällsynta jordartsmetaller används för att tillverka allt från elektriska eller hybridfordon, vindkraftverk, elektroniska apparater och ren energiteknik. Trots deras namn är sällsynta jordartsmetaller – med undantag av prometium-relativt rikliga i jordskorpan. På grund av deras geokemiska egenskaper sprids emellertid sällsynta jordartsmetaller vanligtvis och finns inte ofta koncentrerade i sällsynta jordartsmineraler; som ett resultat är ekonomiskt exploaterbara malmfyndigheter mindre vanliga. Stora reserver finns i Kina, Kalifornien, Indien, Brasilien, Australien, Sydafrika och Malaysia, men Kina står för över 95% av världens produktion av sällsynta jordar. (Se: sällsynta jordartsindustrin i Kina.)

även om nuvarande bevis tyder på att sällsynta jordartsmetaller är mindre rikliga på månen än på jorden, ser NASA gruvan av sällsynta jordartsmineraler som en livskraftig månresurs eftersom de uppvisar ett brett spektrum av industriellt viktiga optiska, elektriska, magnetiska och katalytiska egenskaper.

Helium-3redigera

med en uppskattning har solvinden deponerat mer än 1 miljon ton helium-3 (3He) på Månens yta. Material på Månens yta innehåller helium – 3 vid koncentrationer uppskattade mellan 1,4 och 15 delar per miljard (ppb) i solbelysta områden och kan innehålla koncentrationer så mycket som 50 ppb i permanent skuggade regioner. Som jämförelse sker helium – 3 i jordens atmosfär vid 7,2 delar per biljon (ppt).

ett antal personer sedan 1986 har föreslagit att utnyttja månregoliten och använda helium-3 för kärnfusion, men från och med 2020 har fungerande experimentella kärnfusionsreaktorer funnits i årtionden – ingen av dem har ännu tillhandahållit El kommersiellt. På grund av de låga koncentrationerna av helium-3 skulle någon gruvutrustning behöva bearbeta extremt stora mängder regolith. Enligt en uppskattning måste över 150 ton regolit bearbetas för att erhålla 1 gram (0,035 oz) helium 3. Kina har påbörjat det kinesiska Månutforskningsprogrammet för att utforska månen och undersöker utsikterna till månbrytning, specifikt letar efter isotopen helium-3 för användning som energikälla på jorden. Inte alla författare tror att den utomjordiska extraktionen av helium-3 är möjlig, och även om det var möjligt att extrahera helium-3 från månen, har ingen fusionsreaktordesign producerat mer fusionseffekt än den elektriska effektingången, besegra syftet. En annan nackdel är att det är en begränsad resurs som kan uttömas när den bryts.

kol och kväveedit

kol (C) skulle krävas för produktion av månstål, men det finns i månregolith i spårmängder (82 ppm), bidragit av solvind och mikrometeoritpåverkan.

kväve (n) mättes från jordprover som fördes tillbaka till jorden, och det finns som spårmängder vid mindre än 5 ppm. Det hittades som isotoper 14N, 15N och 16N.kol och fast kväve skulle krävas för jordbruksverksamhet inom en förseglad biosfär.

regolit för konstruktionredigera

att utveckla en månekonomi kommer att kräva en betydande mängd infrastruktur på månytan, som kommer att förlita sig starkt på isru-teknik (In situ resource utilization) för att utvecklas. Ett av de främsta kraven kommer att vara att tillhandahålla byggmaterial för att bygga livsmiljöer, förvaringsfack, landningsplattor, vägar och annan infrastruktur. Obearbetad månjord, även kallad regolit, kan omvandlas till användbara strukturella komponenter genom tekniker som sintring, varmpressning, likvidation, gjuten basaltmetod och 3D-utskrift. Glas och glasfiber är enkla att bearbeta på månen, och det konstaterades att regolitmaterialstyrkor kan förbättras drastiskt genom att använda glasfiber, såsom 70% basaltglasfiber och 30% PETG-blandning. Framgångsrika tester har utförts på jorden med hjälp av vissa månregolitsimulanter, inklusive MLS-1 och MLS-2.

månjorden, även om den utgör ett problem för alla mekaniska rörliga delar, kan blandas med kolnanorör och epoxier vid konstruktion av teleskopspeglar upp till 50 meter i diameter. Flera kratrar nära polerna är permanent mörka och kalla, en gynnsam miljö för infraröda teleskop.

vissa förslag föreslår att man bygger en månbas på ytan med hjälp av moduler från jorden och täcker dem med månjord. Månjorden består av en blandning av kiseldioxid och järnhaltiga föreningar som kan smälta in i ett glasliknande fast ämne med mikrovågsstrålning.

Europeiska rymdorganisationen som arbetade 2013 med ett oberoende arkitektföretag testade en 3D-tryckt struktur som kunde konstrueras av månregolith för användning som månbas. 3D-tryckt månjord skulle ge både ” strålning och temperaturisolering. Inuti Skulle en lätt trycksatt uppblåsbar med samma kupolform vara livsmiljön för de första mänskliga Månbyggarna.”

i början av 2014 finansierade NASA en liten studie vid University of Southern California för att vidareutveckla Contour Crafting 3D-tryckteknik. Potentiella tillämpningar av denna teknik inkluderar att konstruera månstrukturer av ett material som kan bestå av upp till 90 procent månmaterial med endast tio procent av materialet som kräver transport från jorden. NASA tittar också på en annan teknik som skulle innebära sintring av månstoft med hjälp av mikrovågsstrålning med låg effekt (1500 watt). Lunar material skulle vara bunden av värme till 1 200 till 1 500 °C (till 2 190 till 2 730 °F), vilket är något lägre än smältpunkten för att säkring nanopartiklar damm i ett massivt block som är keramiska-liknande, och skulle inte kräva transport av bindemedel material från Jorden.