HVA ER MOON MINING?

Send

Helt siden vi begynte å sende besetningsoppdrag til Månen, har folk drømt om dagen da vi en dag kan kolonisere den. Bare tenk deg, et bebyggelse på månens overflate, der alle hele tiden bare føler seg omtrent 15% så tunge som de gjør her på jorden. Og på fritiden får kolonistene gjøre alle slags kule forskningsturer over overflaten i månefjellene. Må innrømme, det høres morsomt ut!

Nylig har ideen om prospektering og gruvedrift på Månen blitt foreslått. Dette skyldes delvis utforsking av fornyet rom, men også økningen av private luftfartsselskaper og NewSpace-industrien. Med oppdrag til Månens tidsplaner for de kommende årene og tiårene, virker det logisk å tenke på hvordan vi også kan sette opp gruvedrift og andre næringer der?

Foreslåtte metoder:

Flere forslag er kommet for å etablere gruvedrift på Månen; opprinnelig av romfartsorganer som NASA, men senere av private interesser. Mange av de tidligste forslagene fant sted i løpet av 1950-årene, som et svar på Space Race, som så en månekoloni som et logisk resultat av lunarutforskningen.

For eksempel foreslo Arthur C. Clarke i 1954 en månebase hvor oppblåsbare moduler ble dekket av månestøv for isolering og kommunikasjon ble levert av en oppblåsbar radiomast. Og i 1959 foreslo John S. Rinehart - direktøren for Mining Research Laboratory ved Colorado School of Mines - en tubulær base som ville "flyte" over overflaten.

Siden den tid har NASA, den amerikanske hæren og flyvåpenet og andre romfartsorganer gitt forslag om opprettelse av en måneforlikning. I alle tilfeller inneholdt disse planene kvoter for ressursutnyttelse for å gjøre basen så selvforsynt. Imidlertid gikk disse planene foran Apollo-programmet, og ble i stor grad forlatt etter at det ble avsluttet. Det har bare vært de siste tiårene at detaljerte forslag igjen er kommet.

Under Bush-administrasjonen (2001-2009) ga NASA for eksempel muligheten for å opprette en "månepost". I samsvar med Vision for Space Exploration (2004) ba planen om bygging av en base på Månen mellom 2019 og 2024. Et av de viktigste aspektene ved denne planen var bruken av ISRU-teknikker for å produsere oksygen fra den omkringliggende regolitten.

Disse planene ble kansellert av Obama-administrasjonen og erstattet med en plan for et Mars Direct-oppdrag (kjent som NASAs “Journey to Mars”). Under en workshop i 2014 møtte imidlertid representanter fra NASA Harvard-genetikeren George Church, Peter Diamandis fra X Prize Foundation og andre eksperter for å diskutere rimelige alternativer for å komme tilbake til månen.

Verkstedets artikler, som ble publisert i en spesiell utgave av Ny plass, beskrive hvordan et oppgjør kunne bygges på Månen innen 2022 for bare 10 milliarder dollar. I følge deres papirer vil en lavkostbase være mulig takket være utviklingen av romskytingsvirksomheten, fremveksten av NewSpace-industrien, 3D-utskrift, autonome roboter og andre nylig utviklede teknologier.

I desember 2015 fant et internasjonalt symposium med tittelen "Moon 2020-2030 - A New Era of Coordinated Human and Robotic Exploration" sted ved European Space Research and Technology Center. Den gang formulerte den nye generaldirektøren for ESA (Jan Woerner) byråets ønske om å skape en internasjonal månebase ved hjelp av robotarbeidere, 3D-utskriftsteknikker og ressursutnyttelse på stedet.

I 2010 etablerte NASA Robotic Mining Competition, en årlig insentivbasert konkurranse der universitetsstudenter designer og bygger roboter for å navigere i et simulert marsmiljø. Et av de viktigste aspektene ved konkurransen er å lage roboter som kan stole på ISRU for å gjøre lokale ressurser om til brukbare materialer. Applikasjonene som er produsert vil trolig være til nytte under fremtidige måneoppdrag.

Andre romfartsbyråer har også planer for månebaser i de kommende tiår. Det russiske romfartsorganet (Roscosmos) har gitt planer om å bygge en månebase innen 2020-tallet, og China National Space Agency (CNSA) foreslo å bygge en slik base i en lignende tidsramme, takket være suksessen med Chang'e-programmet.

Og NewSpace-industrien har også produsert noen interessante forslag på sent. I 2010 kom en gruppe av Silicon Valley-gründere sammen for å opprette Moon Express, et privat selskap som planlegger å tilby kommersiell månens robottransport og datatjenester, i tillegg til det langsiktige målet om å gruve månen. I desember 2015 ble de det første selskapet som konkurrerte om Lunar X-prisen for å bygge og teste en robotlander - MX-1.

I 2010 ble Arkyd Astronautics (omdøpt til Planetary Resources i 2012) lansert med det formål å utvikle og distribuere teknologier for asteroidedrift. I 2013 ble Deep Space Industries dannet med samme formål i tankene. Selv om disse selskapene hovedsakelig fokuserer på asteroider, er appellen omtrent den samme som månemynking - som utvider menneskehetens ressursbase utover Jorden.

Ressurser:

Basert på studien av måneberg, som ble brakt tilbake av Apollo-oppdragene, har forskere lært at månens overflate er rik på mineraler. Deres samlede sammensetning avhenger av om steinene kom fra månemarias (store, mørke, basaltiske sletter dannet fra månens utbrudd) eller månens høyland.

Bergarter oppnådd fra lunar maria viste store spor av metaller, med 14,9% aluminiumoksyd (Al²O³), 11,8% kalsiumoksyd (kalk), 14,1% jernoksyd, 9,2% magnesiumoxid (MgO), 3,9% titandioksyd (TiO²) og 0,6% natrium oksyd (Na2O). De oppnådd fra månens høyland er lignende i sammensetningen, med 24,0% aluminiumoksyd, 15,9% kalk, 5,9% jernoksyd, 7,5% magnesiumoxid og 0,6% titandioksyd og natriumoksyd.

De samme studiene har vist at måneberg inneholder store mengder oksygen, hovedsakelig i form av oksiderte mineraler. Det er utført eksperimenter som har vist hvordan dette oksygenet kunne trekkes ut for å gi astronauter pustende luft, og kan brukes til å lage vann og til og med rakettdrivstoff.

Månen har også konsentrasjoner av sjeldne jordmetaller (REM), som er attraktive av to grunner. På den ene siden blir REM-er stadig viktigere for den globale økonomien, siden de brukes mye i elektroniske apparater. På den annen side er 90% av dagens reserver av REMs kontrollert av Kina; så å ha jevn tilgang til en ekstern kilde blir av noen sett på som en nasjonal sikkerhetssak.

Tilsvarende har månen betydelige mengder vann som finnes i månens regolit og i de permanent skyggelagte områdene i de nordlige og sørlige polare områdene. Dette vannet vil også være verdifullt som en kilde til rakettbrensel, for ikke å nevne drikkevann til astronauter.

I tillegg har månebergene avslørt at månens indre også kan inneholde betydelige kilder til vann. Og fra prøver av månegrunn beregnes det at adsorbert vann kan eksistere i sporkonsentrasjoner på 10 til 1000 deler per million. Opprinnelig var det skjønt at konsentrasjoner av vann i månebergene var et resultat av forurensning.

Men siden den tid har flere oppdrag ikke bare funnet prøver av vann på månens overflate, men avslørt bevis for hvor det kom fra. Den første var India Chandrayaan-1 oppdraget, som sendte en påvirker til månens overflate 18. november 2008. I løpet av den 25 minutter lange nedstigningen fant sondens Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) bevis på vann i Månens tynne atmosfære.

I mars 2010 ombord Mini-RF-instrumentet Chandrayaan-1 oppdaget mer enn 40 permanent mørklagte kratre nær Månens nordpol som antas å inneholde så mye som 600 millioner metriske tonn (661.387 millioner amerikanske tonn) vann-is.

I november 2009 gjorde NASA LCROSS romsonde lignende funn rundt det sørlige polarområdet, som en støtstøtte den sendte til overflaten, sparket opp materiale som viste seg å inneholde krystallinsk vann. I 2012 avslørte undersøkelser utført av Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) at is utgjør opptil 22% av materialet på gulvet i Shakleton-krateret (som ligger i den sørlige polare regionen).

Det er blitt teoretisert at alt dette vannet ble levert av en kombinasjon av mekanismer. For en kunne regelmessig bombardement av vannførende kometer, asteroider og meteoroider over geologiske tidsskalaer ha avsatt mye av det. Det har også blitt hevdet at det produseres lokalt av hydrogenionene i solvind som kombineres med oksygenbærende mineraler.

Men kanskje den mest verdifulle varen på månens overflate kan være helium-3. Helium-3 er et atom som slippes ut av solen i enorme mengder, og er et biprodukt av fusjonsreaksjonene som finner sted inne. Selv om det er liten etterspørsel etter helium-3 i dag, tror fysikere at de vil tjene som det ideelle drivstoffet for fusjonsreaktorer.

Solens solvind bærer helium-3 vekk fra solen og ut i verdensrommet - etter hvert helt ut av solsystemet. Men helium-3-partiklene kan krasje inn i gjenstander som kommer i veien, som månen. Forskere har ikke klart å finne noen kilder til helium-3 her på jorden, men det ser ut til å være på månen i enorme mengder.

Fordeler:

Fra et kommersielt og vitenskapelig synspunkt er det flere grunner til at månedrift vil være gunstig for menneskeheten. For det første vil det være helt avgjørende for alle planer om å bygge et bebyggelse på Månen, ettersom ressursutnyttelse in situ (ISRU) ville være langt mer kostnadseffektivt enn å transportere materialer fra Jorden.

Det er også spådd at den foreslåtte romutforskningsinnsatsen for det 21. århundre vil kreve store mengder materiell. Det som er utvunnet på Månen, vil bli lansert i verdensrommet til en brøkdel av kostnadene for det som er utvunnet her på Jorden, på grunn av Månens mye lavere tyngdekraft og rømningshastighet.

I tillegg har månen en overflod av råvarer som menneskeheten er avhengig av. På samme måte som Jorden, er den sammensatt av silikatbergarter og metaller som er differensiert mellom et geokjemisk forskjellige lag. Disse består av er jernrik indre kjerne, og jernrik flytende ytre kjerne, et delvis smeltet grenselag og en solid mantel og skorpe.

I tillegg har det vært kjent at en månebase - som vil omfatte ressursoperasjoner - ville være en velsignelse for oppdrag lenger inn i solsystemet. For oppdrag på vei til Mars de kommende tiårene, det ytre solsystemet, eller til og med Venus og Merkur, ville muligheten for å bli levert på nytt fra en månepostpost redusere kostnadene for individuelle oppdrag drastisk.

Utfordringer:

Naturligvis gir utsiktene til å etablere gruveinteresser på Månen også noen alvorlige utfordringer. For eksempel vil enhver base på månen måtte beskyttes mot overflatetemperaturer, som varierer fra veldig lav til høy - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) til 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - ved ekvator og gjennomsnittlig 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) i de polare områdene.

Stråleeksponering er også et problem. På grunn av den ekstremt tynne atmosfæren og mangelen på magnetfelt, opplever måneflaten halvparten så mye stråling som et objekt i det interplanetiske rommet. Dette betyr at astronauter og / eller månearbeidere vil ha en høy risiko for eksponering for kosmiske stråler, protoner fra solvind, og strålingen forårsaket av solens bluss.

Så er det Månestøvet, som er et ekstremt slitende glassaktig stoff som er dannet av milliarder av år med mikrometeorittpåvirkning på overflaten. På grunn av fravær av forvitring og erosjon, er månestøv ubegrunnet og kan spille ødeleggelse med maskiner, og utgjør en helsefare. Verst av alt, holder det fast ved alt det berører, og var en stor plage for Apollo-mannskapene!

Og mens den lavere tyngdekraften er attraktiv når det gjelder oppskytninger, er det uklart hva de langsiktige helseeffektene av det vil ha på mennesker. Som gjentatt forskning har vist, forårsaker eksponering for null-tyngdekraften over månedelange perioder muskeldegenerasjon og tap av bentetthet, samt nedsatt organfunksjon og et deprimert immunsystem.

I tillegg er det potensielle juridiske hinder som månedrift kan gi. Dette skyldes "traktaten om prinsipper for staters aktiviteter i utforskning og bruk av det ytre rom, inkludert månen og andre himmellegemer" - også kjent som "Den ytre romtraktaten". I samsvar med denne traktaten, som er overvåket av FNs kontor for romfartssaker, har ingen nasjoner lov til å eie land på månen.

Og selv om det har vært rikelig med spekulasjoner om et “smutthull” som ikke uttrykkelig forbyr privat eie, er det ingen juridisk enighet om dette. Ettersom måneforsøk og gruvedrift blir mer av en mulighet, vil det måtte utarbeides et juridisk rammeverk som sikrer at alt er oppe og oppover.

Selv om det kan være langt unna, er det ikke urimelig å tro at vi en dag kunne gruve månen. Og med de rike tilførselene av metaller (som inkluderer REM) som blir en del av økonomien vår, kan vi se på en fremtid preget av knapphet!

Vi har skrevet mange artikler om månedrift og kolonisering her på Space Magazine. Her var hvem var de første mennene på månen ?, Hva var de første månelandingene ?, Hvor mange mennesker har gått på månen ?, Kan du kjøpe land på månen ?, og bygge en romfartsbase, del 1: Hvorfor mine på Månen eller en asteroide?

For mer informasjon, husk å sjekke denne infografien på Moon Mining fra NASAs Jet Propulsion Laboratory.

Astronomy Cast har også noen interessante episoder om emnet. Hør her - Episode 17: Hvor kom månen fra? og avsnitt 113: Månen - del I.

kilder: