Fremtiden for månedrift

Lige siden vi begyndte at sende besætningsmissioner til månen, mennesker har drømt om den dag, hvor vi måske en dag koloniserer det. Tænk engang, en bosættelse på månens overflade, hvor alle konstant kun føler sig omkring 15% så tunge som de gør her på Jorden. Og i fritiden, kolonisterne får lov at lave alle slags seje forskningsture over overfladen i månens rovere. Må indrømme, det lyder sjovt!

For nylig, ideen om efterforskning og minedrift på månen er blevet foreslået. Dette skyldes til dels fornyet rumforskning, men også fremkomsten af ​​private luftfartsvirksomheder og NewSpace -industrien. Med missioner til månens skemaer for de kommende år og årtier, virker det logisk at tænke på, hvordan vi også kan oprette minedrift og andre industrier der?

Foreslåede metoder

Der er blevet fremsat flere forslag til etablering af minedrift på månen; oprindeligt af rumorganisationer som NASA, men for nylig af private interesser. Mange af de tidligste forslag fandt sted i løbet af 1950'erne, som svar på Space Race, som så en månekoloni som et logisk resultat af månens udforskning.

For eksempel, i 1954 foreslog Arthur C. Clarke en månebase, hvor oppustelige moduler var dækket af månestøv til isolering og kommunikation blev leveret af en oppustelig radiomast. Og i 1959, John S. Rinehart - direktøren for Mining Research Laboratory ved Colorado School of Mines - foreslog en rørformet base, der ville "flyde" hen over overfladen.

Siden den gang, NASA, den amerikanske hær og luftvåben, og andre rumfartsorganisationer har udsendt forslag til oprettelse af en månebebyggelse. I alle tilfælde, disse planer indeholdt tillæg til ressourceudnyttelse for at gøre basen så selvforsynende som muligt. Imidlertid, disse planer forud for Apollo -programmet, og blev stort set opgivet efter dens konklusion. Det har først været i de sidste årtier, at der endnu engang er kommet detaljerede forslag.

For eksempel, under Bush-administrationen (2001-2009), NASA fik mulighed for at oprette en "månens forpost". I overensstemmelse med deres Vision for Space Exploration (2004), planen opfordrede til opførelse af en base på månen mellem 2019 og 2024. Et af de centrale aspekter af denne plan var brugen af ​​ISRU -teknikker til at producere ilt fra den omgivende regolith.

Disse planer blev annulleret af Obama -administrationen og erstattet med en plan for en Mars Direct -mission (kendt som NASA's "Journey to Mars"). Imidlertid, under en workshop i 2014, repræsentanter fra NASA mødtes med Harvard genetiker George Church, Peter Diamandis fra X Prize Foundation og andre eksperter for at diskutere billige muligheder for at vende tilbage til månen.

Værkstedspapirerne, som blev offentliggjort i et særnummer af New Space, beskrive, hvordan en bosættelse kunne bygges på månen inden 2022 for kun $ 10 milliarder USD. Ifølge deres papirer, en lavprisbase ville være mulig takket være udviklingen af ​​rumfartsforretningen, fremkomsten af ​​NewSpace -industrien, 3D-udskrivning, autonome robotter, og andre nyligt udviklede teknologier.

I december 2016, et internationalt symposium med titlen "moon 2020-2030-A New Era of Coordinated Human and Robotic Exploration" fandt sted på European Space Research and Technology Center. På det tidspunkt, den nye generaldirektør for ESA (Jan Woerner) formulerede agenturets ønske om at oprette en international månebase ved hjælp af robotarbejdere, 3D-printteknikker, og udnyttelse af ressourcer på stedet.

I 2010, NASA etablerede Robotic Mining Competition, en årlig incitamentsbaseret konkurrence, hvor universitetsstuderende designer og bygger robotter til at navigere i et simuleret Mars-miljø. Et af de vigtigste aspekter ved konkurrencen er at skabe robotter, der kan stole på ISRU for at gøre lokale ressourcer til brugbare materialer. De producerede applikationer vil sandsynligvis også være til brug under fremtidige månemissioner.

Andre rumorganisationer har også planer om månebaser i de kommende årtier. Det russiske rumfartsagentur (Roscosmos) har udsendt planer om at bygge en månebase inden 2020'erne, og China National Space Agency (CNSA) foreslog at bygge en sådan base i en lignende tidsramme, takket være succesen med sit Chang'e -program.

Og NewSpace -industrien har også fremlagt nogle interessante forslag for sent. I 2010, en gruppe af Silicon Valley -iværksættere gik sammen om at oprette moon Express, en privat virksomhed, der planlægger at tilbyde kommerciel månet robotisk transport og datatjenester, såvel som det langsigtede mål med minedrift af månen. I december 2016, de blev det første firma, der konkurrerede om Lunar X-prisen til at bygge og teste en robotlander-MX-1.

I 2010, Arkyd Astronautics (omdøbt til Planetary Resources i 2012) blev lanceret med det formål at udvikle og implementere teknologier til asteroide -minedrift. I 2013, Deep Space Industries blev dannet med det samme formål for øje. Selvom disse virksomheder hovedsageligt fokuserer på asteroider, appellen er meget den samme som månedrift - som udvider menneskehedens ressourcebase ud over Jorden.

Ressourcer

Baseret på undersøgelsen af ​​månens klipper, som blev bragt tilbage af Apollo -missionerne, forskere har lært, at månens overflade er rig på mineraler. Deres samlede sammensætning afhænger af, om klipperne kom fra månens maria (store, mørk, basaltiske sletter dannet ved månens udbrud) eller månens højland.

Klipper hentet fra månens maria viste store spor af metaller, med 14,9% aluminiumoxid (Al²O³), 11,8% calciumoxid (kalk), 14,1% jernoxid, 9,2% magnesia (MgO), 3,9% titandioxid (TiO²) og 0,6% natriumoxid (Na²O). Dem opnået fra månens højland er ens i sammensætning, med 24,0% aluminiumoxid, 15,9% kalk, 5,9% jernoxid, 7,5% magnesia, og 0,6% titandioxid og natriumoxid.

De samme undersøgelser har vist, at månestene indeholder store mængder ilt, overvejende i form af oxiderede mineraler. Der er blevet udført eksperimenter, der har vist, hvordan denne ilt kunne ekstraheres for at give astronauter åndbar luft, og kunne bruges til at lave vand og endda raketbrændstof.

Månen har også koncentrationer af sjældne jordmetaller (REM), som er attraktive af to grunde. På den ene side, REM'er bliver stadig vigtigere for den globale økonomi, da de bruges meget i elektroniske enheder. På den anden side, 90% af de nuværende reserver af REM'er kontrolleres af Kina; så at have en stabil adgang til en ekstern kilde betragtes af nogle som en national sikkerhedssag.

Tilsvarende månen har betydelige mængder vand indeholdt i månens regolith og i de permanent skyggefulde områder i sine nordlige og sydlige polarområder.Dette vand ville også være værdifuldt som kilde til raketbrændstof, for ikke at tale om drikkevand til astronauter.

Ud over, månestene har afsløret, at månens indre også kan indeholde betydelige vandkilder. Og fra prøver af månens jord, det beregnes, at adsorberet vand kunne eksistere ved sporkoncentrationer på 10 til 1000 dele pr. million. I første omgang, det var dog, at koncentrationer af vand i månens klipper var et resultat af forurening.

Men siden den tid, flere missioner har ikke kun fundet prøver af vand på månens overflade, men afslørede beviser for, hvor det kom fra. Den første var Indiens Chandrayaan-1 mission, som sendte en kollisor til månens overflade den 18. november, 2008. Under sin 25 minutters nedstigning, stødproben Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) fandt tegn på vand i månens tynde atmosfære.

I marts 2010, Mini-RF-instrumentet ombord på Chandrayaan-1 opdagede mere end 40 permanent formørkede kratere nær månens nordpol, der antages at indeholde så meget som 600 millioner tons (661.387 millioner amerikanske tons) vand-is.

I november 2009, NASA LCROSS rumsonde gjorde lignende fund omkring det sydlige polarområde, som en slagvæske sendte den til overfladen sparket materiale, der viste sig at indeholde krystallinsk vand. I 2012, undersøgelser foretaget af Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) afslørede, at is udgør op til 22% af materialet på gulvet i Shakleton -krateret (placeret i det sydlige polarområde).

Det er blevet teoretiseret, at alt dette vand blev leveret ved en kombination af mekanismer. For en, regelmæssig bombardement af vandførende kometer, asteroider og meteoroider over geologiske tidsskalaer kunne have deponeret meget af det. Det er også blevet argumenteret for, at det produceres lokalt af hydrogenionerne i solvind kombineret med iltbærende mineraler.

Men den mest værdifulde vare på månens overflade er måske helium-3. Helium-3 er et atom, der udsendes af solen i store mængder, og er et biprodukt af de fusionsreaktioner, der finder sted indeni. Selvom der er ringe efterspørgsel efter helium-3 i dag, fysikere tror, ​​at de vil fungere som det ideelle brændstof til fusionsreaktorer.

Solens solvind bærer helium-3 væk fra solen og ud i rummet-til sidst helt ud af solsystemet. Men helium-3-partiklerne kan styrte ind i genstande, der kommer i vejen for dem, som månen. Forskere har ikke kunnet finde nogen kilder til helium-3 her på jorden, men det ser ud til at være på månen i enorme mængder.

Fordele

Fra et kommercielt og videnskabeligt synspunkt, der er flere grunde til, at månedrift ville være til gavn for menneskeheden. Til at begynde med, det ville være absolut vigtigt for alle planer om at bygge en bosættelse på månen, da in-situ ressourceudnyttelse (ISRU) ville være langt mere omkostningseffektiv end transport af materialer fra Jorden.

Også, det forudsiges, at den foreslåede rumforskningsindsats for det 21. århundrede vil kræve store mængder materiel. Det, der udvindes på månen, ville blive affyret i rummet til en brøkdel af prisen på det, der udvindes her på Jorden, på grund af månens meget lavere tyngdekraft og flugthastighed.

Ud over, månen har en overflod af råvarer, som menneskeheden er afhængig af. Ligesom Jorden, den består af silikatsten og metaller, der er differentieret mellem et geokemisk adskilt lag. Disse består af en jernrig indre kerne, og jernrig væske ydre kerne, et delvist smeltet grænselag, og en solid kappe og skorpe.

Ud over, det har været anerkendt i nogen tid, at en månebase - som ville omfatte ressourceoperationer - ville være en velsignelse for missioner længere ind i solsystemet. For missioner på vej til Mars i de kommende årtier, det ydre solsystem, eller endda Venus og Merkur, evnen til at blive leveret igen fra en månens forpost ville reducere omkostningerne ved individuelle missioner drastisk.

Udfordringer

Naturligt, udsigten til at etablere mineinteresser på månen giver også nogle alvorlige udfordringer. For eksempel, enhver base på månen skulle beskyttes mod overfladetemperaturer, som spænder fra meget lav til høj-100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) til 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F)-ved ækvator og gennemsnit 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) i polarområderne.

Strålingseksponering er også et problem. På grund af den ekstremt tynde atmosfære og mangel på et magnetfelt, månens overflade oplever halvt så meget stråling som et objekt i interplanetarisk rum. Det betyder, at astronauter og/eller månearbejdere vil have stor risiko for at blive udsat for kosmiske stråler, protoner fra solvind, og strålingen forårsaget af solblusser.

Så er der månestøvet, som er et ekstremt slibende glasagtigt stof, der er blevet dannet af milliarder af års mikrometeoritpåvirkninger på overfladen. På grund af fravær af forvitring og erosion, månestøv er ujordet og kan ødelægge maskiner, og udgør en sundhedsfare. Værst af alt, den klæber til alt, hvad den rører ved, og var en stor gene for Apollo -mandskaberne!

Og selvom den lavere tyngdekraft er attraktiv med hensyn til lanceringer, det er uklart, hvad de langsigtede sundhedsmæssige virkninger af det vil have på mennesker. Som gentagen forskning har vist, udsættelse for nul-tyngdekraften over måneder lange perioder forårsager muskulær degeneration og tab af knogletæthed, samt nedsat organfunktion og et deprimeret immunsystem.

Ud over, der er de potentielle juridiske forhindringer, som månemining kan udgøre. Dette skyldes "traktaten om principper for staters aktiviteter i udforskning og brug af det ydre rum, herunder månen og andre himmellegemer " - ellers kendt som" Det ydre rumtraktat ". I overensstemmelse med denne traktat, som er under tilsyn af FN's kontor for ydre rumspørgsmål, ingen nation har lov til at eje jord på månen.

Og selvom der har været masser af spekulationer om et "smuthul", som ikke udtrykkeligt forbyder privat ejerskab, der er ingen juridisk konsensus om dette. Som sådan, efterhånden som måneprospektering og minedrift bliver mere en mulighed, der skal udarbejdes en lovramme, der sikrer, at alt er op og op.

Selvom det kan være langt væk, det er ikke urimeligt at tro, at en dag, vi kunne bryde månen. Og med dens rige forsyninger af metaller (som inkluderer REM) bliver en del af vores økonomi, vi kunne se på en fremtid præget af post-knaphed!