VAD äR MOON MINING?

Send

Ända sedan vi började skicka besättningsuppdrag till månen har människor drömt om dagen då vi kanske en dag skulle kolonisera den. Föreställ dig, en bosättning på månens yta, där alla ständigt känner sig bara cirka 15% lika tunga som på jorden. Och på sin fritid får kolonisterna göra alla typer av coola forskningsvandring över ytan i månskådar. Jag måste erkänna att det låter roligt!

På senare tid har idén om prospektering och gruvdrift på månen föreslagits. Detta beror delvis på förnyad rymdutforskning, men också av privata flygindustriföretag och NewSpace-industrin. Med uppdrag till Månens scheman för de kommande åren och decennierna verkar det logiskt att tänka på hur vi också kan skapa gruv- och andra industrier där?

Föreslagna metoder:

Flera förslag har gjorts för att etablera gruvverksamhet på månen; initialt av rymdbyråer som NASA, men senare av privata intressen. Många av de tidigaste förslagen skedde under 1950-talet, som svar på rymdloppet, som såg en månkoloni som ett logiskt resultat av månutforskningen.

Till exempel föreslog Arthur C. Clarke 1954 en månbasis där uppblåsbara moduler täcktes i måndamm för isolering och kommunikation tillhandahölls av en uppblåsbar radiomast. Och 1959 föreslog John S. Rinehart - chef för gruvforskningslaboratoriet vid Colorado School of Mines - en rörformig bas som skulle "flyta" över ytan.

Sedan den tiden har NASA, den amerikanska armén och flygvapnet och andra rymdbyråer lagt fram förslag om att skapa en månbosättning. I alla fall innehöll dessa planer utsläppsrätter för resursanvändning för att göra basen så självförsörjande som möjligt. Dessa planer föregick emellertid Apollo-programmet och övergavs till stor del efter dess avslutande. Det har bara varit under de senaste decennierna som detaljerade förslag åter har lagts fram.

Under Bush-administrationen (2001–2009) gav NASA till exempel möjligheten att skapa en ”månpost”. I överensstämmelse med deras Vision for Space Exploration (2004) krävde planen byggandet av en bas på månen mellan 2019 och 2024. En av de viktigaste aspekterna av denna plan var användningen av ISRU-tekniker för att producera syre från den omgivande regoliten.

Dessa planer avbröts av Obama-administrationen och ersattes med en plan för ett Mars Direct-uppdrag (känd som NASA: s "Journey to Mars"). Under en workshop 2014 träffade emellertid representanter från NASA Harvard-genetikern George Church, Peter Diamandis från X Prize Foundation och andra experter för att diskutera lågprisalternativ för att återvända till månen.

Verkstadspapperna, som publicerades i en specialutgåva av Nytt utrymme, beskriv hur en bebyggelse kan byggas på månen fram till 2022 för bara 10 miljarder USD. Enligt deras handlingar skulle en lågkostnadsbas vara möjlig tack vare utvecklingen av rymdstartverksamheten, uppkomsten av NewSpace-industrin, 3D-utskrift, autonoma robotar och andra nyutvecklade tekniker.

I december 2015 ägde rum ett internationellt symposium med titeln "Moon 2020-2030 - A New Era of Coordinated Human and Robotic Exploration" vid European Space Research and Technology Center. Vid den tiden formulerade den nya generaldirektören för ESA (Jan Woerner) byråns önskan att skapa en internationell månbas med robotarbetare, 3D-trycktekniker och resursanvändning på plats.

2010 etablerade NASA Robotic Mining Competition, en årlig incitamentbaserad tävling där universitetsstudenter designar och bygger robotar för att navigera i en simulerad Martian-miljö. En av de viktigaste aspekterna av tävlingen är att skapa robotar som kan lita på ISRU för att förvandla lokala resurser till användbara material. De producerade applikationerna kommer sannolikt också att användas under framtida månmissioner.

Andra rymdbyråer har också planer för månbaser under de kommande decennierna. Den ryska rymdorganisationen (Roscosmos) har utfärdat planer för att bygga en månbase fram till 2020-talet, och Kinas nationella rymdorganisation (CNSA) föreslog att bygga en sådan bas inom en liknande tidsram, tack vare framgången med sitt Chang’e-program.

Och NewSpace-industrin har också tagit fram några intressanta förslag på sent. 2010 samlades en grupp av Silicon Valley-företagare för att skapa Moon Express, ett privat företag som planerar att erbjuda kommersiell månrobottransport och datatjänster, liksom det långsiktiga målet att bryta månen. I december 2015 blev de det första företaget som tävlade om Lunar X-priset för att bygga och testa en robotlandare - MX-1.

2010 lanserades Arkyd Astronautics (byttes namn på Planetary Resources 2012) i syfte att utveckla och distribuera teknik för asteroidbrytning. 2013 bildades Deep Space Industries med samma syfte i åtanke. Även om dessa företag huvudsakligen är inriktade på asteroider, är överklagandet ungefär detsamma som månbrytning - vilket utvidgar mänsklighetens resursbas bortom jorden.

Resurser:

Baserat på studien av månklippor, som fördes tillbaka av Apollo-uppdragen, har forskare lärt sig att månens yta är rik på mineraler. Deras övergripande sammansättning beror på om klipporna kom från lunar maria (stora, mörka, basaltiska slätter som bildats från månutbrott) eller månens högländer.

Stenar erhållna från lunar maria visade stora spår av metaller, med 14,9% aluminiumoxid (Al²O³), 11,8% kalciumoxid (kalk), 14,1% järnoxid, 9,2% magnesiumoxid (MgO), 3,9% titandioxid (TiO²) och 0,6% natrium oxid (Na20). De som erhålls från månhöglandet är liknande i sammansättning med 24,0% aluminiumoxid, 15,9% kalk, 5,9% järnoxid, 7,5% magnesiumoxid och 0,6% titandioxid och natriumoxid.

Samma studier har visat att månbergar innehåller stora mängder syre, främst i form av oxiderade mineraler. Experiment har genomförts som har visat hur detta syre kan utvinnas för att ge astronauter andningsbar luft och kan användas för att göra vatten och till och med raketbränsle.

Månen har också koncentrationer av sällsynta jordartsmetaller (REM) som är attraktiva av två skäl. Å ena sidan blir REM allt viktigare för den globala ekonomin, eftersom de används ofta i elektroniska apparater. Å andra sidan kontrolleras 90% av REM: s nuvarande reserver av Kina. så att ha en stadig tillgång till en extern källa betraktas av vissa som en nationell säkerhetsfråga.

På liknande sätt har månen betydande mängder vatten inne i sin månregolit och i de permanent skuggade områdena i dess norra och södra polära regioner. Detta vatten skulle också vara värdefullt som en källa till raketbränsle, för att inte tala om dricksvatten för astronauter.

Månsklippor har dessutom avslöjat att månens inre kan innehålla betydande vattenkällor också. Och från prover av månjord beräknas det att adsorberat vatten kan existera vid spårkoncentrationer på 10 till 1000 delar per miljon. Ursprungligen var det dock att koncentrationer av vatten i månbergarna var resultatet av föroreningar.

Men sedan den tiden har flera uppdrag inte bara hittat vattenprover på månens yta, utan avslöjat bevis på var det kom ifrån. Den första var Indiens Chandrayaan-1 uppdraget, som skickade en kollision till månens yta den 18 november 2008. Under sin 25-minuters nedstigning hittade stödsondens Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) bevis på vatten i Månens tunna atmosfär.

I mars 2010 ombord Mini-RF-instrumentet Chandrayaan-1 upptäckte mer än 40 permanent mörknade kratrar nära Månens nordpol som antas innehålla så mycket som 600 miljoner ton (661.387 miljoner amerikanska ton) vatten-is.

I november 2009 gjorde NASA LCROSS rymdsonde liknande fynd runt södra polära regionen, som en anslagare som den skickade till ytan sparkade upp material som visade sig innehålla kristallint vatten. Under 2012 avslöjade undersökningar utförda av Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) att is utgör upp till 22% av materialet på golvet i Shakleton-krateret (beläget i den södra polära regionen).

Det har teoretiserats att allt detta vatten levererades genom en kombination av mekanismer. För en, regelbundet bombardemang av vattenbärande kometer, asteroider och meteoroider över geologiska tidsskalor kunde ha deponerat mycket av det. Det har också hävdats att det produceras lokalt av vätejonerna i solvinden i kombination med syrehaltiga mineraler.

Men kanske den mest värdefulla varan på månens yta kan vara helium-3. Helium-3 är en atom som släpps ut av solen i enorma mängder och är en biprodukt av fusionsreaktionerna som äger rum inuti. Även om det finns liten efterfrågan på helium-3 idag, tror fysiker att de kommer att fungera som det ideala bränslet för fusionsreaktorer.

Solens solvind bär på sig helium-3 från solen och ut i rymden - så småningom helt ur solsystemet. Men helium-3-partiklarna kan krascha in i föremål som kommer i deras sätt, som månen. Forskare har inte kunnat hitta några källor till helium-3 här på jorden, men det verkar vara på månen i enorma mängder.

Fördelar:

Ur kommersiell och vetenskaplig synvinkel finns det flera skäl till varför månbrytning skulle vara till nytta för mänskligheten. Till att börja med skulle det vara absolut nödvändigt för alla planer på att bygga en bosättning på månen, eftersom resursanvändning in situ (ISRU) skulle vara mycket mer kostnadseffektivt än att transportera material från jorden.

Det förutses också att de föreslagna rymdutforskningsinsatserna för 2000-talet kommer att kräva stora mängder material. Det som bryts på månen skulle släppas ut i rymden till en bråkdel av kostnaden för det som bryts här på jorden, på grund av Månens mycket lägre tyngdkraft och utrymningshastighet.

Dessutom har månen ett överflöd av råvaror som mänskligheten förlitar sig på. Liksom Jorden består den av silikatstenar och metaller som är differentierade mellan geokemiskt distinkta lager. Dessa består av en järnrika inre kärna, och en järnrik vätskekärna, en delvis smält gränslager och en fast mantel och skorpa.

Dessutom har det erkänts under en tid att en månbas - som skulle inkludera resursoperationer - skulle vara en välsignelse för uppdrag längre in i solsystemet. För uppdrag på väg till Mars under de kommande decennierna, det yttre solsystemet, eller till och med Venus och Merkurius, skulle förmågan att återupptas från en månens utpost minska kostnaderna för enskilda uppdrag drastiskt.

Utmaningar:

Naturligtvis har möjligheterna att skapa gruvintressen på månen också några allvarliga utmaningar. Till exempel skulle varje bas på månen behöva skyddas från yttemperaturer, som sträcker sig från mycket lågt till högt - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) till 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - vid ekvatorn och i genomsnitt 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) i de polära regionerna.

Strålningsexponering är också en fråga. På grund av den extremt tunna atmosfären och bristen på magnetfält upplever månens yta hälften så mycket strålning som ett objekt i det interplanetära rymden. Detta innebär att astronauter och / eller månarbetare skulle ha en hög risk för exponering för kosmiska strålar, protoner från solvind och strålning orsakad av solfällningar.

Sedan finns det Moon-dammet, som är ett extremt slipande glasartat ämne som har bildats av miljarder år av mikrometeoritpåverkan på ytan. På grund av frånvaron av förvitring och erosion är måndammet omognt och kan spela förödelse med maskiner och utgör en hälsorisk. Värst av allt, dess stickningar till allt det rör vid, och var en stor olägenhet för Apollo-besättningarna!

Och även om den lägre tyngdkraften är attraktiv när det gäller lanseringar, är det oklart vad de långsiktiga hälsoeffekterna av det kommer att ha på människor. Som upprepad forskning har visat, orsakar exponering för noll-tyngdkraft under månader långa perioder muskeldegeneration och förlust av bentäthet, samt minskad organfunktion och ett deprimerat immunsystem.

Dessutom finns det de potentiella juridiska hinder som månbrytning kan ge. Detta beror på "Fördraget om principer för staternas aktiviteter för utforskning och användning av yttre rymden, inklusive månen och andra himmelska organ" - även känd som "Det yttre rymdfördraget". I enlighet med detta fördrag, som övervakas av FN: s kontor för yttre rymdfrågor, får ingen nation äga mark på månen.

Och även om det har varit många spekulationer om ett "kryphål" som inte uttryckligen förbjuder privat ägande, finns det ingen rättslig konsensus om detta. Eftersom månmålsökning och gruvdrift blir mer av en möjlighet, måste ett rättsligt ramverk utarbetas som säkerställer att allt är upp och upp.

Även om det kan vara långt borta, är det inte orimligt att tro att vi en dag skulle kunna bryta månen. Och med dess rika tillförsel av metaller (som inkluderar REM) som blir en del av vår ekonomi, skulle vi kunna se på en framtid som kännetecknas av efterbrist!

Vi har skrivit många artiklar om månbrytning och kolonisering här på Space Magazine. Här är vem var de första männa på månen ?, Vad var de första månlandningarna ?, Hur många människor har promenerat på månen ?, Kan du köpa mark på månen ?, och bygga en rymdbas, del 1: Varför min på Månen eller en asteroid?

För mer information, se till att kolla in denna infographic på Moon Mining från NASA: s Jet Propulsion Laboratory.

Astronomy Cast har också några intressanta avsnitt om ämnet. Lyssna här - Avsnitt 17: Var kom månen ifrån? och avsnitt 113: Månen - del I.

källor: