HVAD ER MOON MINING?

Send

Lige siden vi begyndte at sende besætningsopgaver til Månen, har folk drømt om den dag, hvor vi måske en dag koloniserer den. Forestil dig en bygning på månens overflade, hvor alle konstant føler sig kun omkring 15% så tunge som de gør her på Jorden. Og på deres fritid får kolonisterne til at foretage alle former for sej forskningstrek over overfladen i månens rover. Må indrømme, det lyder sjovt!

For nylig er ideen om efterforskning og minedrift på Månen blevet foreslået. Dette skyldes delvist fornyelse af efterforskning af rummet, men også stigningen i private luftfartsselskaber og NewSpace-industrien. Med missioner til Måneplanerne 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 fremsat flere forslag til etablering af minedrift på Månen; oprindeligt af rumbureauer som NASA, men for nylig af private interesser. Mange af de tidligste forslag fandt sted i 1950'erne som svar på Space Race, som så en månekoloni som et logisk resultat af månens efterforskning.

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

Siden den tid har NASA, den amerikanske hær og luftvåben og andre rumfartsagenturer udsendt forslag om oprettelse af en måneforligning. I alle tilfælde indeholdt disse planer kvoter for ressourceudnyttelse for at gøre basen så selvforsynende som muligt. Disse planer foregik imidlertid Apollo-programmet og blev i vid udstrækning opgivet efter dens indgåelse. Det er kun i de sidste par årtier, at der igen er fremsat detaljerede forslag.

Under Bush-administrationen (2001-2009) indbragte NASA for eksempel muligheden for at skabe en ”månens forpost”. I overensstemmelse med deres Vision for Space Exploration (2004) opfordrede planen til opførelse af en base på Månen mellem 2019 og 2024. Et af de vigtigste aspekter af denne plan var brugen af ISRU-teknikker til fremstilling af ilt fra den omgivende regolit.

Disse planer blev annulleret af Obama-administrationen og erstattet med en plan for en Mars Direct-mission (kendt som NASAs "Rejse til Mars"). Under et workshop i 2014 mødtes repræsentanter fra NASA imidlertid med Harvard-genetikeren George Church, Peter Diamandis fra X Prize Foundation og andre eksperter for at diskutere muligheder for at vende tilbage til Månen.

Værkstedspapirerne, der blev offentliggjort i en særlig udgave af Nyt rum, beskriv hvordan en bygning kunne bygges på Månen i 2022 for kun 10 milliarder USD. Ifølge deres papirer ville en billig pris være mulig takket være udviklingen af rumlanceringsvirksomheden, fremkomsten af NewSpace-industrien, 3D-udskrivning, autonome robotter og andre nyligt udviklede teknologier.

I december 2015 fandt et internationalt symposium med titlen “Månen 2020-2030 - En ny æra af koordineret menneskelig og robotisk efterforskning” sted ud af Det Europæiske Rumforsknings- og Teknologicenter. På det tidspunkt udtrykte den nye generaldirektør for ESA (Jan Woerner) agenturets ønske om at skabe en international månebase ved hjælp af robotarbejdere, 3D-udskrivningsteknikker og ressourceudnyttelse på stedet.

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

Andre rumfartsbureauer har også planer for månebaser i de kommende årtier. Det russiske rumfartsagentur (Roscosmos) har udstedt planer om at bygge en månebase i 2020'erne, og Kinas nationale rumfartsagentur (CNSA) foreslog at bygge en sådan base på en lignende tidsramme takket være succes med sit Chang'e-program.

Og NewSpace-industrien har også produceret nogle interessante forslag sent. I 2010 mødtes en gruppe af Silicon Valley-iværksættere for at oprette Moon Express, et privat firma, der planlægger at tilbyde kommerciel månens robottransport og datatjenester, såvel som det langsigtede mål for udvinding af Månen. I december 2015 blev de det første firma, der konkurrerede om Lunar X-prisen for at bygge og teste en robotlander - MX-1.

I 2010 blev Arkyd Astronautics (omdøbt Planetary Resources i 2012) lanceret med det formål at udvikle og implementere teknologier til asteroidminedrift. I 2013 blev Deep Space Industries dannet med det samme formål i tankerne. Selvom disse virksomheder overvejende er koncentreret om asteroider, er appellen stort set den samme som månemynning - som udvider menneskehedens ressourcebase ud over Jorden.

Ressourcer:

Baseret på undersøgelsen af månebjerge, som blev bragt tilbage af Apollo-missionerne, har forskere lært, at månens overflade er rig på mineraler. Deres samlede sammensætning afhænger af, om klipperne stammede fra månemaria (store, mørke, basaltiske sletter dannet fra månens udbrud) eller månens højland.

Bergarter opnået fra månemaria viste store spor af metaller med 14,9% aluminiumoxid (Al²O³), 11,8% calciumoxid (kalk), 14,1% jernoxid, 9,2% magnesiumoxid (MgO), 3,9% titandioxid (TiO²) og 0,6% natrium oxid (Na20). De, der er opnået fra månens højland, er ens sammensætning med 24,0% aluminiumoxid, 15,9% kalk, 5,9% jernoxid, 7,5% magnesia og 0,6% titandioxid og natriumoxid.

Disse samme undersøgelser har vist, at månebergene indeholder store mængder ilt, overvejende i form af oxiderede mineraler. Der er udført eksperimenter, der har vist, hvordan dette ilt kunne udvindes for at give astronauter åndbar luft og kunne bruges til at fremstille vand og endda raketbrændstof.

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

Tilsvarende har Månen betydelige mængder vand indeholdt i sin månegregolit og i de permanent skyggede områder i dets nord- og sydpolarregioner. Dette vand vil også være værdifuldt som en kilde til raketbrændstof, for ikke at nævne drikkevand til astronauter.

Derudover har måneklipper afsløret, at Månens indre også kan indeholde betydelige vandkilder. Og ud fra prøver af månens jord beregnes det, at adsorberet vand kunne eksistere i sporkoncentrationer på 10 til 1000 dele pr. Million. Oprindeligt var det dog, at koncentrationer af vand i månebjælkerne var resultatet af forurening.

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

I marts 2010 var Mini-RF-instrumentet ombord Chandrayaan-1 opdagede mere end 40 permanent mørklagte kratre nær Månens nordpol, der antages at indeholde så meget som 600 millioner metriske ton (661.387 millioner amerikanske ton) vand-is.

I november 2009 fandt NASA LCROSS-rumssonden lignende fund rundt om det sydlige polare område, da det blev sendt til en overflade til en overflademateriale, der viste sig at indeholde krystallinsk vand. I 2012 afslørede undersøgelser foretaget af Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), at is udgør op til 22% af materialet på gulvet i Shakleton-krateret (beliggende i den sydlige polare region).

Det er blevet teoretiseret, at alt dette vand blev leveret ved en kombination af mekanismer. For det første kunne regelmæssig bombardement af vandbærende kometer, asteroider og meteoroider over geologiske tidsrum have deponeret meget af det. Det er også blevet argumenteret for, at det produceres lokalt af brintionerne i solvind, der kombineres med iltholdende mineraler.

Men måske er den mest værdifulde vare på Månens overflade helium-3. Helium-3 er et atom, der udsendes af solen i enorme mængder, og er et biprodukt af fusionsreaktionerne, der finder sted inde. Selvom der i dag er lidt efterspørgsel efter helium-3, tror fysikere, at de vil tjene 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 gå ned i genstande, der kommer i vejen, som månen. Forskere har ikke været i stand til at 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 er der flere grunde til, at månedrift ville være gavnlig for menneskeheden. Til at begynde med er det absolut nødvendigt med planer om at opføre en bygning på Månen, da ressourceudnyttelse in situ (ISRU) ville være langt mere omkostningseffektiv end at transportere materialer fra Jorden.

Det er også forudsagt, at de foreslåede rumundersøgelsesbestræbelser i det 21. århundrede vil kræve store mængder materiale. Det, der udvindes på Månen, ville blive lanceret i rummet til en brøkdel af prisen for det, der udvindes her på Jorden, på grund af Månens meget lavere tyngdekraft og flugthastighed.

Derudover har Månen en overflod af råvarer, som menneskeheden er afhængig af. Ligesom Jorden er den sammensat af silikatklipper og metaller, der er differentieret mellem et geokemisk adskilte lag. Disse består af en jernrig indre kerne og en jernrig fluid ydre kerne, et delvist smeltet grænselag og en fast mantel og skorpe.

Derudover er det blevet erkendt i nogen tid, at en månebase - som ville omfatte ressourceoperationer - ville være en velsignelse for missioner længere ind i solsystemet. For missioner, der kører mod Mars i de kommende årtier, det ydre solsystem, eller endda Venus og Merkur, ville muligheden for at blive leveret tilbage fra en måneforpost reducere omkostningerne ved individuelle missioner drastisk.

Udfordringer:

Udsigten til at etablere mineinteresser på Månen giver naturligvis også nogle alvorlige udfordringer. For eksempel skal enhver base på Månen være beskyttet mod overfladetemperaturer, der 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 de polare områder.

Strålingseksponering er også et problem. På grund af den ekstremt tynde atmosfære og manglen på magnetfelt oplever månens overflade halvt så meget stråling som et objekt i det interplanetiske rum. Dette betyder, at astronauter og / eller månearbejdere ville have en høj risiko for udsættelse for kosmiske stråler, protoner fra solvind og stråling forårsaget af solfakler.

Så er der Månestøvet, som er et ekstremt slibende glasagtig stof, der er dannet af milliarder af år med mikrometeoritpåvirkning på overfladen. På grund af fraværet af forvitring og erosion er månestøv ubegrundet og kan lege kaos med maskiner og udgør en sundhedsfare. Det værste af alt er, at det holder fast ved alt, hvad det berører, og var en stor gener for Apollo-besætningerne!

Og selvom den lavere tyngdekraft er attraktiv for lanceringer, er det uklart, hvad de langsigtede sundhedsmæssige virkninger af det vil have på mennesker. Som gentagen undersøgelse har vist, forårsager eksponering for nul-tyngdekraft over måneder lange perioder muskeldegenerering og tab af knogletæthed samt nedsat organfunktion og et deprimeret immunsystem.

Derudover er der de potentielle juridiske forhindringer, som månebrug kan give. Dette skyldes "traktaten om principper for staternes aktiviteter i efterforskning og anvendelse af det ydre rum, herunder månen og andre himmellegemer" - også kendt som "det ydre rumstraktat". I overensstemmelse med denne traktat, der overvåges af De Forenede Nationers Kontor for Ydre Rumanliggender, er det ikke tilladt for nogen nation at eje jord på Månen.

Og selvom der har været masser af spekulationer om et ”smuthul”, som ikke udtrykkeligt forbyder privat ejerskab, er der ingen juridisk enighed om dette. Som måneformulering og minedrift bliver mere af en mulighed, skal der udarbejdes en juridisk ramme, der sikrer, at alt er op og op.

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

Vi har skrevet mange artikler om månedrift og kolonisering her på Space Magazine. Her var hvem var de første mænd på månen ?, Hvad var de første månelandinger ?, Hvor mange mennesker har gået på månen ?, Kan du købe jord på månen? Månen eller en asteroide?

For mere information, skal du tjekke denne infografik på Moon Mining fra NASAs Jet Propulsion Laboratory.

Astronomy Cast har også nogle interessante episoder om emnet. Lyt her - Afsnit 17: Hvor kom månen fra? og afsnit 113: Månen - del I.

Kilder: