Odkąd zaczęliśmy wysyłać misje z załogą na Księżyc, ludzie marzyli o dniu, w którym moglibyśmy je kiedyś skolonizować. Wyobraź sobie osadę na powierzchni Księżyca, w której wszyscy czują się ciągle tylko około 15% tak ciężcy jak na Ziemi. A w wolnym czasie koloniści odbywają wszelkiego rodzaju fajne wędrówki badawcze po powierzchni w księżycowych łazikach. Muszę przyznać, że to brzmi zabawnie!
Niedawno zaproponowano pomysł poszukiwania i wydobywania na Księżycu. Wynika to częściowo z ponownej eksploracji kosmosu, ale także z rozwoju prywatnych firm lotniczych i przemysłu NewSpace. Biorąc pod uwagę misje związane z planami Księżyca na nadchodzące lata i dziesięciolecia, logiczne wydaje się myślenie o tym, jak moglibyśmy założyć tam górnictwo i inne branże?
Proponowane metody:
Przedstawiono kilka propozycji ustanowienia operacji wydobywczych na Księżycu; początkowo przez agencje kosmiczne, takie jak NASA, a ostatnio przez prywatne interesy. Wiele najwcześniejszych propozycji miało miejsce w latach 50. XX wieku, w odpowiedzi na Wyścig Kosmiczny, w którym kolonia księżycowa była logicznym wynikiem eksploracji Księżyca.
Na przykład w 1954 r. Arthur C. Clarke zaproponował bazę księżycową, w której nadmuchiwane moduły zostały pokryte pyłem księżycowym w celu izolacji, a komunikację zapewniał nadmuchiwany maszt radiowy. W 1959 r. John S. Rinehart - dyrektor Laboratorium Badawczego Górnictwa w Colorado School of Mines - zaproponował rurową podstawę, która „unosiłaby się” po powierzchni.
Od tego czasu NASA, armia USA i siły powietrzne oraz inne agencje kosmiczne przedstawiły propozycje utworzenia księżycowej osady. We wszystkich przypadkach plany te zawierały rezerwy na wykorzystanie zasobów, aby baza była jak najbardziej samowystarczalna. Plany te były jednak wcześniejsze niż program Apollo i zostały w dużej mierze porzucone po jego zakończeniu. Dopiero w ostatnich dziesięcioleciach ponownie przedstawiono szczegółowe propozycje.
Na przykład podczas administracji Busha (2001-2009) NASA zapewniła możliwość stworzenia „księżycowej placówki”. Zgodnie z ich wizją eksploracji kosmosu (2004) plan wezwał do budowy bazy na Księżycu w latach 2019-2024. Jednym z kluczowych aspektów tego planu było zastosowanie technik ISRU do produkcji tlenu z otaczającego regolitu.
Plany te zostały anulowane przez administrację Obamy i zastąpione planem misji Mars Direct (znanej jako „Podróż na Marsa” NASA). Jednak podczas warsztatów w 2014 r. Przedstawiciele NASA spotkali się z genetykiem Harvardu George'em Churchiem, Peterem Diamandisem z X Prize Foundation i innymi ekspertami w celu omówienia tanich opcji powrotu na Księżyc.
Artykuły warsztatowe, które zostały opublikowane w specjalnym numerze Nowa przestrzeń, opisz, jak można zbudować osadę na Księżycu do 2022 r. za jedyne 10 mld USD. Według ich artykułów, niska cena bazy byłaby możliwa dzięki rozwojowi działalności związanej z uruchomieniem kosmosu, pojawieniem się branży NewSpace, drukowania 3D, autonomicznych robotów i innych niedawno opracowanych technologii.
W grudniu 2015 r. W Europejskim Centrum Badań i Technologii Kosmicznych odbyło się międzynarodowe sympozjum zatytułowane „Księżyc 2020–2030 - Nowa era skoordynowanej eksploracji ludzi i robotów”. W tym czasie nowy dyrektor generalny ESA (Jan Woerner) wyraził chęć agencji stworzenia międzynarodowej bazy księżycowej przy użyciu robotów, technik drukowania 3D i wykorzystania zasobów in situ.
W 2010 r. NASA ustanowiła Robotic Mining Competition, coroczny konkurs motywacyjny, w ramach którego studenci uniwersytetu projektują i budują roboty do nawigacji w symulowanym środowisku marsjańskim. Jednym z najważniejszych aspektów konkursu jest tworzenie robotów, które mogą polegać na ISRU w przekształcaniu lokalnych zasobów w użyteczne materiały. Wytworzone aplikacje będą prawdopodobnie przydatne podczas przyszłych misji księżycowych.
Inne agencje kosmiczne również mają plany dotyczące baz księżycowych w nadchodzących dziesięcioleciach. Rosyjska agencja kosmiczna (Roscosmos) wydała plany budowy bazy księżycowej do 2020 roku, a Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna (CNSA) zaproponowała budowę takiej bazy w podobnym czasie, dzięki sukcesowi programu Chang'e.
A przemysł NewSpace ostatnio produkuje ciekawe propozycje. W 2010 r. Grupa przedsiębiorców z Doliny Krzemowej zjednoczyła się, aby stworzyć Moon Express, prywatną firmę, która planuje oferować komercyjne usługi transportu księżycowego i usług danych, a także długoterminowy cel wydobycia Księżyca. W grudniu 2015 roku stali się pierwszą firmą konkurującą o X Lunar Prize, która zbudowała i przetestowała robot-lądownik - MX-1.
W 2010 r. Uruchomiono Arkyd Astronautics (przemianowaną na Planetary Resources w 2012 r.) W celu opracowywania i wdrażania technologii dla górnictwa asteroid. W 2013 roku powstało Deep Space Industries z myślą o tym samym celu. Chociaż firmy te koncentrują się głównie na asteroidach, ich atrakcyjność jest bardzo podobna do wydobywania księżycowego - co rozszerza bazę zasobów ludzkości poza Ziemię.
Zasoby:
Na podstawie badań skał księżycowych, które zostały sprowadzone przez misje Apollo, naukowcy dowiedzieli się, że powierzchnia Księżyca jest bogata w minerały. Ich ogólny skład zależy od tego, czy skały pochodziły z Księżycowej Marii (duże, ciemne, bazaltowe równiny powstałe z erupcji Księżyca), czy z wyżyn księżycowych.
Skały otrzymane z Księżycowej Marii wykazały duże ślady metali, z 14,9% tlenku glinu (Al²O³), 11,8% tlenku wapnia (wapno), 14,1% tlenku żelaza, 9,2% magnezji (MgO), 3,9% dwutlenku tytanu (TiO²) i 0,6% sodu tlenek (Na²O). Te otrzymane z wyżyn księżycowych mają podobny skład, z 24,0% tlenkiem glinu, 15,9% wapna, 5,9% tlenku żelaza, 7,5% magnezji i 0,6% dwutlenku tytanu i tlenku sodu.
Te same badania wykazały, że skały księżycowe zawierają duże ilości tlenu, głównie w postaci utlenionych minerałów. Przeprowadzono eksperymenty, które pokazały, w jaki sposób tlen można wydobyć, aby zapewnić astronautom powietrze do oddychania, i można je wykorzystać do wytwarzania wody, a nawet paliwa rakietowego.
Księżyc ma również stężenia metali ziem rzadkich (REM), które są atrakcyjne z dwóch powodów. Z jednej strony REM stają się coraz ważniejsze dla światowej gospodarki, ponieważ są szeroko stosowane w urządzeniach elektronicznych. Z drugiej strony 90% obecnych rezerw REM jest kontrolowanych przez Chiny; więc stały dostęp do zewnętrznego źródła jest przez niektórych postrzegany jako kwestia bezpieczeństwa narodowego.
Podobnie Księżyc ma znaczne ilości wody zawartej w swoim księżycowym regolicie i na stale zacienionych obszarach w północnych i południowych regionach polarnych. Woda ta byłaby również cenna jako źródło paliwa rakietowego, nie mówiąc już o wodzie pitnej dla astronautów.
Ponadto skały księżycowe ujawniły, że wnętrze Księżyca może również zawierać znaczące źródła wody. Z próbek gleby księżycowej oblicza się, że zaadsorbowana woda mogłaby istnieć przy śladowych stężeniach od 10 do 1000 części na milion. Początkowo było jednak tak, że stężenia wody w skałach księżycowych były wynikiem zanieczyszczenia.
Ale od tego czasu wiele misji nie tylko znalazło próbki wody na powierzchni Księżyca, ale ujawniło dowody skąd pochodzi. Pierwszy był w Indiach Chandrayaan-1 misję, która wysłała impaktor na powierzchnię Księżyca 18 listopada 2008 r. Podczas 25-minutowego zejścia badacz Chandra, badacz składu wysokościowego (CHACE), znalazł ślady wody w cienkiej atmosferze Księżyca.
W marcu 2010 r. Na pokładzie przyrządu Mini-RF Chandrayaan-1 odkrył ponad 40 trwale zaciemnionych kraterów w pobliżu bieguna północnego Księżyca, które, jak się przypuszcza, zawierają aż 600 milionów ton metrycznych (661,387 milionów ton amerykańskich) lodu wodnego.
W listopadzie 2009 r. Sonda kosmiczna NASA LCROSS dokonała podobnych odkryć wokół południowego regionu polarnego, jako impaktor wysłany na powierzchnię wyrzucił materiał zawierający krystaliczną wodę. W 2012 r. Badania przeprowadzone przez Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) wykazały, że lód stanowi do 22% materiału na dnie krateru Shakleton (znajdującego się w południowym regionie polarnym).
Teoretyzowano, że cała ta woda była dostarczana przez kombinację mechanizmów. Po pierwsze, regularne bombardowanie wodonośnymi kometami, asteroidami i meteoroidami w geologicznych skalach czasowych mogło zdeponować wiele z nich. Argumentowano również, że jest wytwarzany lokalnie przez jony wodoru wiatru słonecznego w połączeniu z minerałami zawierającymi tlen.
Ale być może najcenniejszym towarem na powierzchni Księżyca może być hel-3. Hel-3 jest atomem emitowanym przez Słońce w ogromnych ilościach i jest produktem ubocznym reakcji fuzji zachodzących w jego wnętrzu. Chociaż dziś zapotrzebowanie na hel-3 jest niewielkie, fizycy uważają, że będą one stanowić idealne paliwo do reaktorów termojądrowych.
Wiatr słoneczny Słońca unosi hel-3 od Słońca w kosmos - ostatecznie całkowicie z Układu Słonecznego. Ale cząsteczki helu-3 mogą zderzyć się z obiektami, które staną im na drodze, jak Księżyc. Naukowcy nie byli w stanie znaleźć żadnych źródeł helu-3 tutaj na Ziemi, ale wydaje się, że znajdują się na Księżycu w ogromnych ilościach.
Korzyści:
Z komercyjnego i naukowego punktu widzenia istnieje kilka powodów, dla których wydobycie Księżyca byłoby korzystne dla ludzkości. Po pierwsze, absolutnie niezbędne jest, aby wszelkie plany budowy osady na Księżycu, ponieważ wykorzystanie zasobów in situ (ISRU) byłoby znacznie bardziej opłacalne niż transport materiałów z Ziemi.
Przewiduje się również, że proponowane wysiłki eksploracji przestrzeni kosmicznej w XXI wieku będą wymagały dużych ilości materiałów. To, co wydobywa się na Księżycu, zostałoby wystrzelone w kosmos za ułamek ceny tego, co wydobywa się tutaj na Ziemi, z powodu znacznie niższej grawitacji Księżyca i prędkości ucieczki.
Ponadto Księżyc ma mnóstwo surowców, na których opiera się ludzkość. Podobnie jak Ziemia, składa się ze skał krzemianowych i metali, które są zróżnicowane między geochemicznie odrębnymi warstwami. Składają się one z bogatego w żelazo rdzenia wewnętrznego i bogatego w żelazo płynnego rdzenia zewnętrznego, częściowo stopionej warstwy granicznej oraz litego płaszcza i skorupy.
Ponadto od pewnego czasu wiadomo, że baza księżycowa - która obejmowałaby operacje na zasobach - byłaby dobrodziejstwem dla misji znajdujących się dalej w Układzie Słonecznym. W przypadku misji zmierzających na Marsa w nadchodzących dekadach, do zewnętrznego Układu Słonecznego, a nawet Wenus i Merkurego, możliwość ponownego zaopatrzenia się w księżycową placówkę znacznie obniżyłaby koszty poszczególnych misji.
Wyzwania:
Oczywiście perspektywa ustanowienia interesów wydobywczych na Księżycu stanowi również poważne wyzwanie. Na przykład każda baza na Księżycu musiałaby być chroniona przed temperaturami powierzchni, które wahają się od bardzo niskich do wysokich - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) do 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - na równiku i średnio 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) w regionach polarnych.
Problem stanowi także narażenie na promieniowanie. Ze względu na wyjątkowo cienką atmosferę i brak pola magnetycznego, powierzchnia Księżyca doświadcza o połowę mniej promieniowania niż obiekt w przestrzeni międzyplanetarnej. Oznacza to, że astronauci i / lub pracownicy księżycowi byliby narażeni na wysokie ryzyko narażenia na promieniowanie kosmiczne, protony z wiatru słonecznego i promieniowanie wywołane rozbłyskami słonecznymi.
Potem jest pył księżycowy, który jest niezwykle ścierną szklistą substancją, która powstała przez miliardy lat uderzeń mikrometeorytu na powierzchnię. Z powodu braku warunków atmosferycznych i erozji pył księżycowy jest nieuziemiony i może siać spustoszenie w maszynach, co stwarza zagrożenie dla zdrowia. Co najgorsze, jego przyczepność do wszystkiego, czego dotyka, była poważnym utrapieniem dla załóg Apollo!
I choć niższa grawitacja jest atrakcyjna, jeśli chodzi o premiery, nie jest jasne, jakie będą długoterminowe skutki zdrowotne dla ludzi. Jak wykazały wielokrotne badania, narażenie na zerową grawitację przez okresy miesięczne powoduje zwyrodnienie mięśni i utratę gęstości kości, a także pogorszenie funkcji narządów i osłabiony układ odpornościowy.
Ponadto istnieją potencjalne przeszkody prawne, jakie może powodować wydobycie księżycowe. Wynika to z „Traktatu o zasadach rządzących działalnością państw w eksploracji i użytkowaniu przestrzeni kosmicznej, w tym Księżyca i innych ciał niebieskich” - znanego również jako „Traktat o przestrzeni kosmicznej”. Zgodnie z tym traktatem, nadzorowanym przez Biuro ONZ ds. Kosmosu, żaden naród nie może posiadać ziemi na Księżycu.
I choć pojawiło się wiele spekulacji na temat „luki prawnej”, która nie zabrania wyraźnie własności prywatnej, nie ma w tym zakresie konsensusu prawnego. W związku z tym, że poszukiwania i wydobycie Księżyca stają się coraz bardziej prawdopodobne, należy opracować ramy prawne, które zapewnią, że wszystko będzie rosło.
Choć może to być daleka odległość, nie jest nierozsądne myśleć, że pewnego dnia moglibyśmy wydobywać Księżyc. A ponieważ bogate zapasy metali (w tym REM) stają się częścią naszej gospodarki, możemy patrzeć w przyszłość charakteryzującą się niedoborem!
Napisaliśmy wiele artykułów na temat wydobywania i kolonizacji Księżyca tutaj w Space Magazine. Oto, kim byli pierwsi ludzie na Księżycu ?, Jakie były pierwsze lądowania na Księżycu ?, Ile osób chodziło po Księżycu ?, Czy można kupić ziemię na Księżycu? I budowanie kosmicznej bazy, część 1: Dlaczego warto? Księżyc czy asteroida?
Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z tą infografiką dotyczącą Moon Mining z NASA Jet Jet Propulsion Laboratory.
Astronomy Obsada ma również kilka interesujących odcinków na ten temat. Posłuchaj tutaj - Odcinek 17: Skąd wziął się księżyc? i Odcinek 113: Księżyc - część I.
Źródła:
- NASA: Eksploracja Układu Słonecznego - Księżyc Ziemi
- NASA - Symulacja ekstrakcji helu 3 z księżycowego ilmenitu
- Wikipedia - Księżyc
- Wikipedia - Kolonizacja Księżyca
