Odkar smo na Luno začeli pošiljati posadke v misijo, ljudje sanjamo o dnevu, ko bi ga nekega dne lahko kolonizirali. Zamislite si, naselje na lunini površini, kjer se vsi nenehno počutijo le približno 15% težje kot tukaj na Zemlji. Kolonisti se v prostem času lotijo vseh luštnih raziskovalnih poti po površini v lunarnih roverjih. Moram priznati, zveni zabavno!
Pred kratkim je bila predlagana ideja o iskanju in rudarjenju na Luni. Deloma je to posledica obnovljenega raziskovanja vesolja, pa tudi porasta zasebnih vesoljskih podjetij in industrije NewSpace. Z misijami na razporede Lune za prihodnja leta in desetletja se zdi smiselno razmišljati, kako bi lahko tam postavili tudi rudarstvo in druge industrije?
Predlagani načini:
Za vzpostavitev rudarskih operacij na Luni je bilo več predlogov; sprva vesoljske agencije, kot je NASA, v zadnjem času pa zasebni interesi. Številni najzgodnejši predlogi so bili v petdesetih letih prejšnjega stoletja kot odgovor na vesoljsko dirko, ki je lunarno kolonijo videla kot logičen rezultat raziskovanja lune.
Leta 1954 je na primer Arthur C. Clarke predlagal lunarno osnovo, kjer so napihljivi moduli bili pokriti z lunarnim prahom za izolacijo in komunikacije je zagotavljal napihljiv radijski teleskop. In leta 1959 je John S. Rinehart - direktor raziskovalnega laboratorija za rudarstvo na koloradoški rudniški šoli - predlagal cevasto podlago, ki bi "lebdela" po površini.
Od tega časa so NASA, ameriška vojska in letalstvo ter druge vesoljske agencije izdali predloge za ustanovitev lunarne naselbine. V vseh primerih so ti načrti vsebovali dovoljenja za uporabo virov, da bi bila osnova čim bolj samozadostna. Vendar so bili ti načrti pred programom Apollo in so bili po njegovem zaključku večinoma opuščeni. Šele v zadnjih desetletjih so se znova podali podrobni predlogi.
Na primer, med Bushovo upravo (2001–2009) je NASA omogočila ustvarjanje »lunarne postave«. V skladu z njihovo Vizijo za raziskovanje vesolja (2004) je načrt pozval k izgradnji baze na Luni med letoma 2019 in 2024. Eden ključnih vidikov tega načrta je bila uporaba ISRU tehnik za proizvodnjo kisika iz okoliškega regolita.
Obamova administracija je te načrte preklicala in nadomestila z načrtom misije Mars Direct (znana kot Nasino potovanje na Mars). Vendar pa so se med delavnico leta 2014 predstavniki NASA sestali s harvardskim genetikom Georgeom Churchom, Petrom Diamandisom iz fundacije X Prize in drugimi strokovnjaki, da bi razpravljali o poceni možnostih za vrnitev na Luno.
Prispevki o delavnicah, ki so bili objavljeni v posebni številki Nov prostor, opišite, kako bi lahko na Luni do leta 2022 zgradili naselje za samo 10 milijard USD. Po njihovih prispevkih bi bila poceni osnova možna zahvaljujoč razvoju vesoljskega podjetja, nastanku industrije NewSpace, 3D-tiskanju, avtonomnim robotom in drugim nedavno razvitim tehnologijam.
Decembra 2015 je v Evropskem vesoljskem raziskovalnem in tehnološkem centru potekal mednarodni simpozij z naslovom „Luna 2020–2030 - nova doba usklajenega raziskovanja ljudi in robotov“. Takrat je novi generalni direktor ESA (Jan Woerner) izrazil željo agencije po ustvarjanju mednarodne lunarne baze z uporabo robotskih delavcev, 3D-tiskarske tehnike in uporabe in-situ virov.
Leta 2010 je NASA ustanovila tekmovanje v robotskem rudarstvu, vsakoletno tekmovanje na osnovi spodbud, kjer študentje univerze oblikujejo in izdelujejo robote za krmarjenje po simuliranem marsovskem okolju. Eden najpomembnejših vidikov tekmovanja je ustvarjanje robotov, ki se lahko zanesejo na ISRU in pretvorijo lokalne vire v uporabne materiale. Izdelane aplikacije bodo verjetno uporabne tudi v prihodnjih lunarnih misijah.
Tudi druge vesoljske agencije imajo načrte za lunarne baze v prihodnjih desetletjih. Ruska vesoljska agencija (Roscosmos) je izdala načrte za izgradnjo lunarne baze do leta 2020, Kitajska nacionalna vesoljska agencija (CNSA) pa je zaradi uspeha svojega programa Chang predlagala gradnjo takšne baze v podobnem časovnem okviru.
In industrija NewSpace pozno predstavlja tudi nekaj zanimivih predlogov. Leta 2010 se je skupina podjetnikov iz Silicijeve doline združila in ustvarila zasebno podjetje Moon Express, ki namerava ponuditi komercialni lunarni robotski prevoz in podatkovne storitve, pa tudi dolgoročni cilj rudarjenja Lune. Decembra 2015 so postali prvo podjetje, ki se je potegovalo za nagrado Lunar X za gradnjo in preizkušanje robotskega odstranjevalca - MX-1.
Leta 2010 se je začela Arkyd Astronavtika (leta 2012 preimenovana v Planetarni viri) za razvoj in uvajanje tehnologij za rudarjenje asteroidov. Leta 2013 je bila ustanovljena Deep Space Industries z istim namenom. Čeprav so ta podjetja večinoma osredotočena na asteroide, je privlačnost podobna kot lunarjenje - ki širi človekovo bazo virov zunaj Zemlje.
Viri:
Na podlagi študije lunarnih kamnin, ki so jih prinesle nazaj misije Apollo, so znanstveniki izvedeli, da je lunarna površina bogata z minerali. Njihova celotna sestava je odvisna od tega, ali so kamnine izvirale iz lunarne marije (velike, temne, bazaltne ravnine, nastale iz lunarnih izbruhov) ali od lunarnega visokogorja.
Kamnine, pridobljene iz lunarne marije, so imele velike sledi kovin: 14,9% glinice (Al²O³), 11,8% kalcijevega oksida (apna), 14,1% železovega oksida, 9,2% magnezija (MgO), 3,9% titanovega dioksida (TiO²) in 0,6% natrija oksid (Na2O). Tisti, ki jih dobimo iz lunarnega visokogorja, so po sestavi podobni: 24,0% glinice, 15,9% apna, 5,9% železovega oksida, 7,5% magnezija ter 0,6% titanovega dioksida in natrijevega oksida.
Iste študije so pokazale, da lunarne kamnine vsebujejo velike količine kisika, pretežno v obliki oksidiranih mineralov. Opravljeni so bili poskusi, ki so pokazali, kako se lahko ta kisik črpa, da se astronavtom zagotovi zrak, ki diha, in ga lahko uporabimo za pripravo vode in celo raketnega goriva.
Luna ima tudi koncentracije redkih zemeljskih kovin (REM), ki so privlačne iz dveh razlogov. Po eni strani postajajo REM-ji vse pomembnejši za svetovno gospodarstvo, saj se v elektronskih napravah pogosto uporabljajo. Po drugi strani 90% sedanjih rezerv REM nadzira Kitajska; zato stalen dostop do zunanjega vira nekateri obravnavajo kot vprašanje nacionalne varnosti.
Prav tako ima Luna velike količine vode, ki jo vsebujejo lunarni regoliti in v trajno zasenčenih območjih v severnem in južnem polarnem območju. Ta voda bi bila dragocena tudi kot vir raketnega goriva, če ne omenjamo pitne vode za astronavte.
Poleg tega so lunarne skale razkrile, da lahko tudi notranjost Lune vsebuje pomembne vire vode. In iz vzorcev lunarne zemlje se izračuna, da bi lahko adsorbirana voda obstajala v koncentracijah v sledovih od 10 do 1000 delov na milijon. Sprva je bilo verjetno, da so bile koncentracije vode znotraj luninih kamnin posledica kontaminacije.
Toda od tega časa večkratne misije niso le našle vzorcev vode na lunini površini, ampak so razkrile dokaze, od kod prihaja. Prva je bila Indija Chandrayaan-1 misija, ki je 18. novembra 2008 poslala udarno mizo na lunarno površino. Med 25-minutnim spuščanjem je raziskovalec višinske sestave Chandra's CHACE našel dokaze o vodi v Lunovi tanki atmosferi.
Marca 2010 je bil na krovu instrument Mini-RF Chandrayaan-1 odkrili več kot 40 trajno zatemnjenih kraterjev v bližini Lunovega severnega pola, za katere domneva, da vsebujejo kar 600 milijonov metričnih ton (661.387 milijonov ameriških ton) vodnega ledu.
Novembra 2009 je vesoljska sonda NASA LCROSS naredila podobne najdbe po južnem polarnem območju, saj je kot udarna glava poslala na površino razstreljeni material, za katerega je bilo prikazano, da vsebuje kristalno vodo. Leta 2012 so raziskave, ki jih je izvedel Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), pokazale, da led na tleh kratera Shakleton (ki se nahaja v južnem polarnem območju) predstavlja do 22% materiala.
Teoretizira se, da je bila vsa ta voda dovedena s kombinacijo mehanizmov. Na primer, redno obstreljevanje kometov z vodo, asteroidov in meteoroidov v geoloških časovnih okvirih bi lahko odložilo velik del tega. Trdimo tudi, da ga lokalno proizvajajo vodikovi ioni sončnega vetra v kombinaciji z minerali, ki vsebujejo kisik.
Toda morda najdragocenejša dobrina na površini Lune je lahko helij-3. Helij-3 je atom, ki ga sonce oddaja v ogromnih količinah in je stranski produkt fuzijskih reakcij, ki potekajo v notranjosti. Čeprav je danes malo povpraševanja po heliju-3, fiziki menijo, da bo ta služil kot idealno gorivo za fuzijske reaktorje.
Sončev sončni veter nosi helij-3 stran od Sonca in v vesolje - sčasoma v celoti iz osončja. Toda delci helija-3 se lahko zrušijo v predmete, ki jim uidejo, kot je Luna. Znanstveniki niso našli nobenega vira helija-3 tukaj na Zemlji, vendar se zdi, da je na Luni v ogromnih količinah.
Prednosti:
S komercialnega in znanstvenega vidika je več razlogov, zakaj bi rudarjenje Lune koristilo človeštvu. Za začetek bi bilo vsekakor nujno, da vsi načrti za izgradnjo naselja na Luni, saj bi bila uporaba virov na kraju samem (ISRU) veliko stroškovno učinkovitejša od prevoza materialov z Zemlje.
Prav tako se predvideva, da bodo predlagana prizadevanja za raziskovanje vesolja za 21. stoletje zahtevala velike količine materiala. Tisto, kar je minirano na Luni, bi se v vesolje izstrelilo le za del stroškov tistega, kar je minirano tukaj na Zemlji, zaradi Lunijeve velikosti gravitacije in hitrosti pobega.
Poleg tega ima Luna obilje surovin, na katere se človeštvo opira. Tako kot Zemlja je sestavljena iz silikatnih kamnin in kovin, ki so med seboj ločene med geokemično različnimi plastmi. Sestavljajo ga notranje jedro, bogato z železom, in zunanje jedro, bogato z železom, delno staljeno mejno plast ter trden plašč in skorjo.
Poleg tega je že nekaj časa ugotovljeno, da bi bila lunarna baza - ki bi vključevala operacije virov - poživilo za misije dlje v Osončje. V misijah, ki se bodo v prihodnjih desetletjih odpravile na Mars, bi lahko zunanji Osončje ali celo Venera in Merkur možnost ponovne uporabe z lunarne postave drastično znižala stroške posameznih misij.
Izzivi:
Seveda pričakuje, da bi na Luni postavili rudarske interese tudi nekaj resnih izzivov. Na primer, vsako osnovo na Luni bi bilo treba zaščititi pred površinskimi temperaturami, ki segajo od zelo nizkih do visokih - od 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) do 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - na ekvatorju in povprečno 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) v polarnih regijah.
Prav tako je pomembna izpostavljenost sevanju. Zaradi izjemno tanke atmosfere in pomanjkanja magnetnega polja lunarna površina doživi pol manj sevanja kot predmet v medplanetarnem prostoru. To pomeni, da bi astronavti in / ali lunarni delavci imeli veliko tveganje za izpostavljenost kozmičnim žarkom, protonom iz sončnega vetra in sevanju, ki jih povzročajo sončni žarki.
Potem je tu Lunov prah, ki je izredno abrazivna steklena snov, ki jo na milijone let tvorijo mikrometeoriti, ki vplivajo na površino. Lunski prah zaradi odsotnosti vremenskih vplivov in erozije ni neozemljen in se lahko s stroji pogubi in predstavlja nevarnost za zdravje. Najslabše pa je, da drži palice vsega, česar se dotakne, in je bila velika nadloga za posadke Apollo!
Čeprav je spodnja gravitacija privlačna, kar se tiče izstrelitev, ni jasno, kakšni bodo dolgoročni vplivi na zdravje ljudi. Kot so pokazale večkratne raziskave, izpostavljenost ničelni gravitaciji skozi mesece povzroča mišično degeneracijo in izgubo kostne gostote, pa tudi zmanjšano delovanje organov in oslabljen imunski sistem.
Poleg tega obstajajo morebitne pravne ovire, ki bi jih lahko predstavljalo lunarno rudarjenje. To je posledica „Pogodbe o načelih, ki ureja dejavnosti držav pri raziskovanju in uporabi vesolja, vključno z Luno in drugimi nebesnimi telesi“ - sicer imenovana „Pogodba o vesolju“. V skladu s to pogodbo, ki jo nadzira Urad Združenih narodov za vesoljske zadeve, noben narod ne sme posedati na Luni.
In čeprav je bilo veliko špekulacij o "vrzeli", ki zasebnega lastništva izrecno ne prepoveduje, o tem ni pravnega soglasja. Ko bodo lunarne dejavnosti in rudarstvo postale več možnosti, bo treba razviti pravni okvir, ki zagotavlja, da je vse v koraku.
Čeprav je to morda daleč, ni pretirano misliti, da bomo nekega dne lahko kopali Luno. In ker bogate kovine (vključno z REM-ji) postale del našega gospodarstva, bi lahko gledali v prihodnost, za katero je značilna post-pomanjkljivost!
Tu smo napisali veliko člankov o rudarjenju in kolonizaciji lune tukaj v reviji Space Magazine. Tu so kdo bili prvi možje na Luni ?, kakšne so bile prve lunarne pristanke ?, koliko ljudi je hodilo na Luno? Ali lahko kupite zemljo na Luni ?, in zgradite vesoljsko bazo, 1. del: Zakaj mine? Luna ali asteroid?
Če želite več informacij, si oglejte to infografiko o Moon Rudarstvu iz Nasinega laboratorija za reaktivni pogon.
Astronomy Cast ima tudi nekaj zanimivih epizod na to temo. Poslušajte tukaj - Epizoda 17: Od kod je prišla Luna? in Epizoda 113: Luna - I. del
Viri:
- NASA: Raziskovanje osončja - Zemljina luna
- NASA - Simulacija pridobivanja helija 3 iz lunarnega Ilmenita
- Wikipedija - Luna
- Wikipedija - Kolonizacija Lune
