Hvordan kan udgifterne til rumrejse - til og fra månen og muligvis til Mars - reduceres? Én tilgang er at mine månen for nødvendige ressourcer.
Kunstnerens koncept om en månebase med udsigt til Jorden i det fjerne. Billede via Pavel Chagochkin / Shutterstock.com.
Af Paul K. Byrne, North Carolina State University
Hvis du blev transporteret til månen netop dette øjeblik, ville du sikkert og hurtigt dø.Det skyldes, at der ikke er nogen atmosfære, overfladetemperaturen varierer fra en ristning på 130 grader Celsius (266 F) til en knoglerende minus 170 C (minus 274 F). Hvis manglen på luft eller forfærdelig varme eller kulde ikke dræber dig, vil mikrometeoritbombardement eller solstråling gøre det. Under alle omstændigheder er månen ikke et gæstfri sted at være.
Men hvis mennesker skal udforske månen og potentielt leve der en dag, er vi nødt til at lære at håndtere disse udfordrende miljøforhold. Vi har brug for levesteder, luft, mad og energi samt brændstof til magt raketter tilbage til Jorden og muligvis andre destinationer. Det betyder, at vi har brug for ressourcer for at imødekomme disse krav. Vi kan enten bringe dem med os fra Jorden - et dyrt forslag - eller vi bliver nødt til at drage fordel af ressourcerne på selve månen. Og det er her ideen om "ressourceudnyttelse in situ" eller ISRU kommer ind.
At understøtte bestræbelserne på at bruge månematerialer er ønsket om at etablere enten midlertidige eller endda permanente menneskelige bosættelser på månen - og der er adskillige fordele ved at gøre det. F.eks. Kan månebaser eller kolonier give uvurderlig træning og forberedelse til missioner til længere kastede destinationer, herunder Mars. Udvikling og anvendelse af måneressourcer vil sandsynligvis føre til et stort antal innovative og eksotiske teknologier, der kunne være nyttige på Jorden, som det har været tilfældet med den internationale rumstation.
Som planetarisk geolog er jeg fascineret af, hvordan andre verdener blev, og hvilke lektioner vi kan lære om dannelsen og udviklingen af vores egen planet. Og fordi jeg en dag håber, at jeg faktisk besøger månen personligt, er jeg især interesseret i, hvordan vi kan bruge ressourcerne der til at gøre menneskelig udforskning af solsystemet så økonomisk som muligt.
Kunstnerens koncept om en mulig månemiljø, der indeholder elementer, der er redigeret i 3D med månens jord. Billede via Det Europæiske Rumorganisation / Foster + Partners.
Ressourceudnyttelse in situ
ISRU lyder som science fiction, og for øjeblikket er det stort set. Dette koncept involverer at identificere, udvinde og forarbejde materiale fra månens overflade og det indre og omdanne det til noget nyttigt: ilt til vejrtrækning, elektricitet, byggematerialer og endda raketbrændstof.
Mange lande har udtrykt et fornyet ønske om at vende tilbage til månen. NASA har en lang række planer for at gøre det, Kina landede en rover på månens farside i januar og har en aktiv rover der lige nu, og adskillige andre lande har deres syn på måneopgaver. Nødvendigheden af at bruge materialer, der allerede findes på Månen, bliver mere presserende.
Kunstnerens koncept om, hvordan månens ressourceudnyttelse in situ kan se ud. Billede via NASA.
Antagelse om måneliv er drivkraft i engineering og eksperimentelt arbejde for at bestemme, hvordan man effektivt bruger månematerialer til at understøtte menneskelig efterforskning. F.eks. Planlægger Det europæiske rumfartsagentur (ESA) at lande et rumfartøj ved månens sydpol i 2022 for at bore under overfladen på jagt efter vandis og andre kemikalier. Dette håndværk vil indeholde et forskningsinstrument designet til at få vand fra månens jord eller regolit.
Der har endda været diskussioner om efterhånden minedrift og forsendelse tilbage til Jorden helium-3, der er låst i månens regolit. Helium-3 (en ikke-radioaktiv isotop af helium) kunne bruges som brændstof til fusionsreaktorer til at producere enorme mængder energi til meget lave miljøomkostninger - skønt fusion som strømkilde endnu ikke er påvist, og mængden af ekstraherbart helium -3 er ukendt. Selvom de reelle omkostninger og fordele ved månens ISRU stadig er at se, er der ikke desto mindre lidt grund til at tro, at den betydelige nuværende interesse for at minere Månen ikke fortsætter.
Det er værd at bemærke, at månen muligvis ikke er en særlig egnet destination til minedrift af andre værdifulde metaller såsom guld, platin eller sjældne jordelementer. Dette er på grund af processen med differentiering, hvor relativt tunge materialer synker og lettere materialer stiger, når et planetlegeme delvis eller næsten fuldstændigt smeltes.
Det er dybest set, hvad der sker, hvis du ryster et reagensglas fyldt med sand og vand. Først blandes alt sammen, men derefter separeres sandet til sidst fra væsken og synker til bunden af røret. Og ligesom med Jorden, er det meste af månens opgørelse over tunge og værdifulde metaller sandsynligvis dybt inde i mantelen eller endda kernen, hvor de i det væsentlige er umulige at få adgang til. Det er faktisk fordi mindre organer som asteroider generelt ikke gennemgår differentiering, at de er så lovende mål for mineraludforskning og -ekstraktion.
Apollo 17-astronaut Harrison H. Schmitt stående ved siden af en sten på månens overflade. Billede via NASA.
Månedannelse
Månen har faktisk en særlig plads inden for planetarisk videnskab, fordi den er det eneste andet organ i solsystemet, hvor mennesker har sat foden. NASA Apollo-programmet i 1960'erne og 70'erne så i alt 12 astronauter gå, hoppe og svirre på overfladen. Klippeprøverne, de bragte tilbage, og eksperimenterne, de forlod der, har muliggjort en større forståelse af ikke kun vores måne, men af hvordan planeter generelt dannes end nogensinde ville have været muligt.
Fra disse missioner og andre gennem de efterfølgende årtier har forskere lært meget om månen. I stedet for at vokse fra en sky af støv og is, som planeterne i solsystemet gjorde, har vi opdaget, at vores nærmeste nabo sandsynligvis er resultatet af en kæmpe påvirkning mellem proto-Jorden og en Mars-størrelse genstand. Denne kollision udsatte et stort volumen af affald, hvoraf nogle senere sammenkolderede sig i månen. Fra analyser af måneprøver, avanceret computermodellering og sammenligning med andre planeter i solsystemet har vi lært blandt mange andre ting, at kolossale påvirkninger kunne være reglen, ikke undtagelsen, i de tidlige dage af dette og andre planetariske systemer.
At udføre videnskabelig forskning på månen ville give dramatiske stigninger i vores forståelse af, hvordan vores naturlige satellit blev til, og hvilke processer der fungerer på og inden for overfladen for at få den til at se ud som den gør.
Kunstnerens koncept om kollisionen mellem proto-jorden og et objekt i Mars-størrelse. Billede via NASA / JPL-Caltech / T. Pyle.
De kommende årtier har løftet om en ny æra med måneforskning, hvor mennesker bor der i længere perioder muliggjort ved udvinding og anvendelse af månens naturlige ressourcer. Med en stabil, målrettet indsats kan månen derefter ikke kun blive et hjem for fremtidige opdagelsesrejsende, men det perfekte springbræt, hvorfra vi kan tage vores næste kæmpespring.
Paul K. Byrne, assisterende professor i planeten geologi, North Carolina State University
Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.
Nederste linje: En planetarisk geolog diskuterer minedrift af månen.
