Sinds we bemande missies naar de maan begonnen te sturen, mensen hebben gedroomd van de dag dat we het ooit zouden kunnen koloniseren. Stel je eens voor, een nederzetting op het maanoppervlak, waar iedereen zich constant slechts ongeveer 15% zo zwaar voelt als hier op aarde. En in hun vrije tijd, de kolonisten kunnen allerlei coole onderzoekstochten over het oppervlak maken in maanrovers. moet toegeven, het klinkt leuk!

Recenter, het idee van prospectie en mijnbouw op de maan is voorgesteld. Dit is deels te danken aan hernieuwde verkenning van de ruimte, maar ook de opkomst van particuliere lucht- en ruimtevaartbedrijven en de NewSpace-industrie. Met missies naar de maan voor de komende jaren en decennia, lijkt het logisch om na te denken over hoe we daar ook mijnbouw en andere industrieën zouden kunnen opzetten?

Voorgestelde methoden

Er zijn verschillende voorstellen gedaan om mijnbouwactiviteiten op de maan op te zetten; aanvankelijk door ruimteagentschappen zoals NASA, maar meer recentelijk door particuliere belangen. Veel van de vroegste voorstellen vonden plaats in de jaren vijftig, als reactie op de Space Race, die een maankolonie zag als een logisch resultaat van maanverkenning.

Bijvoorbeeld, in 1954 stelde Arthur C. Clarke een maanbasis voor waar opblaasbare modules werden bedekt met maanstof voor isolatie en communicatie werd verzorgd door een opblaasbare radiomast. En in 1959, John S. Rinehart - de directeur van het Mining Research Laboratory van de Colorado School of Mines - stelde een buisvormige basis voor die over het oppervlak zou "zweven".

Sinds die tijd, nasa, het Amerikaanse leger en de luchtmacht, en andere ruimteagentschappen hebben voorstellen gedaan voor de oprichting van een maannederzetting. In alle gevallen, deze plannen bevatten vergoedingen voor het gebruik van hulpbronnen om de basis zo zelfvoorzienend mogelijk te maken. Echter, deze plannen dateerden van vóór het Apollo-programma, en werden grotendeels verlaten na de sluiting ervan. Pas in de afgelopen decennia zijn er weer gedetailleerde voorstellen gedaan.

Bijvoorbeeld, tijdens de regering-Bush (2001-2009), NASA bood de mogelijkheid om een ​​"maanbuitenpost" te creëren. In overeenstemming met hun Vision for Space Exploration (2004), het plan riep op tot de bouw van een basis op de maan tussen 2019 en 2024. Een van de belangrijkste aspecten van dit plan was het gebruik van ISRU-technieken om zuurstof te produceren uit de omringende regoliet.

Deze plannen werden geannuleerd door de regering-Obama en vervangen door een plan voor een Mars Direct-missie (bekend als NASA's "Journey to Mars"). Echter, tijdens een workshop in 2014, vertegenwoordigers van NASA ontmoetten Harvard geneticus George Church, Peter Diamandis van de X Prize Foundation en andere experts om goedkope opties voor terugkeer naar de maan te bespreken.

De workshoppapieren, die werden gepubliceerd in een speciale uitgave van New Space, beschrijven hoe tegen 2022 een nederzetting op de maan kan worden gebouwd voor slechts $ 10 miljard USD. Volgens hun papieren een goedkope basis mogelijk zou zijn dankzij de ontwikkeling van de ruimtelanceringsactiviteiten, de opkomst van de NewSpace-industrie, 3d printen, autonome robots, en andere recent ontwikkelde technologieën.

In december 2016, een internationaal symposium met de titel "moon 2020-2030 - A New Era of Coordinated Human and Robotic Exploration" vond plaats in het European Space Research and Technology Center. Destijds, de nieuwe directeur-generaal van de ESA (Jan Woerner) verwoordde de wens van het bureau om een ​​internationale maanbasis te creëren met behulp van robotwerkers, 3D-printtechnieken, en in-situ gebruik van hulpbronnen.

In 2010, NASA heeft de Robotic Mining Competition opgericht, een jaarlijkse op incentives gebaseerde wedstrijd waarbij universiteitsstudenten robots ontwerpen en bouwen om door een gesimuleerde Marsomgeving te navigeren. Een van de belangrijkste aspecten van de competitie is het creëren van robots die kunnen vertrouwen op ISRU om lokale hulpbronnen om te zetten in bruikbare materialen. De geproduceerde toepassingen zullen waarschijnlijk ook nuttig zijn tijdens toekomstige maanmissies.

Ook andere ruimtevaartorganisaties hebben plannen voor maanbases in de komende decennia. De Russische ruimtevaartorganisatie Roscosmos heeft plannen gepubliceerd om tegen de jaren 2020 een maanbasis te bouwen. en het China National Space Agency (CNSA) heeft voorgesteld om een ​​dergelijke basis in een vergelijkbaar tijdsbestek te bouwen, dankzij het succes van het Chang'e-programma.

En de NewSpace-industrie heeft de laatste tijd ook enkele interessante voorstellen gedaan. In 2010, een groep ondernemers uit Silicon Valley kwam samen voor create moon Express, een particulier bedrijf dat van plan is commerciële maanrobottransport- en datadiensten aan te bieden, evenals het langetermijndoel om de maan te delven. In december 2016, ze werden het eerste bedrijf dat meedeed aan de Lunar X Prize om een ​​robotlander te bouwen en te testen - de MX-1.

In 2010, Arkyd Astronautics (in 2012 omgedoopt tot Planetary Resources) werd gelanceerd met het doel technologieën te ontwikkelen en in te zetten voor asteroïde mijnbouw. In 2013, Deep Space Industries werd opgericht met hetzelfde doel voor ogen. Hoewel deze bedrijven zich voornamelijk richten op asteroïden, de aantrekkingskracht is vrijwel hetzelfde als mijnbouw op de maan - die de hulpbronnen van de mensheid buiten de aarde uitbreidt.

Bronnen

Op basis van de studie van maangesteenten, die werden teruggebracht door de Apollo-missies, wetenschappers hebben geleerd dat het maanoppervlak rijk is aan mineralen. Hun algehele samenstelling hangt af van het feit of de rotsen afkomstig zijn van maanmaria (grote, donker, basaltvlaktes gevormd door maanuitbarstingen) of de maanhooglanden.

Gesteenten verkregen uit maanmaria vertoonden grote sporen van metalen, met 14,9% aluminiumoxide (Al²O³), 11,8% calciumoxide (kalk), 14,1% ijzeroxide, 9,2% magnesiumoxide (MgO), 3,9% titaandioxide (TiO²) en 0,6% natriumoxide (Na²O). Die verkregen uit de hooglanden van de maan zijn vergelijkbaar in samenstelling, met 24,0% aluminiumoxide, 15,9% kalk, 5,9% ijzeroxide, 7,5% magnesiumoxide, en 0,6% titaandioxide en natriumoxide.

Deze zelfde studies hebben aangetoond dat maangesteenten grote hoeveelheden zuurstof bevatten, voornamelijk in de vorm van geoxideerde mineralen. Er zijn experimenten uitgevoerd die hebben aangetoond hoe deze zuurstof kan worden geëxtraheerd om astronauten te voorzien van ademende lucht, en kan worden gebruikt om water en zelfs raketbrandstof te maken.

De maan heeft ook concentraties van zeldzame aardmetalen (REM), die om twee redenen aantrekkelijk zijn. Aan de ene kant, REM's worden steeds belangrijker voor de wereldeconomie, omdat ze veel worden gebruikt in elektronische apparaten. Anderzijds, 90% van de huidige reserves aan REM's wordt gecontroleerd door China; dus het hebben van een constante toegang tot een externe bron wordt door sommigen gezien als een kwestie van nationale veiligheid.

evenzo, de maan heeft aanzienlijke hoeveelheden water in zijn maanregoliet en in de permanent beschaduwde gebieden in de noordelijke en zuidelijke poolgebieden. Dit water zou ook waardevol zijn als een bron van raketbrandstof, om nog maar te zwijgen van drinkwater voor astronauten.

In aanvulling, maanrotsen hebben onthuld dat het binnenste van de maan ook belangrijke waterbronnen kan bevatten. En uit monsters van maangrond, er is berekend dat geadsorbeerd water zou kunnen bestaan ​​in sporenconcentraties van 10 tot 1000 delen per miljoen. aanvankelijk, het was echter dat de concentraties van water in de maanstenen het gevolg waren van verontreiniging.

Maar sinds die tijd meerdere missies hebben niet alleen watermonsters op het maanoppervlak gevonden, maar onthulde bewijs van waar het vandaan kwam. De eerste was de Chandrayaan-1-missie in India, die op 18 november een impactor naar het maanoppervlak stuurde, 2008. Tijdens de afdaling van 25 minuten, Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) van de inslagsonde vond bewijs van water in de dunne atmosfeer van de maan.

In maart 2010 het Mini-RF-instrument aan boord van Chandrayaan-1 ontdekte meer dan 40 permanent verduisterde kraters in de buurt van de noordpool van de maan waarvan wordt aangenomen dat ze maar liefst 600 miljoen metrische ton (661,387 miljoen Amerikaanse ton) waterijs bevatten.

In november 2009 de NASA LCROSS-ruimtesonde deed soortgelijke vondsten rond het zuidelijke poolgebied, als een impactor stuurde het naar het oppervlak en schopte het materiaal omhoog waarvan werd aangetoond dat het kristallijn water bevat. In 2012, onderzoeken uitgevoerd door de Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) onthulden dat ijs tot 22% van het materiaal op de bodem van de Shakleton-krater (gelegen in het zuidelijke poolgebied) vormt.

Er is een theorie dat al dit water werd geleverd door een combinatie van mechanismen. Voor een, regelmatig bombardement door watervoerende kometen, asteroïden en meteoroïden op geologische tijdschalen zouden er veel van kunnen hebben afgezet. Er is ook beweerd dat het lokaal wordt geproduceerd door de waterstofionen van zonnewind in combinatie met zuurstofhoudende mineralen.

Maar misschien is het meest waardevolle goed op het oppervlak van de maan helium-3. Helium-3 is een atoom dat in grote hoeveelheden door de zon wordt uitgestraald, en is een bijproduct van de fusiereacties die binnen plaatsvinden. Hoewel er tegenwoordig weinig vraag naar helium-3 is, natuurkundigen denken dat ze zullen dienen als de ideale brandstof voor fusiereactoren.

De zonnewind van de zon voert helium-3 weg van de zon en de ruimte in - uiteindelijk helemaal uit het zonnestelsel. Maar de helium-3-deeltjes kunnen botsen op objecten die hen in de weg staan, zoals de maan. Wetenschappers hebben hier op aarde geen bronnen van helium-3 kunnen vinden. maar het lijkt in grote hoeveelheden op de maan te zijn.

Voordelen

Vanuit commercieel en wetenschappelijk oogpunt, er zijn verschillende redenen waarom maanmijnbouw gunstig zou zijn voor de mensheid. Voor starters, het absoluut essentieel zou zijn voor plannen om een ​​nederzetting op de maan te bouwen, omdat in-situ gebruik van hulpbronnen (ISRU) veel kosteneffectiever zou zijn dan het transporteren van materialen van de aarde.

Ook, er wordt voorspeld dat de voorgestelde ruimteverkenningsinspanningen voor de 21e eeuw grote hoeveelheden materieel zullen vereisen. Dat wat op de maan wordt gewonnen, zou de ruimte in worden gelanceerd tegen een fractie van de kosten van wat hier op aarde wordt gewonnen. vanwege de veel lagere zwaartekracht en ontsnappingssnelheid van de maan.

In aanvulling, de maan heeft een overvloed aan grondstoffen waar de mensheid op vertrouwt. Net als de aarde, het is samengesteld uit silicaatgesteenten en metalen die worden onderscheiden tussen geochemisch verschillende lagen. Deze bestaan ​​uit een ijzerrijke binnenkern, en ijzerrijke vloeibare buitenkern, een gedeeltelijk gesmolten grenslaag, en een stevige mantel en korst.

In aanvulling, het is al enige tijd bekend dat een maanbasis - inclusief hulpbronoperaties - een zegen zou zijn voor missies verder in het zonnestelsel. Voor missies op weg naar Mars in de komende decennia, het buitenste zonnestelsel, of zelfs Venus en Mercurius, de mogelijkheid om te worden bevoorraad vanuit een buitenpost op de maan zou de kosten van individuele missies drastisch verlagen.

Uitdagingen

Van nature, het vooruitzicht van het opzetten van mijnbouwbelangen op de maan brengt ook enkele serieuze uitdagingen met zich mee. Bijvoorbeeld, elke basis op de maan zou moeten worden beschermd tegen oppervlaktetemperaturen, die variëren van zeer laag tot hoog - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) tot 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - op de evenaar en gemiddeld 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) in de poolgebieden.

Blootstelling aan straling is ook een probleem. Door de extreem dunne atmosfeer en het ontbreken van een magnetisch veld, het maanoppervlak ervaart half zoveel straling als een object in de interplanetaire ruimte. Dit betekent dat astronauten en/of maanwerkers een hoog risico lopen op blootstelling aan kosmische straling, protonen uit zonnewind, en de straling veroorzaakt door zonnevlammen.

Dan is er het maanstof, dat is een extreem schurende glasachtige substantie die is gevormd door miljarden jaren van micrometeorietinslagen op het oppervlak. Door de afwezigheid van verwering en erosie, maanstof is niet afgerond en kan grote schade aanrichten aan machines, en vormt een gevaar voor de gezondheid. Het ergste van alles, het kleeft aan alles wat het aanraakt, en was een grote overlast voor de Apollo-bemanningen!

En hoewel de lagere zwaartekracht aantrekkelijk is voor lanceringen, het is onduidelijk wat de langetermijneffecten ervan op de mens zullen zijn. Zoals herhaaldelijk onderzoek heeft aangetoond, blootstelling aan zwaartekracht gedurende maandenlange perioden veroorzaakt spierdegeneratie en verlies van botdichtheid, evenals verminderde orgaanfunctie en een depressief immuunsysteem.

In aanvulling, er zijn de potentiële juridische hindernissen die maanmijnbouw zou kunnen opleveren. Dit is te wijten aan de "The Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, inclusief de maan en andere hemellichamen" - ook wel bekend als "The Outer Space Treaty". In overeenstemming met dit verdrag, die onder toezicht staat van het Bureau voor Ruimtezaken van de Verenigde Naties, geen enkel land mag land op de maan bezitten.

En hoewel er veel wordt gespeculeerd over een "maas in de wet" die privé-eigendom niet uitdrukkelijk verbiedt, hierover bestaat geen juridische consensus. Als zodanig, naarmate maanonderzoek en mijnbouw steeds meer mogelijk worden, er zal een wettelijk kader moeten komen dat ervoor zorgt dat alles op rolletjes loopt.

Hoewel het misschien nog ver weg is, het is niet onredelijk om te denken dat op een dag, we zouden de maan kunnen delven. En met zijn rijke voorraden metalen (waaronder REM's) die deel gaan uitmaken van onze economie, we zouden naar een toekomst kunnen kijken die wordt gekenmerkt door post-schaarste!