Da quando abbiamo iniziato a inviare missioni con equipaggio sulla luna, la gente ha sognato il giorno in cui un giorno potremmo colonizzarlo. Basta immaginare, un insediamento sulla superficie lunare, dove tutti si sentono costantemente solo il 15% circa più pesanti di quanto si sentano qui sulla Terra. E nel loro tempo libero, i coloni possono fare tutti i tipi di fantastici viaggi di ricerca sulla superficie in rover lunari. devo ammettere, Sembra divertente!

Più recentemente, è stata proposta l'idea della prospezione e dell'estrazione mineraria sulla luna. Ciò è dovuto in parte alla rinnovata esplorazione dello spazio, ma anche l'ascesa delle compagnie aerospaziali private e dell'industria NewSpace. Con le missioni sulla luna in programma per i prossimi anni e decenni, sembra logico pensare a come potremmo impostare l'estrazione mineraria e altre industrie anche lì?

Metodi proposti

Sono state fatte diverse proposte per stabilire operazioni minerarie sulla luna; inizialmente da agenzie spaziali come la NASA, ma più recentemente da interessi privati. Molte delle prime proposte risalgono agli anni '50, in risposta alla corsa allo spazio, che ha visto una colonia lunare come un risultato logico dell'esplorazione lunare.

Ad esempio, nel 1954 Arthur C. Clarke propose una base lunare in cui i moduli gonfiabili erano ricoperti di polvere lunare per l'isolamento e le comunicazioni erano fornite da un albero radio gonfiabile. E nel 1959, John S. Rinehart, il direttore del Mining Research Laboratory presso la Colorado School of Mines, propose una base tubolare che "fluttuasse" sulla superficie.

Da quel tempo, NASA, l'esercito e l'aeronautica degli Stati Uniti, e altre agenzie spaziali hanno emesso proposte per la creazione di un insediamento lunare. In tutti i casi, questi piani contenevano indennità per l'utilizzo delle risorse per rendere la base il più autosufficiente possibile. Però, questi piani precedettero il programma Apollo, e sono stati in gran parte abbandonati dopo la sua conclusione. Solo negli ultimi decenni sono state presentate ancora una volta proposte dettagliate.

Ad esempio, durante l'amministrazione Bush (2001-2009), La NASA ha avviato la possibilità di creare un "avamposto lunare". Coerentemente con la loro Vision for Space Exploration (2004), il piano prevedeva la costruzione di una base sulla luna tra il 2019 e il 2024. Uno degli aspetti chiave di questo piano era l'uso delle tecniche ISRU per produrre ossigeno dalla regolite circostante.

Questi piani sono stati annullati dall'amministrazione Obama e sostituiti con un piano per una missione Mars Direct (nota come "Journey to Mars" della NASA). Però, durante un workshop nel 2014, rappresentanti della NASA hanno incontrato il genetista di Harvard George Church, Peter Diamandis della X Prize Foundation e altri esperti per discutere le opzioni a basso costo per tornare sulla luna.

Le carte dell'officina, che sono stati pubblicati in un numero speciale di New Space, descrivere come potrebbe essere costruito un insediamento sulla luna entro il 2022 per soli $ 10 miliardi di dollari. Secondo i loro documenti, una base a basso costo sarebbe possibile grazie allo sviluppo del business dei lanci spaziali, l'emergere dell'industria NewSpace, Stampa 3D, robot autonomi, e altre tecnologie di recente sviluppo.

Nel dicembre del 2016, un simposio internazionale intitolato "moon 2020-2030 – A New Era of Coordinated Human and Robotic Exploration" si è svolto presso il Centro europeo di ricerca e tecnologia spaziale. Al tempo, il nuovo Direttore Generale dell'ESA (Jan Woerner) ha articolato il desiderio dell'agenzia di creare una base lunare internazionale utilizzando lavoratori robotici, tecniche di stampa 3D, e l'utilizzo delle risorse in loco.

Nel 2010, La NASA ha istituito la Robotic Mining Competition, una competizione annuale basata su incentivi in ​​cui gli studenti universitari progettano e costruiscono robot per navigare in un ambiente marziano simulato. Uno degli aspetti più importanti della competizione è la creazione di robot che possono fare affidamento su ISRU per trasformare le risorse locali in materiali utilizzabili. Le applicazioni prodotte potrebbero essere utili anche durante le future missioni lunari.

Anche altre agenzie spaziali hanno piani per basi lunari nei prossimi decenni. L'agenzia spaziale russa (Roscosmos) ha emesso piani per costruire una base lunare entro il 2020, e l'Agenzia spaziale nazionale cinese (CNSA) ha proposto di costruire una tale base in un lasso di tempo simile, grazie al successo del suo programma Chang'e.

E l'industria di NewSpace ha anche prodotto alcune proposte interessanti di recente. Nel 2010, un gruppo di imprenditori della Silicon Valley si è riunito per creare moon Express, una società privata che prevede di offrire servizi di trasporto e dati lunari robotici commerciali, così come l'obiettivo a lungo termine di estrarre la luna. Nel dicembre del 2016, sono diventati la prima azienda in competizione per il Lunar X Prize a costruire e testare un lander robotico:l'MX-1.

Nel 2010, Arkyd Astronautics (ribattezzato Planetary Resources nel 2012) è stato lanciato allo scopo di sviluppare e implementare tecnologie per l'estrazione di asteroidi. Nel 2013, Deep Space Industries è stata costituita con lo stesso scopo in mente. Sebbene queste società si concentrino principalmente sugli asteroidi, il fascino è più o meno lo stesso dell'estrazione mineraria lunare, che sta espandendo la base di risorse dell'umanità oltre la Terra.

risorse

Sulla base dello studio delle rocce lunari, che sono stati riportati dalle missioni Apollo, gli scienziati hanno scoperto che la superficie lunare è ricca di minerali. La loro composizione complessiva dipende dal fatto che le rocce provengano da maria lunari (grandi, buio, pianure basaltiche formate da eruzioni lunari) o gli altopiani lunari.

Le rocce ottenute dai maria lunari mostravano grandi tracce di metalli, con 14,9% di allumina (Al²O³), 11,8% di ossido di calcio (calce), 14,1% di ossido di ferro, 9,2% di magnesia (MgO), 3,9% di biossido di titanio (TiO²) e 0,6% di ossido di sodio (Na²O). Quelli ottenuti dagli altopiani lunari sono simili nella composizione, con 24,0% di allumina, 15,9% di calce, 5,9% di ossido di ferro, 7,5% di magnesia, e 0,6% di biossido di titanio e ossido di sodio.

Questi stessi studi hanno dimostrato che le rocce lunari contengono grandi quantità di ossigeno, prevalentemente sotto forma di minerali ossidati. Sono stati condotti esperimenti che hanno dimostrato come questo ossigeno potrebbe essere estratto per fornire agli astronauti aria respirabile, e potrebbe essere usato per produrre acqua e persino carburante per missili.

La luna ha anche concentrazioni di metalli delle terre rare (REM), che sono attraenti per due motivi. Da una parte, I REM stanno diventando sempre più importanti per l'economia globale, poiché sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. D'altra parte, Il 90% delle attuali riserve di REM è controllato dalla Cina; quindi avere un accesso costante a una fonte esterna è visto da alcuni come una questione di sicurezza nazionale.

Allo stesso modo, la luna ha quantità significative di acqua contenuta all'interno della sua regolite lunare e nelle aree permanentemente in ombra nelle sue regioni polari nord e sud. Quest'acqua sarebbe anche preziosa come fonte di carburante per missili, per non parlare dell'acqua potabile per gli astronauti.

Inoltre, le rocce lunari hanno rivelato che anche l'interno della luna può contenere significative fonti d'acqua. E da campioni di suolo lunare, si calcola che l'acqua adsorbita potrebbe esistere a concentrazioni di tracce comprese tra 10 e 1000 parti per milione. Inizialmente, era però che le concentrazioni di acqua all'interno delle rocce lunari erano il risultato della contaminazione.

Ma da quel momento, molteplici missioni non hanno solo trovato campioni di acqua sulla superficie lunare, ma ha rivelato la prova della sua provenienza. La prima è stata la missione indiana Chandrayaan-1, che ha inviato un impattore sulla superficie lunare il 18 novembre, 2008. Durante i suoi 25 minuti di discesa, L'Altitudinal Composition Explorer (CHACE) della sonda a impatto ha trovato prove di acqua nella sottile atmosfera della luna.

Nel marzo del 2010, lo strumento Mini-RF a bordo di Chandrayaan-1 ha scoperto più di 40 crateri permanentemente oscurati vicino al polo nord della luna che si ipotizza contengano fino a 600 milioni di tonnellate (661.387 milioni di tonnellate USA) di ghiaccio d'acqua.

Nel novembre 2009, la sonda spaziale LCROSS della NASA ha fatto scoperte simili intorno alla regione polare meridionale, come un impattore ha inviato in superficie materiale che ha mostrato di contenere acqua cristallina. Nel 2012, i sondaggi condotti dal Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) hanno rivelato che il ghiaccio costituisce fino al 22% del materiale sul fondo del cratere Shakleton (situato nella regione polare meridionale).

È stato teorizzato che tutta questa acqua fosse erogata da una combinazione di meccanismi. Per uno, bombardamento regolare di comete acquifere, asteroidi e meteoroidi su scale temporali geologiche potrebbero averne depositato gran parte. È stato anche affermato che viene prodotto localmente dagli ioni di idrogeno del vento solare che si combinano con minerali contenenti ossigeno.

Ma forse il bene più prezioso sulla superficie della luna potrebbe essere l'elio-3. L'elio-3 è un atomo emesso dal sole in quantità enormi, ed è un sottoprodotto delle reazioni di fusione che avvengono all'interno. Sebbene oggi vi sia poca richiesta di elio-3, i fisici pensano che serviranno come combustibile ideale per i reattori a fusione.

Il vento solare del sole porta l'elio-3 lontano dal sole e nello spazio, infine fuori del sistema solare. Ma le particelle di elio-3 possono schiantarsi contro oggetti che si intromettono, come la luna. Gli scienziati non sono stati in grado di trovare alcuna fonte di elio-3 qui sulla Terra, ma sembra di essere sulla luna in quantità enormi.

Benefici

Dal punto di vista commerciale e scientifico, ci sono diversi motivi per cui l'estrazione della luna sarebbe vantaggiosa per l'umanità. Per i principianti, sarebbe assolutamente essenziale per qualsiasi progetto di costruire un insediamento sulla luna, poiché l'utilizzo delle risorse in situ (ISRU) sarebbe molto più conveniente rispetto al trasporto di materiali dalla Terra.

Anche, si prevede che gli sforzi di esplorazione spaziale proposti per il 21° secolo richiederanno grandi quantità di materiale. Ciò che viene estratto sulla luna verrebbe lanciato nello spazio a una frazione del costo di ciò che viene estratto qui sulla Terra, a causa della gravità molto più bassa della luna e della velocità di fuga.

Inoltre, la luna ha un'abbondanza di materie prime su cui l'umanità fa affidamento. Proprio come la Terra, è composto da rocce silicatiche e metalli che si differenziano tra strati geochimicamente distinti. Questi sono costituiti da un nucleo interno ricco di ferro, e nucleo esterno fluido ricco di ferro, uno strato limite parzialmente fuso, e un solido mantello e crosta.

Inoltre, è stato riconosciuto da tempo che una base lunare – che includerebbe operazioni sulle risorse – sarebbe un vantaggio per le missioni più lontane nel sistema solare. Per le missioni dirette su Marte nei prossimi decenni, il sistema solare esterno, o anche Venere e Mercurio, la possibilità di essere riforniti da un avamposto lunare ridurrebbe drasticamente il costo delle singole missioni.

Sfide

Naturalmente, la prospettiva di creare interessi minerari sulla luna presenta anche alcune serie sfide. Ad esempio, qualsiasi base sulla luna dovrebbe essere protetta dalle temperature superficiali, che vanno da molto basso ad alto – 100 K (-173,15 ° C;-279,67 ° F) a 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) – all'equatore e media 150 K (-123,15 ° C;-189,67 ° F) nelle regioni polari.

Anche l'esposizione alle radiazioni è un problema. A causa dell'atmosfera estremamente sottile e della mancanza di un campo magnetico, la superficie lunare riceve la metà delle radiazioni di un oggetto nello spazio interplanetario. Ciò significa che gli astronauti e/o i lavoratori lunari sarebbero ad alto rischio di esposizione ai raggi cosmici, protoni dal vento solare, e le radiazioni causate dai brillamenti solari.

Poi c'è la polvere di luna, che è una sostanza vetrosa estremamente abrasiva che si è formata da miliardi di anni di impatti di micrometeoriti sulla superficie. A causa dell'assenza di agenti atmosferici ed erosione, la polvere lunare non è arrotondata e può provocare danni ai macchinari, e rappresenta un pericolo per la salute. Peggio di tutto, si attacca a tutto ciò che tocca, ed è stata una grande seccatura per gli equipaggi dell'Apollo!

E mentre la gravità inferiore è attraente per quanto riguarda i lanci, non è chiaro quali saranno gli effetti a lungo termine sulla salute degli esseri umani. Come hanno dimostrato ricerche ripetute, l'esposizione a gravità zero per periodi di un mese provoca degenerazione muscolare e perdita di densità ossea, così come una ridotta funzione degli organi e un sistema immunitario depresso.

Inoltre, ci sono i potenziali ostacoli legali che l'estrazione mineraria lunare potrebbe presentare. Ciò è dovuto al "Trattato sui principi che regolano le attività degli Stati nell'esplorazione e nell'uso dello spazio extraatmosferico, compresi la luna e gli altri corpi celesti" - altrimenti noto come "Trattato sullo spazio esterno". In conformità con questo trattato, che è supervisionato dall'Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari spaziali, nessuna nazione è autorizzata a possedere terra sulla luna.

E mentre ci sono state molte speculazioni su una "scappatoia" che non vieta espressamente la proprietà privata, non c'è consenso legale su questo. Come tale, poiché la prospezione lunare e l'estrazione mineraria diventano più una possibilità, dovrà essere elaborato un quadro giuridico che assicuri che tutto sia in crescita.

Anche se potrebbe essere molto lontano, non è irragionevole pensare che un giorno, potremmo estrarre la luna. E con le sue ricche forniture di metalli (che include i REM) che entrano a far parte della nostra economia, potremmo guardare ad un futuro caratterizzato dalla post-scarsità!