Siitä lähtien kun aloimme lähettää miehitettyjä operaatioita Kuulle, ihmiset ovat haaveilleet päivästä, jolloin voisimme jonain päivänä siirtää sen. Kuvittele vain, kuun pinnalla oleva asunto, jossa jokainen tuntee jatkuvasti vain noin 15% yhtä raskaana kuin täällä maan päällä. Ja vapaa-ajallaan kolonistit joutuvat tekemään kaikenlaisia viileitä tutkimusretkiä pinnan yli kuunreiteillä. Täytyy myöntää, se kuulostaa hauskalta!
Viime aikoina on ehdotettu ajatusta kaivoksen etsinnästä ja kaivoksesta Kuussa. Tämä johtuu osittain uudistetusta avaruustutkimuksesta, mutta myös yksityisten ilmailualan yritysten ja NewSpace-teollisuuden noususta. Tulevien vuosien ja vuosikymmenten kuun aikatauluihin suuntautuvien matkojen kanssa näyttää loogiselta ajatella, kuinka voisimme perustaa sinne myös kaivosteollisuuden ja muun teollisuuden?
Ehdotetut menetelmät:
Kaivostoiminnan perustamiseksi Kuulle on tehty useita ehdotuksia; alun perin NASA: n kaltaisten avaruusjärjestöjen toimesta, mutta viime aikoina yksityisten etujen perusteella. Monet varhaisimmista ehdotuksista tehtiin 1950-luvulla vastauksena avaruuskilpailuun, jonka mukaan kuun siirtokunta oli kuun etsinnän looginen tulos.
Esimerkiksi vuonna 1954 Arthur C. Clarke ehdotti kuun perustaa, jossa puhallettavat moduulit peitettiin kuun pölyyn eristystä varten ja viestinnät toimitettiin puhallettavalla radio mastolla. Ja vuonna 1959 John S. Rinehart - Colorado Mines Schoolin kaivostoiminnan laboratorion johtaja - ehdotti putkimaista alustaa, joka “kelluisi” pinnan yli.
Siitä lähtien NASA, Yhdysvaltain armeija ja ilmavoimat ja muut avaruusjärjestöt ovat antaneet ehdotuksia kuunsiirron perustamiseksi. Kaikissa tapauksissa nämä suunnitelmat sisälsivät resurssien käyttöasteita, jotta pohja olisi mahdollisimman omavarainen. Nämä suunnitelmat olivat kuitenkin edeltäneet Apollon ohjelmaa, ja niistä päästiin luopumaan sen päätyttyä. Vain muutaman viime vuosikymmenen aikana on tehty jälleen yksityiskohtaisia ehdotuksia.
Esimerkiksi Bushin hallintokauden aikana (2001-2009) NASA kiinnosti mahdollisuutta luoda ”kuun etupiste”. Yhdessä heidän avaruustutkimuksen visiotaansa (2004) koskevan suunnitelman kanssa kehotettiin rakentamaan pohja Kuulle vuosina 2019 - 2024. Yksi tämän suunnitelman keskeisistä näkökohdista oli ISRU-tekniikoiden käyttö hapen tuottamiseksi ympäröivästä regolitista.
Obaman hallinto peruutti nämä suunnitelmat ja korvasi Mars Direct -operaatiosuunnitelman (joka tunnetaan NASA: n "Marss Marsiin"). Vuonna 2014 pidetyn työpajan aikana NASAn edustajat tapasivat kuitenkin Harvardin geneetikon George Churchin, X-palkinnon säätiön Peter Diamandiksen ja muiden asiantuntijoiden keskustellakseen edullisista vaihtoehdoista palaamiseksi kuuhun.
Työpajapaperit, jotka julkaistiin erityisnumerossa Uusi tila, kuvaavat, kuinka ratkaisu voitaisiin rakentaa Kuulle vuoteen 2022 mennessä vain 10 miljardilla dollarilla. Lehtien mukaan halpapohjainen perusta olisi mahdollista avaruuteen laukaisemisen liiketoiminnan kehittämisen, NewSpace-teollisuuden, 3D-tulostuksen, autonomisten robotien ja muiden äskettäin kehitettyjen tekniikoiden ansiosta.
Joulukuussa 2015 järjestettiin kansainvälinen symposium, jonka otsikko oli ”Kuu 2020-2030 - uusi aikakausi koordinoidulle ihmiselle ja robotille”, avaruustutkimus- ja teknologiakeskuksessa. Tuolloin ESAn uusi pääjohtaja (Jan Woerner) kertoi viraston toiveesta luoda kansainvälinen kuunpohja robottityöntekijöitä, 3D-tulostustekniikoita ja in situ -resurssien hyödyntämistä käyttämällä.
NASA perusti vuonna 2010 robottikaivoskilpailun, joka on vuosittainen kannustinpohjainen kilpailu, jossa yliopisto-opiskelijat suunnittelevat ja rakentavat robotteja navigoidakseen simuloidussa Marsin ympäristössä. Yksi kilpailun tärkeimmistä näkökohdista on robottien luominen, jotka voivat luottaa ISRU: hon muuttamaan paikalliset resurssit käyttökelpoisiksi materiaaleiksi. Tuotetut sovellukset ovat todennäköisesti hyödyllisiä myös tulevissa kuukausimatkoissa.
Muilla avaruusjärjestöillä on myös suunnitelmat kuun tukikohdista tulevina vuosikymmeninä. Venäjän avaruusjärjestö (Roscosmos) on julkaissut suunnitelman kuun tukikohdan rakentamisesta vuoteen 2020 mennessä, ja Kiinan kansallinen avaruusjärjestö (CNSA) ehdotti tällaisen tukikohdan rakentamista samanlaisessa aikataulussa Chang'e-ohjelman menestyksen ansiosta.
Ja NewSpace-ala on myös tuottanut mielenkiintoisia ehdotuksia myöhään. Vuonna 2010 ryhmä Piilaakson yrittäjiä kokoontui luomaan Moon Express -yhtiön, joka on yksityinen yritys, joka aikoo tarjota kaupallisia kuunrobottien kuljetus- ja datapalveluita sekä pitkän tähtäimen tavoitteen - Kuun louhinta. Heistä tuli joulukuussa 2015 ensimmäinen yritys, joka kilpaili Lunar X -palkinnosta ja rakensi ja testaa robottilaskurin - MX-1.
Vuonna 2010 käynnistettiin Arkyd Astronautics (nimeltään Planetary Resources vuonna 2012), jonka tarkoituksena on kehittää ja ottaa käyttöön asteroidien louhinnan tekniikoita. Vuonna 2013 perustettiin Deep Space Industries samalla tarkoituksella. Vaikka nämä yritykset ovat keskittyneet pääasiassa asteroideihin, vetovoima on suurelta osin sama kuin kuun kaivostoiminta - joka laajentaa ihmiskunnan resurssipohjaa maan ulkopuolelle.
Resurssit:
Apollo-operaatioiden toimesta palaamien kuukivien tutkimuksen perusteella tutkijat ovat oppineet, että kuun pinta on runsaasti mineraaleja. Niiden kokonaiskoostumus riippuu siitä, olivatko kivet peräisin kuun mariasta (suuret, tummat basaaliset tasangot, jotka muodostuivat kuunpurkauksista) vai kuun ylängöiltä.
Kuun mariasta saaduissa kiveissä oli suuria jälkiä metalleista, joissa oli 14,9% alumiinioksidia (Al²O 3), 11,8% kalsiumoksidia (kalkki), 14,1% rautaoksidia, 9,2% magneesiaa (MgO), 3,9% titaanidioksidia (TiO 2) ja 0,6% natriumia oksidi (Na20). Ne, jotka on saatu kuun yläosista, ovat koostumukseltaan samanlaisia, sisältäen 24,0% alumiinioksidia, 15,9% kalkkia, 5,9% rautaoksidia, 7,5% magneesiaa ja 0,6% titaanidioksidia ja natriumoksidia.
Nämä samat tutkimukset ovat osoittaneet, että kuukausikivet sisältävät suuria määriä happea, pääasiassa hapettuneiden mineraalien muodossa. Suoritettiin kokeita, jotka ovat osoittaneet, kuinka tämä happi voitaisiin erottaa antamaan astronauteille hengittävä ilma, ja jota voitaisiin käyttää veden ja jopa rakettipolttoaineen valmistukseen.
Kuussa on myös harvinaisten maametallien (REM) pitoisuuksia, jotka ovat houkuttelevia kahdesta syystä. Yhtäältä REM-laitteista tulee yhä tärkeämpiä maailmantaloudessa, koska niitä käytetään laajasti elektronisissa laitteissa. Toisaalta Kiina hallitsee 90 prosenttia nykyisistä REM-varannoista; joten jotkut pitävät jatkuvaa pääsyä ulkopuoliseen lähteeseen kansallisen turvallisuuden asiaksi.
Samoin Kuussa on merkittäviä määriä vettä sen kuunrekolitomissa ja pysyvästi varjostuilla alueilla sen pohjoisilla ja eteläisillä napa-alueilla. Tämä vesi olisi myös arvokas rakettipolttoaineen lähteenä, puhumattakaan astronautien juomavedestä.
Lisäksi kuukausikivet ovat paljastaneet, että myös Kuun sisustus voi sisältää merkittäviä vesilähteitä. Ja kuun maaperän näytteistä on laskettu, että adsorboitunut vesi voisi esiintyä pitoisuuksilla 10 - 1 000 miljoonasosaa. Alun perin oli kuitenkin, että vesikonsentraatiot kuunkiviissä olivat seurausta saastumisesta.
Mutta siitä lähtien useat virkamatkat eivät ole vain löytäneet vesinäytteitä kuun pinnalta, vaan paljastaneet todisteita siitä, mistä se tuli. Ensimmäinen oli Intian oma Chandrayaan-1 Suoritusmatka, joka lähetti iskulaitteen kuun pintaan 18. marraskuuta 2008. Iskutunnistimen Chandran korkeussuuntainen koostumusmittari (CHACE) löysi 25 minuutin laskeutumisen aikana todisteita vedestä Kuun ohuessa ilmakehässä.
Maaliskuussa 2010 Mini-RF-instrumentti aluksella Chandrayaan-1 löysi Kuun pohjoisnavan läheltä yli 40 pysyvästi tummennettua kraatteria, joiden oletetaan sisältävän jopa 600 miljoonaa tonnia (661,387 miljoonaa Yhdysvaltain tonnia) vesijäätä.
Marraskuussa 2009 NASA LCROSS-avaruuskoetin teki samanlaisia löytöjä eteläisen napa-alueen ympärillä, ja iskuelementtinä, jonka se lähetti pintaan, potkaisi materiaalin, jonka osoitettiin sisältävän kiteistä vettä. Vuonna 2012 Lunar Reconnaissance Orbiterin (LRO) suorittamat tutkimukset paljastivat, että jään osuus on 22% Shakleton-kraatterin (sijaitsee etelänapaisella alueella) lattian materiaalista.
On ajateltu, että kaikki tämä vesi toimitettiin yhdistelmällä mekanismeja. Yhdessä, säännöllisesti vesipitoisten komeetojen, asteroidien ja meteoroidien suorittamat pommitukset geologisissa aikatauluissa olisivat voineet talletella suuren osan siitä. On myös väitetty, että sitä tuottavat paikallisesti auringon tuulen vetyionit yhdistäen happea sisältävien mineraalien kanssa.
Mutta kenties arvokkain hyödyke Kuun pinnalla voi olla helium-3. Helium-3 on atomin, jota aurinko säteilee suurina määrinä, ja se on sivutuote fuusioreaktioista, jotka tapahtuvat sisällä. Vaikka helium-3: lle on nykyään vähän kysyntää, fyysikot uskovat niiden toimivan ihanteellisena polttoaineena fuusioreaktoreille.
Auringon aurinkotuuli kuljettaa helium-3 pois auringosta ja avaruuteen - lopulta kokonaan aurinkojärjestelmästä. Mutta helium-3-hiukkaset voivat kaatua esineisiin, jotka ovat matkalla, kuten Kuu. Tutkijat eivät ole löytäneet mitään helium-3-lähteitä täältä maapallolta, mutta se näyttää olevan Kuussa suurina määrinä.
Edut:
Kaupallisesta ja tieteellisestä näkökulmasta on useita syitä, miksi Kuun louhinta olisi hyödyllistä ihmiskunnalle. Ensinnäkin on ehdottoman välttämätöntä suunnitelmissa rakentaa ratkaisu Kuulle, koska in situ -varojen hyödyntäminen (ISRU) olisi huomattavasti kustannustehokkaampaa kuin materiaalien kuljettaminen Maasta.
Lisäksi ennustetaan, että 2000-luvulle ehdotetut avaruustutkimustoimet vaativat suuria määriä materiaaleja. Se, mikä kaivataan Kuussa, päästäisiin avaruuteen murto-osalla kustannuksista siitä, mitä täällä maan päällä louhitaan, johtuen Kuun paljon alhaisemmasta painovoimasta ja poistumisnopeudesta.
Lisäksi Kuulla on runsaasti raaka-aineita, joihin ihmiskunta luottaa. Aivan kuten maapallo, se koostuu silikaattikiveistä ja metalleista, jotka on erotettu geokemiallisesti erillisistä kerroksista. Ne koostuvat rautapitoisesta sisemmästä ytimestä ja rautapitoisesta nestemäisestä ytimestä, osittain sulasta rajakerroksesta ja kiinteästä vaipasta ja kuoresta.
Lisäksi on jo jonkin aikaa tunnustettu, että kuun tukikohta - joka sisältäisi resurssitoimenpiteet - olisi siunaus aurinkojärjestelmään kauemmas tehtäviin. Tulevien vuosikymmenten Marsiin, ulkoiseen aurinkokuntaan tai jopa Venukseen ja elohopeaan suuntautuvissa operaatioissa kyky tulla uudelleen kuun etupostista vähentäisi yksittäisten operaatioiden kustannuksia rajusti.
Haasteet:
Luonnollisesti kaivostoiminnan kiinnostaminen Kuulle asettaa luonnollisesti myös joitain vakavia haasteita. Esimerkiksi mikä tahansa Kuun pohja olisi suojattava pinnan lämpötiloilta, jotka vaihtelevat erittäin matalasta korkeaseen - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) - 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F). - päiväntasaajalla ja keskimäärin 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) napa-alueilla.
Säteilyaltistus on myös ongelma. Äärimmäisen ohuen ilmakehän ja magneettikentän puutteen vuoksi kuun pinta kokee puolet enemmän säteilyä kuin esine planeettavälisessä tilassa. Tämä tarkoittaa, että astronautit ja / tai kuun työntekijät ovat suuressa vaarassa altistua kosmisille säteille, aurinkotuulen protoneille ja aurinkolamppujen aiheuttamalle säteilylle.
Sitten on Kuu-pöly, joka on erittäin hankaava lasimainen aine, joka on muodostunut miljardeja vuosia mikrometeoriittien vaikutuksesta pintaan. Sään sään ja eroosion puuttuessa kuut pöly on maata mahdotonta ja voi aiheuttaa tuhoa koneille, ja se on vaaraksi terveydelle. Pahinta, se tarttuu kaikkeen, mitä koskettaa, ja oli merkittävä haitta Apollo-miehistöille!
Ja vaikka alhaisempi painovoima on houkutteleva kaatopaikkojen kannalta, on epäselvää, mitkä sen pitkäaikaiset terveysvaikutukset ovat ihmisiin. Kuten toistuvat tutkimukset ovat osoittaneet, altistuminen nollapainolle kuukauden pituisina ajanjaksoina aiheuttaa lihasten rappeutumista ja luutiheyden menettämistä, samoin kuin heikentynyttä elinten toimintaa ja masentunutta immuunijärjestelmää.
Lisäksi on olemassa mahdollisia juridisia esteitä, joita kuun louhinta voi aiheuttaa. Tämä johtuu "Perustamissopimuksesta valtioiden toimintaa tutkittaessa ja käytettäessä ulkoavaruutta, mukaan lukien kuu ja muut taivaalliset elimet" - tunnetaan muuten nimellä "ulkoavaruuden sopimus". Tämän Yhdistyneiden Kansakuntien ulkoavaruusministeriön valvoman sopimuksen mukaan kenelläkään maalla ei ole lupaa omistaa maata Kuussa.
Ja vaikka "porsaanreikästä", jota ei nimenomaisesti kielletä yksityisomistuksessa, on spekuloitu, asiasta ei ole oikeudellista yksimielisyyttä. Sellaisenaan, kun kuun etsintä ja kaivostoiminta muuttuvat yhä suuremmaksi mahdollisuudeksi, on laadittava oikeudellinen kehys, jolla varmistetaan, että kaikki on ajan tasalla.
Vaikka se voi olla kaukana, ei ole kohtuutonta ajatella, että joskus voisimme kaivata Kuun. Ja kun rikkaiden metallien (mukaan lukien REM: t) saatavuudesta tulee osa talouttamme, voisimme tarkastella tulevaisuutta, jolle on ominaista jälkipuute!
Olemme kirjoittaneet monia artikkeleita Kuun louhinnasta ja siirtokuntista täällä Space Magazine -lehdessä. Tässä ovat kuka olivat ensimmäiset miehet kuuhun ?, mitkä olivat ensimmäiset kuun laskut ?, kuinka moni ihminen on kävellyt kuuhun ?, voitko ostaa maata kuuhun? Ja rakentaa avaruuspohjaa, osa 1: miksi kaivokseni Kuu vai asteroidi?
Lisätietoja saat tarkistamalla tämä infokuva Moon Miningista NASA: n Jet Propulsion -laboratoriosta.
Astronomy Cast -teoksessa on myös mielenkiintoisia jaksoja aiheesta. Kuuntele täällä - Jakso 17: Mistä Kuu tuli? jakso 113: Kuu - osa I.
Lähteet:
- NASA: Aurinkokunnan tutkimus - Maan kuu
- NASA - Helium 3 -imulaation simulointi Lunar Ilmeniteltä
- Wikipedia - Kuu
- Wikipedia - Kuun siirtäminen
