¿Será viable algún día extraer la Luna y extraer los recursos allí para algo útil? La Ciencia y la Tecnología mejoran el futuro

Si es factible. Hay un largo camino para que sea factible en principio y un negocio real, pero hay muchas posibilidades para explorar.

Las principales sugerencias incluyen volátiles de los polos, que suministran agua y el agua se divide en hidrógeno y oxígeno como combustible, a LEO, donde la Luna tiene la ventaja de que exportar es mucho más fácil que desde la Tierra, metales preciosos para exportar a la Tierra como el platino, que puede estar allí como resultado de los impactos de meteoritos ricos en hierro y asteroides gigantes, y muchos recursos sugirieron que podrían usarse in situ en la Luna. También podríamos crear paneles solares en la Luna. Es útil para fabricar productos electrónicos debido al vacío duro. Hay algunos procesos que puedes hacer fácilmente en la Luna que serían difíciles de hacer en la Tierra porque es muy difícil obtener un vacío lo suficientemente fuerte como para hacerlos.

Hay varios libros de entusiastas de Moon que describen esto en detalle, cómo funcionaría. Paul Spudis es uno, con su libro más reciente, The Value of the Moon: How to Explore, Live, and Prosper in Space Using the Moon’s Resources. Otro es Dennis Wingo, CEO de Skycorp, y autor de Moonrush, ver su artículo reciente y su aparición en el Space Show. Otros incluyen Madhu Thangavelu, David Schrunk y otros autores y colaboradores de The Moon: Resources, Future Development and Settlement. Vea también el artículo de David Schrunk, Planet Moon Philosophy, y su aparición en The Space Show.

Primero hice un resumen de algunos de los principales recursos en la Luna para mi Caso para la Luna. El resto de esta respuesta consiste en extractos de la sección La Luna es rica en recursos de mi libro de Kindle.

RECURSOS VOLÁTILES

Tenemos evidencia bastante buena ahora de hielo en los polos, en cráteres permanentemente sombreados, que se cree que son relativamente puros y de al menos un par de metros de espesor según los datos de radar de un instrumento de la NASA que vuela en el orbitador lunar Chandrayaan-1 de la India.

Sin embargo, no es una detección directa, por lo que todavía hay espacio para el escepticismo al respecto, ya que el material áspero tendría la misma firma de radar que el hielo transparente de radar. Pero los cráteres que son ásperos cuando son nuevos, son ásperos tanto dentro como fuera del borde del cráter. Si bien estas firmas se encuentran solo dentro de los cráteres y no fuera de las llantas, interpretan que significan que son causadas por hielo. Las temperaturas también son adecuadas para el hielo.

Si es hielo, podría ser “hielo esponjoso”.

“No conocemos las características físicas de este hielo (hielo sólido, denso o” castillo de hadas “), el hielo similar a la nieve tendría propiedades de radar similares. En posible apoyo de este último, el albedo de radar bajo y valores de CPR más bajos que los típicos para el terreno no anómalo cerca de los cráteres polares son 0.2–0.3, algo más bajo de lo normal para el terreno de las tierras altas no polares de la Luna y sugieren la presencia de una superficie “esponjosa” de baja densidad “.
(página 13 de Evidencia de hielo de agua en la luna: Resultados de polar anómalo)

En cualquier caso, no es solo un poco de hielo; si esto es lo que detectaron, se estima que hay al menos 600 millones de toneladas métricas de esto, y posiblemente mucho más.

También contiene otros volátiles. Sabemos con certeza que hay algo de hielo en la Luna, por el experimento de impacto LCROSS. Relativo a H

O al 100% encontraron H2S al 16.75%, NH3 al 6.03% SO2 al 3.19%, C2H4 al 3.12%, CO2 al 2.17%.

Entonces, si el resto del hielo en los polos tiene una constitución similar al sitio de impacto, es mucho nitrógeno (en el amoníaco) y CO

en la luna en los polos.

Por otro lado, se necesita precaución ya que no se trata de detección directa. Los resultados de LEND (búsqueda de hidrógeno a través de emisiones reducidas de neutrones de un tipo particular) son particularmente desconcertantes, ya que casi no hay semejanza entre su mapa y el mapa miniSAR.

Mapa LEND: en esta imagen, el azul es una emisión de neutrones reducida y muestra ubicaciones probables de hidrógeno. 0 grados de longitud está en la parte superior.

Detectaron hidrógeno, pero de manera desconcertante, no estaba correlacionado con las regiones permanentemente sombreadas: había algo de hidrógeno en regiones permanentemente sombreadas, y algunas también en regiones iluminadas. Un artículo reciente sugiere que el hielo mezclado en el regolito en regiones iluminadas puede ser hielo antiguo que sobrevivió a un cambio menor del eje lunar. Según una hipótesis, estos pueden ser depósitos antiguos de más de tres mil millones de años antes de la actividad volcánica, que cambió la actividad volcánica. eje polar ligeramente por desplazamiento de material.

Se ha propuesto una nueva misión LEND que involucra pases bajos sobre los polos a altitudes tan bajas como unos pocos kilómetros, para obtener resultados de mayor resolución.

La Luna también puede tener hielo en latitudes más bajas, ya que hay regiones sombreadas permanentemente hasta 58 grados de los polos (solo 32 grados del ecuador). Aunque estas regiones son demasiado cálidas para tener hielo en la superficie, puede haber hielo allí bajo tierra. Ver hielo puede acechar en las sombras más allá de los polos de Moon (Nature, 2012).

En cualquier caso, la Luna parece tener recursos de hielo en los polos (aunque de manera memorable, Patrick Moore en uno de los últimos programas de Sky at Night dijo que creería que hay hielo en los polos cuando alguien lo trajo) un vaso de agua de la luna). Se necesita más investigación para averiguar cuánto hay y dónde está.

RIELES

Los críticos a menudo dicen que la Luna no está diferenciada y no tiene ningún proceso para concentrar minerales. Aunque la Luna no tiene agua líquida, por lo que todos los procesos que involucran la concentración de recursos a través de la erosión hídrica no funcionarán, todavía tiene muchos procesos que pueden concentrar minerales. Incluso:

Cristalización fraccionada : a medida que la fusión se enfría, algunos minerales cristalizan a una temperatura más alta que otros, por lo que se forman primero. Luego se asientan o flotan, por lo que eliminan los componentes químicos que los componen de la mezcla, por lo que cambian su fórmula y hacen que se formen nuevos cristales en una secuencia.
Asentamiento gravitacional , el material de menor masa flota hacia la parte superior.
La desgasificación volcánica puede concentrar materiales como hierro, azufre, cloro, zinc, cadmio, oro, plata y plomo.
Los procesos que conducen a la condensación de volátiles en los polos , lo que parece que también puede concentrar plata
¿Procesos exclusivos de Moo n (quizás la levitación electrostática del polvo puede concentrar materiales)?
Volátiles traídos como parte del viento solar
Los impactos de asteroides y micrometeoritos llevan materiales de los asteroides a la superficie lunar, como hierro y posiblemente metales del grupo del platino, etc.

La Luna tiene muchos minerales valiosos para metales. Por ejemplo, las regiones de las tierras altas (probablemente la corteza original de la Luna) consisten principalmente en anortita (una forma de feldespato, fórmula CaAl2Si2O8) que es 20% de aluminio, en comparación con 25% de aluminio para la bauxita en la Tierra. Por lo tanto, los minerales de aluminio son abundantes en la Luna, de hecho, órdenes de magnitud más abundantes que en los asteroides típicos, pero requiere mucha energía para extraer el aluminio del mineral. Ya sea una planta de energía nuclear o grandes áreas de paneles solares. Crawford, en su “Recursos lunares: una revisión”, dice esto sobre el aluminio en la Luna:

“El aluminio (Al) es otro metal potencialmente útil, con una concentración en los regolitos de las tierras altas lunares (típicamente 10-18% en peso) que es un orden de magnitud mayor que el que ocurre en las fuentes asteroides probables (es decir, ~ 1% en peso en conditas carbonosas y ordinarias, y <0.01% en peso en meteoritos de hierro; .Se deduce que, en cuanto a Ti, la Luna puede convertirse en la fuente preferida de Al en el espacio cis-lunar. La extracción de Al requerirá la descomposición de la plagioclasa anortítica (CaAl2Si2O8), que es ubicua en el tierras altas lunares, pero esto requerirá mucha energía (por ejemplo, mediante electrólisis de magma o reducción carbotérmica; los procesos alternativos, posiblemente menos intensivos en energía, incluyen el proceso de fluoración propuesto por Landis, la digestión ácida del regolito para producir óxidos puros seguido de la reducción de Al2O3 (Duke et al.), o una variante del proceso electroquímico de sales fundidas descrito por Schwandt et al . ”

Extraer esto para el aluminio crearía calcio como un subproducto, que es útil como conductor en condiciones de vacío, un conductor mejor que el peso de cobre para el peso: necesita la mitad de la masa para la misma cantidad de electricidad. (El cobre funciona mejor que el calcio por volumen porque es 5.8 veces más denso, por supuesto, también es mucho más práctico en una atmósfera porque el calcio reacciona vigorosamente con el aire, pero eso no es un problema para los conductores que operan en un vacío lunar, y en aplicaciones espaciales, la masa reducida puede ser una ventaja).

“El calcio metálico no se usa como conductor en la Tierra simplemente porque el calcio se quema espontáneamente cuando entra en contacto con el oxígeno (al igual que el magnesio puro en las bombillas de las cámaras). Pero en entornos de vacío en el espacio, el calcio se vuelve atractivo.

“El calcio es un mejor conductor eléctrico que el aluminio y el cobre. La conductividad del calcio también se mantiene mejor contra el calentamiento. Un par de figuras, el ingeniero de minas David Kuck, retiró de la literatura científica:” En [20C, 68F], el calcio conducirá 16.7% más electricidad que el aluminio, y a [100C, 212F] conducirá un 21.6% más de electricidad a través de un centímetro de longitud y un gramo de masa del metal respectivo “. En comparación con el cobre, el calcio conducirá dos veces y media más electricidad a 20C , 68F y 297% tanto a 100C, 212F.

“Al igual que el cobre, el calcio metal es fácil de trabajar. Es fácil de moldear, mecanizar, extruir en alambre, prensado y martillado.

“Como se esperaría de un elemento de las tierras altas, el calcio es liviano, aproximadamente la mitad de la densidad del aluminio. Sin embargo, el calcio no es un buen material de construcción porque no es fuerte. El calcio también se sublima (evapora) lentamente al vacío, por lo que puede ser necesario para recubrir partes de calcio para evitar que el calcio cubra lentamente otras superficies importantes como espejos. De hecho, el calcio a veces se usa para desoxidar algunas superficies metálicas. El calcio no se funde hasta 845C (1553F).

“La utilización de materiales lunares verá la introducción de aplicaciones industriales de calcio metal en el espacio”.

De la sección sobre Minería de la Luna en permanente – por Mark Evan Prado, físico en la región de Washington, DC, que trabaja para el Pentágono en planificación avanzada en el programa espacial.

La Luna es deficiente en cobre, al menos sobre la base de lo que se conoce hasta ahora, pero además del calcio, el aluminio es un buen conductor.

El experimento LCROSS encontró plata (un excelente conductor) y mercurio en el sitio del impacto, pero la concentración no se conoce, excepto que es mucho más alta que los niveles en las muestras de Apolo, y probablemente está en una capa debajo de la superficie, ya que La señal se retrasó. Ver misión LCROSS puede haber golpeado plata en la luna.

Tiene abundante hierro; además de los minerales (que necesitarían mucha energía para extraer), en realidad tiene metal de hierro libre

De impactos de meteoritos
“Ampollas” del tamaño de un nanómetro liberadas de la roca por el hidrógeno en el viento solar que reacciona con óxidos de hierro
Partículas de hierro concentradas de los materiales de origen para el regolito.

Ya está en forma de polvo y se alea naturalmente con níquel y cobalto. Las ampollas, o “hierro nanofásico” se encuentran dentro de las partículas de vidrio de impacto, por lo que sería difícil de extraer. Sin embargo, el resto está formado por pequeñas partículas de hierro puro, por lo que lo más obvio es tratar de separarlas con imanes potentes. Sin embargo, son bastante pequeños, la mayoría tienen menos de un micrón de diámetro, lo que podría ser un desafío. Si podemos separarlos, podemos obtener cinco kilogramos de hierro, 300 gramos de níquel y aproximadamente medio gramo de platino, oro, etc. (metales del grupo del platino) en cada metro cúbico de regolito, como metal puro, lo que es más. (Esto resume parte de la sección 5, Metales de Crawford)

Lo basa en un artículo de 1980 de Morris y particularmente en su conclusión, que utiliza un modelo para interpretar los datos. Taylor y Meeks en la sección Vidrio aglutinítico versus tamaño y madurez del grano (página 133) en su artículo sugieren que quizás la mayor parte del hierro está en forma de nanofase, mezclado con el vidrio y difícil de extraer.

Sin embargo, no necesitamos especular más, ya que Jayashree Sridhar et al del Centro Espacial Johnson de la NASA han realizado el experimento utilizando muestras reales de regolito lunar. Ver Extracción de metales meteoríticos del regolito lunar, ¡y tuvieron éxito! El hierro nanofásico era un problema, pero pudieron solucionarlo variando la configuración experimental. Al variar el tamaño de la partícula, la fuerza de los imanes y los detalles de la técnica podrían extraer más del 80% del hierro meteorítico en algunas de las pruebas. Concluyen:

“Los resultados experimentales indican una promesa para la extracción de metales meteoríticos del regolito lunar. Sin embargo, se necesita más trabajo para refinar la técnica y comprender más sobre las variables que afectaron nuestros resultados”.

El hierro es valioso para el acero, y también es un conductor, aunque no tan bueno como el aluminio o el calcio. Sería útil para algunas aplicaciones, como los ferrocarriles eléctricos en Marte, y es un conductor de fácil acceso en las primeras etapas.

También el níquel y el hierro son útiles para fabricar baterías de níquel / hierro. Estos podrían ser útiles para fabricar baterías en la Luna con recursos in situ, por ejemplo, para ayudar a durar toda la noche lunar.

“Las baterías de hierro y níquel son muy resistentes. Sus ciclos de vida útil que pueden exceder los 20 años no se ven afectados por el calor, el frío o el ciclo profundo. No se dañan fácilmente con la descarga rápida o la sobrecarga. En el lado negativo, tienen un bajo rendimiento a baja temperaturas, pero se pueden mantener calientes con aislamiento (por ejemplo, regolito simple) y wadis térmicos. Además, solo tienen una carga para una eficiencia de descarga del 65% y se autodescargan a razón de 20% a 40% por mes. A pesar de estas deficiencias , podrían ser los sistemas de almacenamiento de energía de elección de la Luna debido a su simplicidad y la disponibilidad de sus materiales componentes en la Luna. Además, estos materiales se encuentran entre los materiales más fáciles de producir en la Luna “.
Consulte Almacenamiento de energía eléctrica utilizando solo materiales lunares.

Entonces, también tienes titanio. Esto es especialmente interesante ya que es raro en los asteroides. Las muestras del Apolo 17 son 20% de Ilmenita de alta pureza, un mineral de titanio que se encuentra en la yegua lunar. Y mejor que eso, el Orbitador de Reconocimiento Lunar, con su mapeo espectral de la Luna, descubrió depósitos que son hasta 10% de titanio, más de diez veces más altos que los minerales de titanio en la Tierra. (Informe de Phys.org, imagen de la NASA). El titanio es un metal industrialmente deseable, más fuerte por unidad de peso que el aluminio (aunque es un mal conductor).

El titanio también se usa ampliamente en la medicina para el reemplazo de cadera, implantes dentales, etc., como “uno de los pocos metales en los que el hueso humano puede crecer firmemente” , vea también esta nueva aleación de titanio / oro cuatro veces más resistente que el titanio

El titanio es especialmente útil para aplicaciones médicas porque

Forma una capa de óxido de titanio inerte y estable espontáneamente
Tiene una alta relación resistencia / peso
No se filtra a la sangre y otros ambientes acuosos debido a su baja tasa de formación de iones
Es uno de los pocos materiales que puede integrarse directamente en los tejidos óseos vivos (osteointegración) sin ninguna capa de tejido blando en el medio

Crawford escribe (página 17):

“Por lo tanto, en el contexto de una futura economía espacial, la Luna puede tener una ventaja significativa sobre los asteroides como fuente de Ti. El hecho de que el oxígeno también se produzca como resultado de la producción de Ti a partir de ilmenita podría hacer que la producción combinada de Ti / O2 sea una de las industrias futuras económicamente más atractivas en la Luna.

Para más información sobre esto, vea los principales minerales lunares. Y para un estudio en profundidad, lea la reseña de Crawford.

Entonces, sí, hay muchos metales en la Luna, pero podría tomar mucha energía extraerlos, aparte del hierro, si eso se puede separar usando imanes.

Y eso se basa principalmente en los resultados de Apolo que exploraron una pequeña región de la superficie lunar que, de alguna manera, se ha demostrado que no es representativa. La Luna puede tener muchas otras sorpresas en la tienda. Muchos minerales en la Tierra no se detectarían desde la órbita, y parece que la Luna también tiene una geología bastante compleja.

Como ejemplo de una forma en que la Luna podría sorprendernos: la Tierra a menudo es golpeada por meteoritos de hierro, por lo que la Luna también debería serlo. La pregunta principal es, cómo Dennis Wingo ha planteado la hipótesis en su libro Moonrush, de que la Luna también puede tener valiosos metales del grupo del platino que podrían extraerse, como resultado del impacto de estos meteoritos de hierro.

Llevando esto más lejos, hay una hipótesis de Wieczorek et al. De que las anomalías magnéticas en la Luna alrededor del polo sur de la cuenca de Aitken pueden provenir de los restos del núcleo metálico de un gran asteroide diferenciado de 110 km de diámetro que golpeó la Luna para formar la cuenca. Si es así, podrían ser fuentes útiles de platino, oro, etc.

De Wieczorek et al, los polos norte y sur están marcados con N y S. Observe las anomalías magnéticas agrupadas alrededor de parte del borde de la cuenca Aitken del polo sur. Se cree que esto es el resultado de un impacto de un asteroide de 110 km de diámetro. Wieczorek et al plantean la hipótesis de que las anomalías magnéticas trazan los restos del núcleo metálico de este asteroide. De ser así, estos podrían ser minerales ricos, como hierro, níquel, también platino y otros metales del grupo del platino (oro, rodio, etc.). Consulte la página 16 de los Recursos lunares de Crawford: una revisión

El platino es un metal particularmente útil. Es pesado, suave, maleable como el oro y la plata, es fácil de dibujar en cables, no reacciona y tiene un alto punto de fusión. De oro, plata, platino y cobre, el platino es el más denso, el más duro y el menos reactivo (los otros son algo mejores en términos de conductividad eléctrica y térmica y maleabilidad, pero tampoco es tan malo para ellos). Por lo tanto, no solo es útil para convertidores catalíticos, celdas de combustible, empastes dentales y joyas. Probablemente también lo usaríamos bastante de otras maneras si no costara tanto.

Los metales del grupo del platino podrían ser lo suficientemente valiosos como para regresar a la Tierra desde la Luna, tal como se sugiere para los asteroides, especialmente si hay agua para dividir y usar como combustible disponible en la Luna o una vez que instalen un controlador de masa en el Moo

Por supuesto, no puede simplemente tomar el valor de mercado actual del platino, multiplicarlo por la cantidad de platino disponible en un meteorito grande, o en la Luna si Wingo y Wieczorek et al tienen razón, y concluir que obtendría billones de dólares devolviendo todo ese platino a la Tierra y vendiéndolo aquí. Necesitas satisfacer una necesidad o eventualmente nadie la comprará. Si es solo para reemplazar el cobre, por ejemplo, en cables, no valdría la pena regresar a menos que pueda reducir el costo de transporte de regreso a la Tierra. Dennis Wingo sugirió en Moonrush que podría valer la pena exportarlo a la Tierra para usarlo como celdas de combustible, como una aplicación que podría ser de alto valor y, sin embargo, necesitaría mucho platino.

El oro también podría ser útil, al menos en la Luna. Normalmente no piensas en el oro como algo más decorativo que útil, pero se usa bastante en electrónica. También combinado con el abundante titanio en la Luna obtienes Ti3Au, una aleación con un 70% menos de desgaste, cuatro veces la dureza y una mayor biocompatibilidad en comparación con el titanio puro (y el doble de duro que el titanio / plata y las aleaciones de cobre y titanio). También es un 70% menos de desgaste que el titanio, una fricción más baja y cuatro veces más dura con una dureza de 800 HV en la prueba de dureza Vickers. Densidad casi igual que el acero.

(densidad de titanio: 4.43 g / cc. utilizando las masas atómicas de oro y titanio, multiplicando por (196.96657 + 3 * 47.867) / (4 * 47.867) * 4.43 = 7.88 aprox. En comparación, la densidad del acero es 7.75 g / cc).

El documento se centra en sus aplicaciones médicas: puede alear titanio con cobre o plata, que son dos veces más duros que el titanio puro, pero esto es cuatro veces más duro. También es un 70% más resistente al desgaste, lo que hará que dure más y provoque menos desechos. Y tiene excelentes propiedades de biocompatibilidad. Pero me pregunto si también podría tener aplicaciones lunares, con la dureza especialmente y la resistencia al desgaste.

Probablemente solo valdría la pena volver a los metales del grupo del platino a la Tierra, ya que será más fácil extraer los asteroides cercanos a la Tierra, especialmente los que consisten casi exclusivamente en metal puro. Sin embargo, sean o no útiles para la Tierra, vale la pena usarlos en la superficie lunar una vez que haya industria allí.

La Luna tiene algunas ventajas sobre Marte para los metales, como el hierro de nanofase puro mezclado con el regolito, que solo puede existir en forma oxidada en Marte, excepto los meteoritos de metales raros. Además, es poco probable que valga la pena comercialmente devolver metales de Marte, mientras que hay posibilidades definitivas de devolver metales de la Luna. Consulte Exportar materiales desde la Luna para conocer los métodos de bajo costo sugeridos en el futuro para exportar desde la Luna. Para analizar si algo físico podría valer la pena exportarlo desde Marte, consulte Valor comercial para Marte

VIDRIO LUNAR

Este es un efecto secundario beneficioso de todos los impactos de micrometeoritos en la Luna (que no se obtiene tanto en Marte con su atmósfera delgada, solo lo suficiente para filtrar los micrometeoritos). El “suelo” o regolito de la Luna contiene grandes cantidades de vidrio, creado durante los impactos. También vimos hierro libre, como vimos, en la mitad del uno por ciento del suelo, en pequeñas microesferas de hierro (nanofase de hierro) que concentran la energía de microondas. De nuevo, no tienes esto en Marte.

Como resultado, es muy rápido derretir el regolito usando microondas. Tomó solo 30 segundos derretir una pequeña muestra lunar a 250 vatios (típica de un microondas doméstico). Puedes derretir el suelo en vidrio tan fácilmente como puedes hervir agua usando el microondas de tu cocina. Ver cortacésped lunar. Esto solo funciona con tierra lunar genuina y no con los simulantes. No tenemos nada análogo al suelo lunar en la Tierra, como descubrió Larry Taylor, autor principal de este artículo: Sinterización por microondas del suelo lunar: propiedades, teoría y práctica. Él dice que la microestructura del auténtico regolito lunar, con cuentas de hierro nanofásicas dispersas por todas partes, sería casi imposible de simular.

Su idea (ver Productos del procesamiento de microondas del suelo lunar en la página 194 del documento) es ejecutar un “cortacésped lunar” sobre el suelo con dos filas de magnetrones (como generar microondas en una cocina de microondas). La primera fila lo sinterizaría a una profundidad de medio metro usando microondas. Luego, la segunda fila derrite completamente los 3-5 cm superiores del suelo, que luego se cristaliza en vidrio. Al hacerlo, se calentará y liberará la mayoría de las partículas del viento solar, especialmente hidrógeno, helio, carbono y nitrógeno. Por lo tanto, también podría capturar estos activos a medida que avanza, incluido el Helium 3, si esto resulta ser de valor económico.

Ver también El problema del polvo lunar: de la responsabilidad al activo. Esto también podría ser útil, por ejemplo, para un robot de pavimentación de paneles solares para fabricar paneles solares y otras aplicaciones.

Luego, está la idea de Behrokh Khoshnevis de hacer una plataforma de aterrizaje en la Luna usando azulejos hechos de vidrio lunar in situ. La idea es hacer que la superficie se convierta en muchos azulejos inyectando un material que no se pueda sinterizar fácilmente usando microondas en el suelo primero para delinear los bordes de los azulejos, luego use microondas para derretir el suelo en el medio.

Esto haría una superficie plana de azulejos para que los buques de suministro aterricen. También ayudaría con el problema del polvo lunar al eliminar el polvo del área de aterrizaje. Puede leer los detalles aquí. Utilizó el simulador de regolito lunar, por lo que presumiblemente por los resultados de Larry Taylor, funcionaría aún mejor con muestras lunares genuinas.

CÉLULAS SOLARES DE MATERIALES LUNARES – ROBOT DE PAVIMENTACIÓN DE PANEL SOLAR

Una vez que tenga vidrio, puede que no sea un gran paso hacer células fotovoltaicas en la Luna. Y aquí la Luna tiene una gran ventaja, el vacío de alto grado para que pueda usar la deposición de vacío para hacer que las células se encuentren in situ. Para empezar, harías las propias células a partir de materiales enviados desde la Tierra, y luego las extraerías en la Luna.

Este es un informe del Centro de Materiales Avanzados de la Universidad de Houston, que sugiere la posibilidad de un rover autónomo de producción de células fotovoltaicas lunares con energía solar

Usaría silicio extraído de materiales lunares para fabricar las propias células. De los diversos métodos que podría usar, la electrólisis de magma puede ser la mejor. Utiliza células de silicio de baja eficiencia que se depositan al vacío sobre vidrio, algo que no es fácil de hacer en la Tierra pero que sería posible en condiciones de ultra alto vacío en la Luna. Los detalles técnicos de esta sugerencia están aquí.

Requeriría transportar una pequeña masa a la Luna en forma de rover, que luego de varios años de conducción podría construir una instalación de 1 MW en la Luna.

Idea para que un robot conduzca sobre la superficie de la Luna dejando paneles solares a su paso donde sea que vaya, utilizando solo materiales lunares indígenas para hacer los paneles. Los paneles serían solo un 1% eficientes, pero dado que no hay escasez de bienes inmuebles en la Luna, eso podría no importar. Puede ser más importante hacer los paneles in situ sin ninguna importación de la Tierra que hacerlos altamente eficientes

Estructura de los paneles

Para hacer vidrio en la Luna, vea la sección anterior: Vidrio lunar

BASALTO (COMO LA FIBRA DE VIDRIO)

El basalto en sí es un recurso natural. Si su composición es razonablemente pura y consistente, es ideal para hacer fibra de basalto, que es como la lana de vidrio, pero mucho mejor en algunos aspectos. El regolito se compone principalmente de basalto en polvo. Por lo tanto, podría ser ideal para hacer fibra de basalto. Ver:

Propiedades de fibra de basalto

HELIO 3

Debo mencionar esto, ya que el tema se menciona con tanta frecuencia en las discusiones sobre el asentamiento lunar. Sin embargo, no veo esto como un punto positivo importante para la Luna en este momento.

La Luna es una fuente de helio 3, depositada en el regolito por el viento solar, y algunos dicen que el helio 3 será de valor para la energía de fusión en el futuro porque no es radiactivo y no produce productos de desechos radiactivos. Si es así, pequeñas cantidades de helio 3 de la Luna podrían valer mucho en la Tierra y ser un producto útil para exportar. Harrison Schmidt, del Apolo 17, es un entusiasta defensor de la extracción de helio 3 a un ritmo razonable a un ritmo razonable de la Luna.

Sin embargo, todavía no tenemos plantas de energía de fusión, y uno capaz de usar helio 3 es un desafío más difícil. Frank Close escribió un artículo en 2007 describiendo esta idea como “luz de la luna” diciendo que no funcionaría de todos modos. Frank Close dice que en un deuterio – helio 3 tokamak, a temperaturas normales para un tokamak, la reacción de deuterio helio 3 avanza tan lentamente que el deuterio se fusionará produciendo tritio y luego se fusionará con el tritio (el artículo original está aquí, pero está detrás de un muro de pago). Para una discusión crítica, vea también el artículo de Space Review The helium-3 incantation

Ver también Mining the Moon de Mark Williams Pontin. Si puede usar temperaturas mucho más altas, seis veces la temperatura en el centro del sol según algunos cálculos, el helio 3 se fusionará a una velocidad razonable, pero estas son temperaturas mucho más allá de lo que es práctico en un tokamak en la actualidad. La razón por la que se necesitan temperaturas tan altas para un tokamak es porque el plasma está en equilibrio térmico y tiene una distribución maxwelliana, lo que significa que para lograr algunas partículas a temperaturas muy altas, debe calentar muchas partículas a temperaturas más bajas para llenar la distribución maxwelliana para que solo unos pocos reaccionen. Esto es potencialmente factible para las temperaturas más bajas de DT, pero no es factible para las temperaturas más altas de 3He 3He.

Sin embargo, si utiliza el confinamiento electrostático, un poco como un tubo esférico de rayos catódicos con la fusión que ocurre en el centro donde está el “cátodo virtual” cargado negativamente, entonces las partículas tienen la misma alta energía y el resultado es mucho más factible con Menores requisitos de potencia. Este es el enfoque de Gerald Kulcinsky que logra la fusión de helio 3 en un reactor de 10 cm de diámetro. Sin embargo, aunque produce energía, produce solo un milivatio de energía por cada kW de entrada de energía, por lo que está muy lejos de alcanzar el punto de equilibrio en la actualidad.

Gerald Kulcinski, que ha desarrollado una pequeña demostración electrostática del reactor 3He 3He de 10 cm de diámetro. Está lejos de alcanzar un punto de equilibrio en la actualidad, produciendo 1 milivatio de potencia de salida por cada kilovatio de entrada. Vea una hora fascinante con Gerald Kulcinski

Quizás esta línea de desarrollo llegue a algo. Quizás de una forma u otra lograremos la fusión de helio 3 como esperan los entusiastas de la minería de helio 3 en la Luna. Sin embargo, todavía es temprano, y aún no podemos depender de esto en base a una tecnología futura que aún no existe.

Sin embargo, incluso si logramos la fusión de helio 3, podría no ser un cambio de juego para la economía lunar como podría pensar. Crawford dice (página 25) que suministrar toda nuestra energía del Helio 3 significaría extraer 5000 kilómetros cuadrados al año en la Luna, lo que parece ambicioso (y significaría que toda la Luna solo duraría 200 años). Entonces, incluso si desarrollamos una fusión basada en Helio 3, y resulta ser una exportación valiosa, probablemente no será una parte importante de la combinación de energía.

Aún más revelador, también calcula que cubrir un área determinada de la Luna con paneles solares generaría tanta energía en 7 años como la que obtendría al extraer todo el Helio 3 de esa región a una profundidad de tres metros.

Además, se están desarrollando muchas otras ideas para la fusión nuclear, como la fusión por láser, y el pozo de polietileno que tiene la misma ventaja de que no se produce radiación significativa cuando se utiliza la fusión de boro e hidrógeno. Creo que es demasiado pronto para saber si el helio 3 en la Luna será un activo en el futuro cuando logremos la energía de fusión nuclear. Para un resumen, vea ESA: minería de helio-3 en la superficie lunar.

Sin embargo, esto no significa que no tenga sentido la minería de helio 3. Como sugiere Crawford (página 26), Helium 3 es útil para otras cosas, no solo para el poder de fusión. Se utiliza para criogenia, detección de neutrones y escáneres de resonancia magnética, entre otras aplicaciones, por lo que algunos Helio 3 de la Luna podrían ser una exportación valiosa de inmediato, incluso si no aumentan las enormes cantidades que necesitaría para Helio 3 generación de energía basada en la Tierra. Lo obtendría automáticamente como un subproducto mientras extrae los volátiles más abundantes del viento solar en el regolito, por lo que podría ser una línea lateral útil para ayudar a respaldar económicamente la fabricación lunar como parte de la mezcla junto con todo lo demás.

TORIO Y KREEP (POTASIO, FÓSFORO Y ELEMENTOS DE TIERRA RAROS), Y ALGUNO URANIO

La Luna tiene algo de uranio, lo cual es un poco sorprendente para un elemento tan pesado, pero cuando se une con oxígeno es bastante más ligero y puede ocurrir en la corteza lunar como en la Tierra. Es especialmente rico en torio, en la yegua lunar. Esto es útil como combustible para los reactores de fisión nuclear, que deben diseñarse para quemar torio en lugar de uranio para usarlo. No es probable que valga la pena regresar a la Tierra ya que el torio es abundante aquí. Pero podría ser muy útil en el espacio, en algún momento en el futuro.

Las estaciones de energía nuclear construidas en la Luna no tendrían los mismos riesgos de contaminación y problemas de desechos peligrosos que las estaciones en la Tierra. Quizás esta sea una forma de impulsar las colonias espaciales y las naves interplanetarias alimentadas desde la Luna, evitando así la necesidad de lanzar plantas de energía nuclear desde la Tierra a la órbita.

El torio es un marcador de KREEP: potasio, fósforo y elementos de tierras raras. También asociado con cloro, flúor, sodio, uranio, torio y circonio, por lo que los minerales KREEP podrían ser fuentes de todos esos elementos en la Luna.

Cuando la Luna se enfrió desde el estado fundido original, primero se formaron cristales de olivino y piroxeno, que se hundieron en el fondo del océano de magma (ambos hechos de hierro y / o magnesio más silicio y oxígeno). Mientras tanto, también se forma anortita (hecha de calcio, aluminio, silicio y oxígeno), que es menos densa y flota hacia la parte superior (formando las tierras altas lunares). Algunos de los otros elementos, como el níquel, pueden introducirse en la red cristalina y eliminarse al mismo tiempo. Pero los elementos más grandes no pueden y quedan en estado líquido. Son los últimos en solidificarse y formar los depósitos KREEP. Se forma entre el olivino y el piroxeno en el fondo, y la anortita flotante en la parte superior y puede haber sido líquido durante mucho tiempo.

Por alguna razón, no se entiende completamente, entonces los depósitos de KREEP en la superficie de la Luna se concentran en el lado cercano de la Luna cerca de la cuenca de Imbrium, con una pequeña cantidad también en una concentración separada en el lado lejano. El impactador Imbrium probablemente excavó los depósitos KREEP en el lado cercano. Pero es sorprendente que la cuenca de Aitken, mucho más grande, no condujera a grandes depósitos en el lado opuesto. Quizás por alguna razón KREEP se concentra en el lado cercano de la Luna. Para obtener más información sobre esto, vea The Moon es un lugar KREEPy de la geóloga planetaria Emily Lakdwalla que resumí aquí.

La abundancia de elementos de tierras raras en la Luna es mucho menor que los minerales de tierras raras en la Tierra, y a pesar del nombre, no son muy raros aquí en la Tierra. Por lo tanto, no es probable que valga la pena regresar. Sin embargo, los puntos más concentrados, los marcados en blanco en esta figura, no se han muestreado en la superficie y la resolución espacial es baja, decenas de kilómetros. Entonces es posible que encontremos minerales más concentrados en la Luna.

Es una situación similar para el uranio y el torio. Las abundancias en la Luna de este mapa son demasiado bajas para contar incluso como un mineral de bajo grado en la Tierra. Pero con una resolución tan baja, podría haber depósitos de mineral más ricos cuando lo miramos de cerca. (Aquí estoy resumiendo lo que dice Crawford sobre los minerales lunares KREEP en su estudio, vea la sección 7, Elementos de tierras raras y siguientes)

POSIBILIDAD DE UTILIZAR LA ENERGÍA SOLAR LUNAR PARA LA TIERRA

Esto está un poco más adelante, pero vale la pena pensar en si la energía solar para la Luna también podría ser útil para la Tierra. Algunos científicos piensan que podría ser.

La ventaja de hacer esto en la Luna es que puedes usar materiales autóctonos para hacer los paneles solares. Para una pequeña cantidad de masa de lanzamiento a la Luna, podría tener un rover que viaja sobre la superficie dejando paneles solares a su paso. Ver vidrio lunar y células solares de materiales lunares: robot de pavimentación de paneles solares (arriba)

Es fácil ver que esto funcione para suministrar energía a la Luna, pero algunos han sugerido que también podría usarse para generar energía en la Tierra. Entonces, llevando esto aún más lejos, con una operación a gran escala de este tipo, usando solo el 1% del área de la superficie de la Luna, podría suministrar 2 kilovatios de energía continua por persona a una población de 10 mil millones en la Tierra. Ver energía solar a través de la luna. Más detalles aquí.

O, más adelante, tal vez esto sea más interesante como un tema de conversación que un concepto probable en el futuro cercano, la corporación japonesa Shingzu ha sugerido que podríamos construir paneles solares en una banda alrededor de la Luna, en el ecuador

Vea el sueño de Shimizu – Generación de energía solar lunar – Anillo Luna.

La Tierra obtendría energía solar solo la mitad del día, por lo que envían la energía a los satélites en órbita alrededor de la Tierra, que luego la transmiten al otro lado de la Tierra. Por supuesto, necesitan grandes receptores para recolectar la energía de la Luna, pero solo el 1% de lo que necesitarían para recolectarla directamente del sol, eso podría valer la pena si es significativamente más fácil hacer paneles solares en la Luna.

Por otro lado, hay ideas para usar paneles solares de película delgada grande en el espacio o espejos de película delgada grande para concentrar la luz en paneles solares u hornos, lanzados desde la Tierra a LEO. Entonces, ¿serían las plantas solares lunares un gran ahorro en comparación con esas?

Sin embargo, otra forma en que la Luna podría ayudar a la Tierra, con energía solar, es fabricar las células solares a partir de materiales lunares y luego enviarlas a GEO u órbita inferior. La idea de usar materiales lunares para hacer satélites de energía solar se remonta al menos a la década de 1970, ver Construcción de estaciones de energía solar satelital a partir de materiales no terrestres

Para obtener más información, consulte la sección The Moon es rica en recursos de mi caso para Moon First

Si es útil fuera del planeta depende en gran medida de lo fácil que sea exportar los materiales desde la Luna, y una de las formas más prometedoras de hacerlo es el sistema de anclaje cislunar de Hoyt, que explota la posición de la Luna como más alta en el pozo gravitacional que la Tierra. básicamente, “rodar los bienes cuesta abajo” desde la Luna hasta la Tierra a través de un sistema de correas giratorias.

Ver

Exportando materiales desde la Luna
Ballutes: devolución de recursos de alto valor como el platino a la Tierra

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