SolenergiRediger
Daglyset på Månen varer ca. to uger, efterfulgt af ca. to uger med nat, mens begge månepoler er oplyst næsten konstant. Månens sydpol har et område med kraterkanter, der er udsat for næsten konstant sollys, men det indre af kratere er permanent skygget af sollyset og bevarer betydelige mængder af vandis i deres indre. Ved at placere et anlæg til forarbejdning af månens ressourcer i nærheden af månens sydpol ville solenergi give mulighed for næsten konstant drift tæt på vandis-kilderne.
Solceller kunne fremstilles direkte på månens jord af en rover af middelstørrelse (~200 kg) med mulighed for opvarmning af regolit, fordampning af de relevante halvledermaterialer til solcellestrukturen direkte på regolitsubstratet og udfældning af metalkontakter og forbindelsesledninger for at færdiggøre et komplet solcelleanlæg direkte på jorden.
Kilopower-kernefissionssystemet er under udvikling med henblik på pålidelig elproduktion, der kan muliggøre bemandede baser med langvarige ophold på Månen, Mars og andre destinationer. Dette system er ideelt til steder på Månen og Mars, hvor elproduktionen fra sollyset er intermitterende.
OxygenEdit
Det elementære iltindhold i regolitten anslås at være 45 vægtprocent. Oxygen findes ofte i jernrige månens mineraler og glas som jernoxid i månens jernrige mineraler og glas. Der er beskrevet mindst tyve forskellige mulige processer til udvinding af ilt fra månens regolit, og alle kræver et højt energiforbrug: mellem 2-4 megawattår af energi (dvs. 6-12×1013 J) for at producere 1.000 tons ilt. Mens iltudvinding fra metaloxider også producerer nyttige metaller, er det ikke tilfældet ved at bruge vand som råmateriale.
VandRediger
Billeder fra LCROSS-orbiteren, der flyver af månens sydpol, viser områder med permanent skygge.
Billedet viser fordelingen af overfladeis ved Månens sydpol (til venstre) og nordpol (til højre), som det er set af NASA’s Moon Mineralogy Mapper (M3)-spektrometer om bord på Indiens Chandrayaan-1 orbiter
Kumulative beviser fra flere orbitere tyder stærkt på, at der er vandis på overfladen ved Månens poler, men mest på sydpolregionen. Resultaterne fra disse datasæt er dog ikke altid korrelerede. Det er blevet fastslået, at det kumulative areal af permanent skygget månens overflade er 13.361 km2 på den nordlige halvkugle og 17.698 km2 på den sydlige halvkugle, hvilket giver et samlet areal på 31.059 km2. I hvilket omfang nogle eller alle disse permanent skyggede områder indeholder vandis og andre flygtige stoffer er ikke kendt på nuværende tidspunkt, så der er behov for flere data om månens isforekomster, deres fordeling, koncentration, mængde, disponering, dybde, geotekniske egenskaber og alle andre egenskaber, der er nødvendige for at designe og udvikle udvindings- og behandlingssystemer. LCROSS-orbiteren LCROSS’s forsætlige nedslag i Cabeus-krateret blev overvåget for at analysere den resulterende vragrespiral, og det blev konkluderet, at vandisen må være i form af små (< ~10 cm), diskrete stykker is fordelt i hele regolitten eller som tynde belægninger på iskorn. Dette, kombineret med monostatiske radarobservationer, tyder på, at det er usandsynligt, at den vandis, der findes i de permanent skyggede områder af månens polære kratere, er til stede i form af tykke, rene isaflejringer.
Vand kan være blevet leveret til Månen over geologiske tidsskalaer ved det regelmæssige bombardement af vandholdige kometer, asteroider og meteoroider eller kontinuerligt produceret in situ af brint-ioner (protoner) fra solvinden, der rammer iltholdige mineraler.
Månens sydpol har et område med kraterkanter, der er udsat for næsten konstant sollys, hvor kratrenes indre er permanent skygget for sollyset, hvilket giver mulighed for naturlig indfangning og opsamling af vandis, der kan udvindes i fremtiden.
Vandmolekyler (H
2O) kan nedbrydes til dets grundstoffer, nemlig brint og ilt, og danne molekylær brint (H
2) og molekylær ilt (O
2), der kan bruges som bi-propellant til raketter eller producere forbindelser til metallurgiske og kemiske produktionsprocesser. Bare produktionen af drivmiddel, blev anslået af et fælles panel af industrien, regeringen og akademiske eksperter, identificerede en kortsigtet årlig efterspørgsel på 450 tons af månens afledte drivmiddel svarende til 2.450 tons forarbejdet månens vand, hvilket genererer 2,4 milliarder USD i indtægter årligt.
HydrogenEdit
Solvinden implanterer protoner på regolitten og danner et protoneret atom, som er en kemisk forbindelse af hydrogen (H). Selv om der er rigeligt med bundet brint, er der stadig spørgsmål om, hvor meget af det der diffunderer ind i undergrunden, undslipper ud i rummet eller diffunderer i kolde fælder. Brint vil være nødvendigt til produktion af drivmidler, og det har en lang række industrielle anvendelsesmuligheder. For eksempel kan brint bruges til produktion af ilt ved brintreduktion af ilmenit.
MetalsEdit
IronEdit
Iron (Fe) er rigeligt i alle mare basalter (~14-17 % pr. vægt), men er for det meste låst i silikatmineraler (dvs. pyroxen og olivin) og i oxidmineralet ilmenit i lavlandet. Udvinding ville være ret energikrævende, men nogle markante magnetiske anomalier på månen mistænkes for at skyldes overlevende Fe-rige meteoritrester. Kun yderligere udforskning in situ vil kunne afgøre, om denne fortolkning er korrekt eller ej, og hvor udnyttelige sådanne meteoritrester kan være.
Frit jern findes også i regolitten (0,5 vægtprocent) naturligt legeret med nikkel og kobolt, og det kan let udvindes med simple magneter efter formaling. Dette jernstøv kan forarbejdes til at fremstille dele ved hjælp af pulvermetallurgiteknikker, såsom additiv fremstilling, 3D-printing, selektiv lasersintring (SLS), selektiv lasersmeltning (SLM) og elektronstrålesmeltning (EBM).
TitaniumRediger
Titanium (Ti) kan legeres med jern, aluminium, vanadium og molybdæn blandt andre elementer for at fremstille stærke, lette legeringer til rumfart. Det findes næsten udelukkende i mineralet ilmenit (FeTiO3) i et omfang på 5-8 vægtprocent. Ilmenitmineralerne fanger også brint (protoner) fra solvinden, så forarbejdning af ilmenit vil også producere brint, som er et værdifuldt grundstof på Månen. De store oversvømmelsesbasalter på den nordvestlige nærside (Mare Tranquillitatis) har nogle af de højeste titanindhold på Månen, idet de indeholder 10 gange så meget titan som sten på Jorden.
AluminiumRediger
Aluminium (Al) findes i en koncentration på mellem 10-18 vægtprocent og er til stede i et mineral kaldet anorthit (CaAl
2Si
2O
8), som er det kalciumholdige endemedlem af mineralrækken af plagioklas-feltspatmineraler. Aluminium er en god elektrisk leder, og forstøvet aluminiumpulver udgør også et godt fast raketbrændstof, når det brændes med ilt. Udvinding af aluminium ville også kræve nedbrydning af plagioklas (CaAl2Si2O8).
SiliciumEdit
Foto af et stykke renset silicium
Silicium (Si) er et rigeligt forekommende metalloid i alt månemateriale, med en koncentration på omkring 20 vægtprocent. Det er af enorm betydning for fremstilling af solpaneler til omdannelse af sollys til elektricitet, samt glas, glasfiber og en række nyttige keramiske materialer. Det ville være en udfordring at opnå en meget høj renhed til brug som halvleder, især i månens miljø.
CalciumRediger
Anorthitkrystaller i en basaltkugle fra Vesuv, Italien (størrelse: 6.9 × 4,1 × 3,8 cm)
Calcium (Ca) er det fjerde hyppigste grundstof i månens højland og findes i anorthitmineraler (formel CaAl
2Si
2O
8). Calciumoxider og calciumsilikater er ikke kun nyttige til keramik, men rent calciummetal er fleksibelt og en fremragende elektrisk leder i fravær af ilt. Anorthit er sjældent på Jorden, men rigeligt på Månen.
Kalcium kan også bruges til at fremstille siliciumbaserede solceller, som kræver månens silicium, jern, titanoxid, calcium og aluminium.
MagnesiumRediger
Magnesium (Mg) er til stede i magmaer og i månens mineraler pyroxen og olivin, så man formoder, at magnesium er mere rigeligt i den nedre del af månens skorpe. Magnesium har flere anvendelsesmuligheder som legeringer til rumfart, bilindustrien og elektronik.
Sjældne jordarters grundstofferRediger
Sældne jordarters grundstoffer bruges til at fremstille alt fra el- eller hybridbiler, vindmøller, elektroniske apparater og rene energiteknologier. På trods af deres navn er sjældne jordarters grundstoffer – med undtagelse af promethium – relativt rigelige i jordskorpen. På grund af deres geokemiske egenskaber er sjældne jordarter imidlertid typisk spredt og findes ikke ofte koncentreret i sjældne jordarters mineraler, og derfor er økonomisk udnyttelige malmforekomster mindre almindelige. Der findes større reserver i Kina, Californien, Indien, Brasilien, Australien, Sydafrika og Malaysia, men Kina tegner sig for over 95 % af verdens produktion af sjældne jordarter. (Se: Rare earth industry in China.)
Og selv om de nuværende beviser tyder på, at sjældne jordarter er mindre rigelige på Månen end på Jorden, ser NASA minedrift af sjældne jordarters mineraler som en levedygtig ressource på Månen, fordi de udviser en lang række industrielt vigtige optiske, elektriske, magnetiske og katalytiske egenskaber.
Helium-3Rediger
Et skøn siger, at solvinden har aflejret mere end 1 million tons helium-3 (3He) på Månens overflade. Materialer på Månens overflade indeholder helium-3 i koncentrationer anslået til mellem 1,4 og 15 dele pr. milliard (ppb) i solbeskinnede områder, og kan indeholde koncentrationer på helt op til 50 ppb i permanent skyggede områder. Til sammenligning forekommer helium-3 i Jordens atmosfære med 7,2 dele pr. billion (ppt).
En række personer har siden 1986 foreslået at udnytte månens regolit og bruge helium-3 til kernefusion, selv om der siden 2020 har eksisteret fungerende eksperimentelle kernefusionsreaktorer i årtier – ingen af dem har endnu leveret elektricitet kommercielt. På grund af de lave koncentrationer af helium-3 ville ethvert mineudstyr skulle behandle ekstremt store mængder regolit. Ifølge et skøn skal der behandles over 150 tons regolit for at opnå 1 gram (0,035 oz) helium 3. Kina har indledt det kinesiske måneudforskningsprogram til udforskning af Månen og undersøger mulighederne for minedrift på Månen, især med henblik på at finde isotopen helium-3 til brug som energikilde på Jorden. Ikke alle forfattere mener, at det er muligt at udvinde helium-3 fra rummet, og selv hvis det var muligt at udvinde helium-3 fra Månen, er der ingen fusionsreaktorkonstruktion, der har produceret mere fusionskraft end den elektriske energi, hvilket modvirker formålet. En anden ulempe er, at det er en begrænset ressource, der kan udtømmes, når den først er udvundet.
Kulstof og kvælstofRediger
Kulstof (C) ville være nødvendigt til produktion af månestål, men det er til stede i månens regolit i spormængder (82 ppm), som solvinden og mikrometeoritnedslag bidrager med.
Stikstof (N) blev målt fra jordprøver, der blev bragt tilbage til Jorden, og det findes som spormængder på mindre end 5 ppm. Det blev fundet som isotoper 14N, 15N og 16N. Kulstof og fastgjort kvælstof ville være nødvendigt for landbrugsaktiviteter i en forseglet biosfære.
Regolit til konstruktionRediger
Udvikling af en måneøkonomi vil kræve en betydelig mængde infrastruktur på måneoverfladen, som i høj grad vil være afhængig af In situ ressourceudnyttelse (ISRU) teknologier til udvikling. Et af de primære krav vil være at skaffe byggematerialer til at bygge habitater, opbevaringsbunker, landingsbaner, veje og anden infrastruktur. Uforarbejdet månejord, også kaldet regolit, kan omdannes til brugbare strukturelle komponenter ved hjælp af teknikker som sintring, varmpresning, flydendegørelse, støbning af basalt og 3D-printning. Glas og glasfibre er nemme at forarbejde på Månen, og det blev konstateret, at regolitmaterialets styrke kan forbedres drastisk ved at anvende glasfibre, f.eks. en blanding af 70 % basaltglasfibre og 30 % PETG. Der er udført vellykkede forsøg på Jorden med nogle simulatorer af månens regolit, herunder MLS-1 og MLS-2.
Månejorden kan, selv om den udgør et problem for alle mekaniske bevægelige dele, blandes med kulstofnanorør og epoxyer i konstruktionen af teleskopspejle med en diameter på op til 50 meter. Flere kratere nær polerne er permanent mørke og kolde, hvilket er et gunstigt miljø for infrarøde teleskoper.
I nogle forslag foreslås det at bygge en månebase på overfladen ved hjælp af moduler, der er bragt fra Jorden, og dække dem med månejord. Månens jord består af en blanding af silica og jernholdige forbindelser, der kan smeltes til et glaslignende fast stof ved hjælp af mikrobølgestråling.
Den Europæiske Rumorganisation arbejdede i 2013 sammen med et uafhængigt arkitektfirma og afprøvede en 3D-printet struktur, der kunne bygges af månens regolit til brug som en månebase. 3D-printet månejord ville give både “stråle- og temperaturisolering”. Indvendigt ville en letvægts oppustelig oppustelig luftballon med samme kuppelform være levestedet for de første menneskelige månebeboere.”
I begyndelsen af 2014 finansierede NASA en lille undersøgelse på University of Southern California for at videreudvikle 3D-printteknikken Contour Crafting. Potentielle anvendelser af denne teknologi omfatter konstruktion af månestrukturer af et materiale, der kan bestå af op til 90 procent månemateriale med kun ti procent af materialet, der skal transporteres fra Jorden. NASA undersøger også en anden teknik, som indebærer sintring af månestøv ved hjælp af mikrobølgestråling med lav effekt (1500 watt). Månematerialet vil blive bundet ved opvarmning til 1.200-1.500 °C (2.190-2.730 °F), noget under smeltepunktet, for at smelte nanopartikelstøvet til en fast blok, der er keramisk-lignende, og som ikke kræver transport af et bindemiddel fra Jorden.