Energia solarEditar
A luz do dia na Lua dura aproximadamente duas semanas, seguidas de aproximadamente duas semanas de noite, enquanto ambos os pólos lunares são iluminados quase constantemente. O pólo sul lunar apresenta uma região com aros de crateras expostas a uma iluminação solar quase constante, mas o interior das crateras está permanentemente sombreado pela luz solar, e retêm quantidades significativas de gelo de água no seu interior. Ao localizar uma instalação de processamento de recursos lunares perto do pólo sul lunar, a energia elétrica gerada por energia solar permitiria um funcionamento quase constante perto de fontes de água gelada.
Células solares poderiam ser fabricadas diretamente no solo lunar por um rover de tamanho médio (~200 kg) com a capacidade de aquecimento do rególito, evaporação dos materiais semicondutores apropriados para a estrutura da célula solar diretamente no substrato do rególito, e deposição de contatos metálicos e interconexões para terminar um conjunto completo de células solares diretamente no solo.
O sistema de fissão nuclear Kilopower está sendo desenvolvido para geração de energia elétrica confiável que poderia permitir bases tripuladas de longa duração na Lua, Marte e destinos além. Este sistema é ideal para locais na Lua e Marte onde a geração de energia a partir da luz solar é intermitente.
OxygenEdit
O teor de oxigénio elementar no regolito é estimado em 45% em peso. O oxigênio é frequentemente encontrado em minerais lunares ricos em ferro e copos como óxido de ferro. Pelo menos vinte diferentes processos possíveis para extrair oxigênio do rególito lunar foram descritos, e todos requerem alta energia: entre 2-4 megawatts-anos de energia (ou seja, 6-12×1013 J) para produzir 1.000 toneladas de oxigênio. Enquanto a extração de oxigênio dos óxidos de metal também produz metais úteis, usando água como matéria-prima não.
WaterEdit
Imagens pelo orbitador LCROSS voando do pólo sul lunar mostram áreas de sombra permanente.
A imagem mostra a distribuição de gelo superficial no pólo sul da Lua (esquerda) e pólo norte (direita) como visto pelo espectrómetro Moon Mineralogy Mapper (M3) da NASA a bordo do orbitador Chandrayaan-1 da Índia
Provas cumulativas de vários orbitadores indicam fortemente que o gelo de água está presente na superfície nos pólos lunares, mas principalmente na região do pólo sul. No entanto, os resultados destes conjuntos de dados nem sempre estão correlacionados. Foi determinado que a área cumulativa da superfície lunar permanentemente sombreada é de 13.361 km2 no hemisfério norte e 17.698 km2 no hemisfério sul, dando uma área total de 31.059 km2. A extensão em que uma ou todas essas áreas permanentemente sombreadas contêm gelo de água e outros voláteis não é atualmente conhecida, portanto, são necessários mais dados sobre os depósitos de gelo lunar, sua distribuição, concentração, quantidade, disposição, profundidade, propriedades geotécnicas e quaisquer outras características necessárias para projetar e desenvolver sistemas de extração e processamento. O impacto intencional do orbital LCROSS na cratera Cabeus foi monitorado para analisar a pluma de detritos resultante, e concluiu-se que o gelo da água deve estar na forma de pequenos (< ~10 cm), pedaços discretos de gelo distribuídos ao longo do rególito, ou como revestimento fino sobre grãos de gelo. Isto, juntamente com observações de radar monostático, sugere que o gelo de água presente nas regiões permanentemente sombreadas das crateras polares lunares é pouco provável que esteja presente na forma de depósitos de gelo espessos e puros.
A água pode ter sido entregue à Lua durante escalas de tempo geológicas pelo bombardeamento regular de cometas, asteróides e meteoróides que transportam água ou produzidos in situ continuamente pelos iões de hidrogénio (protões) dos minerais que transportam oxigénio do vento solar.
O pólo sul lunar apresenta uma região com jantes de crateras expostas a uma iluminação solar quase constante, onde o interior das crateras é permanentemente sombreado pela luz solar, permitindo o aprisionamento natural e a recolha de gelo de água que poderá ser extraído no futuro.
As moléculas de água (H
2O) podem ser decompostas nos seus elementos, nomeadamente hidrogénio e oxigénio, e formar hidrogénio molecular (H
2) e oxigénio molecular (O
2) para serem utilizadas como bi-propulsante de foguetes ou produzir compostos para processos de produção metalúrgicos e químicos. Apenas a produção de propelente, foi estimada por um painel conjunto de especialistas da indústria, governo e acadêmicos, identificou uma demanda anual a curto prazo de 450 toneladas métricas de propelente derivado da lua equivalente a 2.450 toneladas métricas de água lunar processada, gerando US$2,4 bilhões de receita anual.
HydrogenEdit
Os prótons dos implantes eólicos solares no rególito, formando um átomo protonado, que é um composto químico de hidrogênio (H). Embora o hidrogénio ligado seja abundante, subsistem dúvidas sobre quanto dele se difunde para o subsolo, escapa para o espaço ou se difunde para armadilhas frias. O hidrogênio seria necessário para a produção de propelentes, e tem uma infinidade de usos industriais. Por exemplo, o hidrogénio pode ser utilizado para a produção de oxigénio por redução do hidrogénio da ilmenita.
MetalsEdit
IronEdit
Iron (Fe) é abundante em todos os basaltos de égua (~14-17 % por peso) mas está na sua maior parte bloqueado em minerais silicatos (i.e. piroxeno e olivina) e no mineral óxido ilmenita nas terras baixas. A extracção seria bastante exigente em termos energéticos, mas suspeita-se que algumas anomalias magnéticas lunares proeminentes sejam devidas a detritos meteóricos ricos em Fe-relevados. Somente uma maior exploração in situ irá determinar se esta interpretação é ou não correta, e como tais detritos meteóricos podem ser exploráveis.
O ferro livre também existe no regolito (0,5% em peso) naturalmente ligado com níquel e cobalto e pode ser facilmente extraído por ímãs simples após a moagem. Este pó de ferro pode ser processado para fazer peças utilizando técnicas de metalurgia do pó, tais como fabricação de aditivos, impressão 3D, sinterização laser seletiva (SLS), fusão laser seletiva (SLM) e fusão por feixe de elétrons (EBM).
TitaniumEdit
Titanium (Ti) pode ser ligado com ferro, alumínio, vanádio e molibdênio, entre outros elementos, para produzir ligas fortes e leves para a indústria aeroespacial. Existe quase inteiramente na ilmenita mineral (FeTiO3), na faixa de 5-8% em peso. Os minerais da ilmenita também retêm hidrogénio (protões) do vento solar, de modo que o processamento da ilmenita também produzirá hidrogénio, um elemento valioso na Lua. Os vastos basaltos de inundação no noroeste do país (Tranquillitatis de Égua) possuem alguns dos mais altos teores de titânio da Lua, abrigando 10 vezes mais titânio do que as rochas da Terra.
AluminiumEdit
Aluminium (Al) é encontrado com uma concentração na faixa de 10-18% em peso, presente em um mineral chamado anorthite (CaAl
2Si
2O
8), o membro de cálcio da série mineral feldspato plagioclase. O alumínio é um bom condutor elétrico, e o pó de alumínio atomizado também faz um bom combustível sólido para foguetes quando queimado com oxigênio. A extração do alumínio também exigiria a quebra da plagioclase (CaAl2Si2O8).
SiliconEdit
Foto de um pedaço de silício purificado
O silício (Si) é um metalóide abundante em todo o material lunar, com uma concentração de cerca de 20% em peso. É de enorme importância produzir matrizes de painéis solares para a conversão da luz solar em eletricidade, assim como vidro, fibra de vidro e uma variedade de cerâmicas úteis. Alcançar uma pureza muito alta para uso como semi-condutor seria um desafio, especialmente no ambiente lunar.
CalciumEdit
Cristais anorthite em um vaso de basalto do Vesúvio, Itália (tamanho: 6.9 × 4,1 × 3,8 cm)
Cálcio (Ca) é o quarto elemento mais abundante nas terras altas lunares, presente nos minerais anorthíticos (fórmula CaAl
2Si
2O
8). Os óxidos de cálcio e os silicatos de cálcio não são úteis apenas para a cerâmica, mas o cálcio-metal puro é flexível e um excelente condutor eléctrico na ausência de oxigénio. A anorthita é rara na Terra mas abundante na Lua.
Cálcio também pode ser usado para fabricar células solares à base de silício, necessitando de silício lunar, ferro, óxido de titânio, cálcio e alumínio.
Edito de Magnésio
Magnésio (Mg) está presente nos magmas e nos minerais lunares piroxeno e olivina, pelo que se suspeita que o magnésio seja mais abundante na crosta lunar inferior. O magnésio tem múltiplas utilizações como ligas para a indústria aeroespacial, automóvel e electrónica.
Elementos de terras rarasEditar
Elementos de terras raras são utilizados para fabricar tudo desde veículos eléctricos ou híbridos, turbinas eólicas, dispositivos electrónicos e tecnologias de energia limpa. Apesar do seu nome, os elementos de terras raras são – com excepção do promécio – relativamente abundantes na crosta terrestre. No entanto, devido às suas propriedades geoquímicas, os elementos de terras raras são tipicamente dispersos e não são frequentemente encontrados concentrados em minerais de terras raras; como resultado, os depósitos de minério economicamente exploráveis são menos comuns. Existem grandes reservas na China, Califórnia, Índia, Brasil, Austrália, África do Sul e Malásia, mas a China é responsável por mais de 95% da produção mundial de terras raras. (Veja: Indústria de terras raras na China.)
Embora as evidências atuais sugiram que elementos de terras raras são menos abundantes na Lua do que na Terra, a NASA vê a mineração de minerais de terras raras como um recurso lunar viável porque eles exibem uma ampla gama de propriedades ópticas, elétricas, magnéticas e catalíticas de importância industrial.
Hélio-3Edito
Por uma estimativa, o vento solar depositou mais de 1 milhão de toneladas de hélio-3 (3He) na superfície da Lua. Os materiais na superfície da Lua contêm hélio-3 em concentrações estimadas entre 1,4 e 15 partes por bilhão (ppb) em áreas iluminadas pelo sol, e podem conter concentrações de até 50 ppb em regiões permanentemente sombreadas. Para comparação, o hélio-3 na atmosfera da Terra ocorre em 7,2 partes por trilhão (ppt).
Um número de pessoas desde 1986 propôs explorar o rególito lunar e usar o hélio-3 para a fusão nuclear, embora a partir de 2020 existam há décadas reatores de fusão nuclear experimentais em funcionamento – nenhum deles ainda forneceu eletricidade comercialmente. Devido às baixas concentrações de hélio-3, qualquer equipamento de mineração precisaria processar quantidades extremamente grandes de rególito. Por uma estimativa, mais de 150 toneladas de rególito devem ser processadas para obter 1 grama (0,035 oz) de hélio 3. A China iniciou o Programa Chinês de Exploração Lunar para explorar a Lua e está investigando a perspectiva da mineração lunar, procurando especificamente o isótopo hélio-3 para uso como fonte de energia na Terra. Nem todos os autores pensam que a extração extraterrestre de hélio-3 é viável, e mesmo que fosse possível extrair hélio-3 da Lua, nenhum projeto de reator de fusão produziu mais potência de fusão do que a entrada de energia elétrica, derrotando o propósito. Outra desvantagem é que é um recurso limitado que pode ser esgotado uma vez extraído.
Carbono e nitrogênioEdit
Carbono (C) seria necessário para a produção de aço lunar, mas está presente em regolito lunar em quantidades vestigiais (82 ppm), contribuído pelo vento solar e impactos de micrometeoritos.
Nitrogênio (N) foi medido a partir de amostras de solo trazidas de volta à Terra, e existe como quantidades vestigiais a menos de 5 ppm. Foi encontrado como isótopos 14N, 15N, e 16N. Carbono e nitrogênio fixo seriam necessários para atividades agrícolas dentro de uma biosfera selada.
Regolito para construçãoEditar
Desenvolver uma economia lunar exigirá uma quantidade significativa de infra-estrutura na superfície lunar, que dependerá fortemente de tecnologias de utilização de recursos in situ (ISRU) para se desenvolver. Um dos principais requisitos será fornecer materiais de construção para a construção de habitats, silos de armazenamento, almofadas de aterragem, estradas e outras infra-estruturas. O solo lunar não processado, também chamado de rególito, pode ser transformado em componentes estruturais utilizáveis, através de técnicas como sinterização, prensagem a quente, liquefação, o método de basalto fundido e impressão 3D. O vidro e a fibra de vidro são simples de processar na Lua, e foi constatado que a resistência do material rególito pode ser drasticamente melhorada com o uso da fibra de vidro, como 70% de fibra de vidro basalto e 30% de mistura PETG. Testes bem sucedidos foram realizados na Terra usando alguns simuladores de rególito lunar, incluindo MLS-1 e MLS-2.
O solo lunar, embora represente um problema para qualquer parte móvel mecânica, pode ser misturado com nanotubos de carbono e epóxis na construção de espelhos telescópicos de até 50 metros de diâmetro. Várias crateras próximas aos postes são permanentemente escuras e frias, um ambiente favorável para telescópios infravermelhos.
Algumas propostas sugerem a construção de uma base lunar na superfície utilizando módulos trazidos da Terra, e cobrindo-os com solo lunar. O solo lunar é composto por uma mistura de sílica e compostos contendo ferro que podem ser fundidos em um sólido tipo vidro usando radiação de microondas.
A Agência Espacial Europeia trabalhando em 2013 com um escritório de arquitetura independente, testou uma estrutura impressa em 3D que poderia ser construída de rególito lunar para uso como base lunar. O solo lunar impresso em 3D forneceria tanto “isolamento de radiação como de temperatura”. No interior, um inflável leve pressurizado com a mesma forma de cúpula seria o ambiente de vida para os primeiros colonos lunares humanos”
No início de 2014, a NASA financiou um pequeno estudo na Universidade do Sul da Califórnia para desenvolver ainda mais a técnica de impressão 3D de Contorno. As aplicações potenciais desta tecnologia incluem a construção de estruturas lunares de um material que poderia consistir em até 90% de material lunar com apenas 10% do material que requer transporte da Terra. A NASA também está a estudar uma técnica diferente que envolveria a sinterização da poeira lunar usando radiação de microondas de baixa potência (1500 watt). O material lunar seria ligado por aquecimento a 1.200 a 1.500 °C (2.190 a 2.730 °F), um pouco abaixo do ponto de fusão, a fim de fundir a poeira nanopartícula em um bloco sólido que é semelhante a cerâmica, e não exigiria o transporte de um material aglutinante da Terra.