SolkraftRedigera
Dagsljuset på månen varar i ungefär två veckor, följt av ungefär två veckor av natt, medan båda månens poler är upplysta nästan konstant. Månens sydpol har en region med kraterränder som är utsatta för nästan konstant solbelysning, men insidan av kratrarna är permanent skuggade från solljuset och behåller betydande mängder vattenis i sitt inre. Genom att placera en anläggning för bearbetning av månens resurser i närheten av månens sydpol skulle solenergi ge möjlighet till nästan konstant drift nära vattenis-källor.
Solceller skulle kunna tillverkas direkt på månjorden av en medelstor (~200 kg) rover med kapacitet att värma upp regoliten, avdunsta lämpliga halvledarmaterial för solcellsstrukturen direkt på regolitsubstratet, och deponera metallkontakter och sammankopplingar för att slutföra en komplett solcellsmatris direkt på marken.
Kilopower-kärnklyvningssystemet utvecklas för tillförlitlig elproduktion som skulle kunna möjliggöra långvariga bemannade baser på månen, Mars och andra destinationer. Detta system är idealiskt för platser på månen och Mars där elproduktion från solljus är intermittent.
SyreEdit
Den elementära syrehalten i regoliten uppskattas till 45 viktprocent. Syre finns ofta i järnrika månmineraler och månglas som järnoxid. Minst tjugo olika möjliga processer för att utvinna syre ur månens regolit har beskrivits, och alla kräver hög energiåtgång: mellan 2-4 megawattår av energi (dvs. 6-12×1013 J) för att producera 1 000 ton syre. Medan syreutvinning från metalloxider också producerar användbara metaller, gör inte användningen av vatten som råvara det.
VattenEdit
Bilder från LCROSS orbiter som flyger av månens sydpol visar områden med permanent skugga.
Bilden visar fördelningen av ytinis vid månens sydpol (till vänster) och nordpol (till höger) enligt bilder från NASA:s spektrometer Moon Mineralogy Mapper (M3) ombord på Indiens omloppsbana Chandrayaan-1
Kumulativa bevis från flera omloppsbanor pekar starkt på att det finns vattenis på ytan vid månens poler, men främst på sydpolen. Resultaten från dessa dataset är dock inte alltid korrelerade. Det har fastställts att den kumulativa ytan av permanent skuggad månyta är 13 361 km2 på norra halvklotet och 17 698 km2 på södra halvklotet, vilket ger en total yta på 31 059 km2. I vilken utsträckning något eller några av dessa permanent skuggade områden innehåller vattenis och andra flyktiga ämnen är för närvarande inte känt, så det behövs mer data om månens isavlagringar, dess utbredning, koncentration, kvantitet, disposition, djup, geotekniska egenskaper och andra egenskaper som är nödvändiga för att utforma och utveckla utvinnings- och bearbetningssystem. LCROSS-orbiterens avsiktliga nedslag i Cabeus-kratern övervakades för att analysera den resulterande skräppplymen, och man drog slutsatsen att vattenisen måste finnas i form av små (< ~10 cm), diskreta isbitar som är fördelade i regoliten, eller som tunna beläggningar på iskornen. Detta, tillsammans med monostatiska radarobservationer, tyder på att det är osannolikt att den vattenis som finns i de permanent skuggade områdena i månens polarkratrar finns i form av tjocka, rena isavlagringar.
Vatten kan ha levererats till månen över geologiska tidsskalor genom det regelbundna bombardemanget av vattenbärande kometer, asteroider och meteoroider, eller kontinuerligt produceras på plats av vätejoner (protoner) från solvinden som träffar syrebärande mineraler.
Månens sydpol har en region med kraterränder som utsätts för nästan konstant solbelysning, där kratrarnas insida är permanent skuggad från solljuset, vilket gör det möjligt att på naturlig väg fånga upp och samla in vattenis som skulle kunna utvinnas i framtiden.
Vattenmolekyler (H
2O) kan brytas ner till sina grundämnen, nämligen väte och syre, och bilda molekylärt väte (H
2) och molekylärt syre (O
2) som kan användas som bi-drivmedel för raketer eller producera föreningar för metallurgiska och kemiska produktionsprocesser. Bara produktionen av drivmedel, uppskattades av en gemensam panel bestående av experter från industrin, regeringen och den akademiska världen, identifierade en årlig efterfrågan på kort sikt på 450 ton drivmedel från månen, vilket motsvarar 2 450 ton bearbetat månvatten, vilket genererar intäkter på 2,4 miljarder US-dollar per år.
HydrogenEdit
Solvinden implanterar protoner på regoliten, vilket bildar en protonerad atom, som är en kemisk förening av vätgas (H). Även om bundet väte är rikligt förekommande kvarstår frågor om hur mycket av det som diffunderar in i underjorden, flyr ut i rymden eller diffunderar in i kalla fällor. Vätgas skulle behövas för produktion av drivmedel och har en mängd olika industriella användningsområden. Till exempel kan vätgas användas för produktion av syre genom vätskereduktion av ilmenit.
MetalsEdit
IronEdit
Järn (Fe) är rikligt förekommande i alla mare basalter (~14-17 % per vikt) men är mestadels inlåst i silikatmineraler (dvs. pyroxen och olivin) och i oxidmineralet ilmenit i låglandet. Utvinning skulle vara ganska energikrävande, men vissa framträdande magnetiska anomalier på månen misstänks bero på överlevande Fe-rika meteoritrester. Endast ytterligare utforskning på plats kommer att avgöra om denna tolkning är korrekt eller inte, och hur exploaterbara sådana meteoritrester kan vara.
Fritt järn finns också i regoliten (0,5 viktprocent) naturligt legerat med nickel och kobolt, och det kan lätt utvinnas med enkla magneter efter slipning. Detta järnstoft kan bearbetas för att tillverka delar med hjälp av pulvermetallurgiska tekniker, t.ex. additiv tillverkning, 3D-utskrift, selektiv lasersintring (SLS), selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM).
TitanEdit
Titan (Ti) kan legeras med bland annat järn, aluminium, vanadin och molybdän för att framställa starka, lätta legeringar för rymdindustrin. Det finns nästan helt och hållet i mineralet ilmenit (FeTiO3) i storleksordningen 5-8 viktprocent. Ilmenitmineralen fångar också upp väte (protoner) från solvinden, vilket innebär att bearbetning av ilmenit också producerar väte, som är ett värdefullt ämne på månen. De stora översvämningsbasalterna på den nordvästra närsidan (Mare Tranquillitatis) har några av de högsta titanhalterna på månen och innehåller tio gånger så mycket titan som stenar på jorden.
AluminiumEdit
Aluminium (Al) finns med en koncentration i intervallet 10-18 viktprocent, närvarande i ett mineral som kallas anorthit (CaAl
2Si
2O
8), kalciumslutmedlemmen i mineralserien plagioklasfältspat. Aluminium är en bra elektrisk ledare, och atomiserat aluminiumpulver är också ett bra fast raketbränsle när det förbränns med syre. Utvinning av aluminium skulle också kräva att man bryter ner plagioklas (CaAl2Si2O8).
KiselEdit
Foto av ett stycke renat kisel
Kisel (Si) är en rikligt förekommande metalloid i allt material från månen, med en koncentration på cirka 20 viktprocent. Det är av enorm betydelse för att tillverka solpaneler för omvandling av solljus till elektricitet, liksom glas, glasfiber och en mängd användbar keramik. Att uppnå en mycket hög renhet för användning som halvledare skulle vara en utmaning, särskilt i månmiljön.
KalciumEdit
Anorthitkristaller i en basaltkula från Vesuvius, Italien (storlek: 6.9 × 4,1 × 3,8 cm)
Calcium (Ca) är det fjärde vanligaste grundämnet i månens högland och förekommer i anorthitmineraler (formel CaAl
2Si
2O
8). Kalciumoxider och kalciumsilikater är inte bara användbara för keramik, utan ren kalciummetall är flexibel och en utmärkt elektrisk ledare i frånvaro av syre. Anorthit är sällsynt på jorden men rikligt förekommande på månen.
Kalcium kan också användas för att tillverka kiselbaserade solceller, som kräver månens kisel, järn, titanoxid, kalcium och aluminium.
MagnesiumEdit
Magnesium (Mg) finns i magmaer och i månmineralerna pyroxen och olivin, så man misstänker att magnesium finns i rikligare mängd i den nedre delen av månskorpan. Magnesium har flera användningsområden som legeringar för flyg- och rymdindustrin, bilindustrin och elektronik.
Sällsynta jordartsmetallerEdit
Sällsynta jordartsmetaller används för att tillverka allt från el- eller hybridfordon, vindturbiner, elektroniska apparater och ren energiteknik. Trots sitt namn är sällsynta jordartsmetaller – med undantag för promethium – relativt rikligt förekommande i jordskorpan. På grund av deras geokemiska egenskaper är sällsynta jordartsmetaller vanligtvis utspridda och finns inte ofta koncentrerade i sällsynta jordartsmineraler, vilket innebär att ekonomiskt exploaterbara malmfyndigheter är mindre vanliga. Större reserver finns i Kina, Kalifornien, Indien, Brasilien, Australien, Sydafrika och Malaysia, men Kina står för mer än 95 % av världens produktion av sällsynta jordartsmetaller. (Se: Rare earth industry in China.)
Och även om nuvarande bevis tyder på att sällsynta jordartsmetaller är mindre rikligt förekommande på månen än på jorden, ser NASA brytning av sällsynta jordartsmineraler som en livskraftig månresurs eftersom de uppvisar ett brett spektrum av industriellt viktiga optiska, elektriska, magnetiska och katalytiska egenskaper.”
Helium-3Edit
En uppskattning visar att solvinden har deponerat mer än 1 miljon ton helium-3 (3He) på månens yta. Material på månens yta innehåller helium-3 i koncentrationer som uppskattas till mellan 1,4 och 15 delar per miljard (ppb) i solbelysta områden, och kan innehålla koncentrationer så mycket som 50 ppb i permanent skuggade områden. Som jämförelse kan nämnas att helium-3 i jordens atmosfär förekommer i 7,2 delar per biljon (ppt).
Ett antal personer har sedan 1986 föreslagit att man ska exploatera månens regolit och använda helium-3 för kärnfusion, även om det från och med 2020 har funnits fungerande experimentella kärnfusionsreaktorer i årtionden – ingen av dem har ännu levererat elektricitet kommersiellt. På grund av de låga koncentrationerna av helium-3 skulle all gruvutrustning behöva bearbeta extremt stora mängder regolit. Enligt en uppskattning måste över 150 ton regolit bearbetas för att få fram 1 gram (0,035 oz) helium-3. Kina har inlett det kinesiska programmet för utforskning av månen (Chinese Lunar Exploration Program) för att utforska månen och undersöker möjligheten till gruvdrift på månen, särskilt för att leta efter isotopen helium-3 för användning som energikälla på jorden. Inte alla författare anser att det är möjligt att utvinna helium-3 från rymden, och även om det vore möjligt att utvinna helium-3 från månen har ingen fusionsreaktorkonstruktion gett mer fusionskraft än den tillförda elenergin, vilket motverkar syftet. En annan nackdel är att det är en begränsad resurs som kan uttömmas när den väl har brutits.
Kol och kväveRedigera
Kol (C) skulle behövas för att producera månstål, men det finns i månregolit i spårmängder (82 ppm), som tillförs av solvinden och mikrometeoritnedslag.
Skväve (N) uppmättes från jordprover som fördes tillbaka till jorden, och det finns i spårmängder på mindre än 5 ppm. Det hittades i isotoperna 14N, 15N och 16N. Kol och fixerat kväve skulle behövas för jordbruksverksamhet i en förseglad biosfär.
Regolit för konstruktionRedigera
Månens jord, även om den utgör ett problem för alla mekaniska rörliga delar, kan blandas med kolnanorör och epoxi i konstruktionen av teleskopspeglar med en diameter på upp till 50 meter. Flera kratrar nära polerna är permanent mörka och kalla, en gynnsam miljö för infraröda teleskop.
En del förslag föreslår att man bygger en månbas på ytan med hjälp av moduler som hämtas från jorden och täcker dem med månjord. Månjorden består av en blandning av kiseldioxid och järnhaltiga föreningar som kan smältas till ett glasliknande fast material med hjälp av mikrovågsstrålning.
Europeiska rymdorganisationen testade 2013, i samarbete med en oberoende arkitektfirma, en 3D-utskriven struktur som skulle kunna byggas av månregolit för att användas som en månbas. 3D-printad månjord skulle ge både ”strålnings- och temperaturisolering”. Inuti skulle en lätt trycksatt uppblåsbar med samma kupolform utgöra livsmiljön för de första mänskliga månbyggarna.”
I början av 2014 finansierade NASA en liten studie vid University of Southern California för att vidareutveckla 3D-utskriftstekniken Contour Crafting. Potentiella tillämpningar av denna teknik är bland annat att konstruera månstrukturer av ett material som skulle kunna bestå av upp till 90 procent månmaterial med endast tio procent av materialet som behöver transporteras från jorden. NASA undersöker också en annan teknik som skulle innebära att man sintrar måndamm med hjälp av mikrovågsstrålning med låg effekt (1 500 watt). Månmaterialet skulle bindas genom upphettning till 1 200-1 500 °C (2 190-2 730 °F), något under smältpunkten, för att smälta ihop nanopartikeldammet till ett fast block som är keramikliknande och som inte skulle kräva transport av ett bindemedel från jorden.