CO JE MĚSíČNí TĚŽBA?

Send

Od té doby, co jsme začali vysílat posádky na Měsíc, lidé sní o tom dni, kdy bychom ho jednoho dne mohli kolonizovat. Jen si představte, osada na lunárním povrchu, kde se každý neustále cítí jen asi 15% tak těžký jako tady na Zemi. A ve svém volném čase se kolonisté budou věnovat všemu chladnému výzkumu treku přes povrch v lunárních roverech. Musím přiznat, že to zní zábavně!

Nedávno byla navržena myšlenka průzkumu a těžby na Měsíci. Důvodem je částečně obnovený průzkum vesmíru, ale také vzestup soukromých leteckých společností a průmyslu NewSpace. Při misích na Měsíční plány na nadcházející roky a desetiletí se zdá logické uvažovat o tom, jak bychom tam mohli založit těžbu a další průmyslová odvětví?

Navrhované metody:

Bylo předloženo několik návrhů na založení těžebních operací na Měsíci; zpočátku vesmírnými agenturami, jako je NASA, ale v poslední době soukromými zájmy. Mnoho z prvních návrhů se odehrálo během padesátých let v reakci na vesmírný závod, který viděl měsíční kolonii jako logický výsledek lunárního průzkumu.

Například v roce 1954 Arthur C. Clarke navrhl lunární základnu, kde byly nafukovací moduly pokryty v měsíčním prachu pro izolaci a komunikace byla poskytována nafukovacím rádiovým stožárem. A v roce 1959 John S. Rinehart - ředitel výzkumné laboratoře těžby na Colorado School of Mines - navrhl trubkovou základnu, která by „plavala“ po povrchu.

Od té doby vydaly NASA, americká armáda a letectvo a další kosmické agentury návrhy na vytvoření měsíční osady. Ve všech případech tyto plány obsahovaly povolenky na využití zdrojů, aby se základna co nejvíce stala soběstačnou. Tyto plány však předcházely programu Apollo a po jeho ukončení byly z velké části opuštěny. Podrobné návrhy byly předloženy teprve v posledních několika desetiletích.

Například během Bushovy administrativy (2001-2009) NASA poskytla možnost vytvoření „lunární základny“. V souladu s jejich vizí pro průzkum vesmíru (2004), plán požadoval výstavbu základny na Měsíci v letech 2019 až 2024. Jedním z klíčových aspektů tohoto plánu bylo použití technik ISRU k produkci kyslíku z okolního regolitu.

Tyto plány byly zrušeny Obamovou administrativou a nahrazeny plánem pro misi Mars Direct (známý jako NASA „Journey to Mars“). Během workshopu v roce 2014 se však zástupci NASA setkali s Harvardským genetikem George Churchem, Peterem Diamandisem z Nadace X Prize a dalšími odborníky, aby diskutovali o levných možnostech návratu na Měsíc.

Workshopy, které byly zveřejněny ve zvláštním čísle časopisu Nový prostor, popište, jak by mohla být na Měsíci postavena osada do roku 2022 za pouhých 10 miliard USD. Podle jejich článků by byla nízkonákladová základna možná díky rozvoji podnikání v oblasti kosmického průmyslu, vzniku průmyslu NewSpace, 3D tisku, autonomních robotů a dalších nedávno vyvinutých technologií.

V prosinci 2015 se v Evropském středisku pro výzkum vesmíru a technologie konalo mezinárodní sympozium s názvem „Měsíc 2020–2030 - nová éra koordinovaného výzkumu člověka a robotů“. V té době nový generální ředitel ESA (Jan Woerner) vyjádřil přání agentury vytvořit mezinárodní měsíční základnu pomocí robotických pracovníků, technik 3D tisku a využití zdrojů in situ.

V roce 2010 založila NASA soutěž robotických těžařství, každoroční soutěž založená na pobídkách, kde studenti vysokých škol navrhují a staví roboty pro navigaci v simulovaném marťanském prostředí. Jedním z nejdůležitějších aspektů soutěže je vytvoření robotů, kteří se mohou spolehnout na ISRU, aby z místních zdrojů proměnili použitelné materiály. Vyrobené aplikace budou pravděpodobně také užitečné při budoucích měsíčních misích.

Jiné kosmické agentury mají také plány na měsíční základny v nadcházejících desetiletích. Ruská kosmická agentura (Roscosmos) vydala plány na vybudování lunární základny do roku 2020 a Čínská národní kosmická agentura (CNSA) navrhla vybudovat takovou základnu v podobném časovém rámci, díky úspěchu svého programu Chang´s.

A průmysl NewSpace také produkuje některé zajímavé návrhy pozdě. V roce 2010 se skupina podnikatelů v Silicon Valley spojila, aby vytvořila soukromou společnost Moon Express, která plánuje nabízet komerční lunární robotické dopravní a datové služby, jakož i dlouhodobý cíl těžby Měsíce. V prosinci 2015 se stali první společností, která soutěží o cenu Lunar X Prize, která postavila a otestovala robotický přistávací modul - MX-1.

V roce 2010 byla spuštěna společnost Arkyd Astronautics (přejmenovaná na Planetární zdroje v roce 2012) za účelem vývoje a nasazení technologií pro těžbu asteroidů. V roce 2013 byla Deep Space Industries založena se stejným účelem. Ačkoli se tyto společnosti zaměřují převážně na asteroidy, přitažlivost je téměř stejná jako lunární těžba - která rozšiřuje základnu lidských zdrojů mimo Zemi.

Zdroje:

Na základě studie o měsíčních horninách, které přinesly mise Apollo, vědci zjistili, že měsíční povrch je bohatý na minerály. Jejich celkové složení závisí na tom, zda skály pocházely z měsíční marie (velké, tmavé, čedičové pláně vytvořené z měsíčních erupcí) nebo z měsíční vrchoviny.

Horniny získané z měsíční marie vykazovaly velké stopy kovů, se 14,9% aluminy (Al2O3), 11,8% oxidu vápenatého (vápno), 14,1% oxidu železa, 9,2% oxidu hořečnatého (MgO), 3,9% oxidu titaničitého (Ti02) a 0,6% sodíku oxid (Na20). Ty, které byly získány z lunárních vysočin, mají podobné složení, s 24,0% aluminy, 15,9% vápna, 5,9% oxidu železa, 7,5% magnézie a 0,6% oxidu titaničitého a oxidu sodného.

Tyto stejné studie ukázaly, že lunární horniny obsahují velké množství kyslíku, převážně ve formě oxidovaných minerálů. Byly provedeny experimenty, které ukázaly, jak může být tento kyslík extrahován, aby poskytly astronautům dýchatelný vzduch, a mohly být použity k výrobě vody a dokonce i raketového paliva.

Měsíc má také koncentrace vzácných zemin (REM), které jsou atraktivní ze dvou důvodů. Na jedné straně jsou REM pro světovou ekonomiku stále důležitější, protože se široce používají v elektronických zařízeních. Na druhé straně 90% současných rezerv REM je ovládáno Čínou; takže mít stálý přístup k vnějšímu zdroji je pro některé vnímán jako záležitost národní bezpečnosti.

Podobně, Měsíc obsahuje značné množství vody obsažené v jeho lunárním regolitu a v trvale zastíněných oblastech v jeho severních a jižních polárních oblastech. Tato voda by byla také cenná jako zdroj raketového paliva, nemluvě o pitné vodě pro astronauty.

Navíc, lunární horniny odhalily, že interiér Měsíce může také obsahovat významné zdroje vody. A ze vzorků měsíční půdy se počítá, že adsorbovaná voda by mohla existovat při stopových koncentracích 10 až 1000 dílů na milion. Zpočátku to bylo, že koncentrace vody v měsíčních horninách byla důsledkem kontaminace.

Od té doby však několik misí nenašlo pouze vzorky vody na lunárním povrchu, ale odhalilo důkazy o tom, odkud pochází. První byla Indie Chandrayaan-1 mise, která poslala na lunární povrch impuls 18. listopadu 2008. Během svého 25minutového sestupu našel průzkumník výšky v Chandra v Altitudinal Composition Explorer (CHACE) důkazy o vodě v tenké atmosféře Měsíce.

V březnu 2010 byl přístroj Mini-RF na palubě Chandrayaan-1 objevilo více než 40 permanentně ztmavených kráterů poblíž severního pólu Měsíce, u nichž se předpokládá, že obsahují až 600 milionů metrických tun (661,387 milionů amerických tun) vody.

V listopadu 2009 provedla kosmická sonda NASA LCROSS podobné nálezy kolem jižní polární oblasti, jako impaktor, který poslala na povrch, vyhodila materiál, který obsahuje krystalickou vodu. V roce 2012 průzkumy provedené lunárním průzkumným orbitrem (LRO) odhalily, že led tvoří až 22% materiálu na podlaze kráteru Shakleton (nacházející se v jižní polární oblasti).

Bylo teoretizováno, že veškerá tato voda byla dodávána kombinací mechanismů. Za prvé by mohlo být mnoho bombardováno pravidelným bombardováním vodními komety, asteroidy a meteoroidy v geologických časových plánech. Rovněž se tvrdí, že je produkován místně vodíkovými ionty slunečního větru v kombinaci s minerály obsahujícími kyslík.

Ale asi nejcennější komoditou na povrchu Měsíce může být helium-3. Hélium-3 je atom emitovaný Sluncem ve velkém množství a je vedlejším produktem fúzních reakcí, které probíhají uvnitř. Ačkoli dnes existuje jen malá poptávka po heliu 3, fyzici si myslí, že budou sloužit jako ideální palivo pro fúzní reaktory.

Sluneční sluneční vítr přenáší helium-3 od Slunce a ven do vesmíru - případně úplně mimo Sluneční soustavu. Částice hélia-3 však mohou narazit na předměty, které jim brání, jako je Měsíc. Vědci zde na Zemi nenašli žádné zdroje helia-3, ale zdá se, že je na Měsíci ve velkém množství.

Výhody:

Z komerčního a vědeckého hlediska existuje několik důvodů, proč by těžba Měsíce byla prospěšná pro lidstvo. Pro začátek by bylo naprosto nezbytné, aby všechny plány na vybudování osady na Měsíci, protože využití zdrojů in situ (ISRU) bylo mnohem nákladově efektivnější než přeprava materiálů ze Země.

Předpokládá se také, že navrhované úsilí o průzkum vesmíru pro 21. století bude vyžadovat velká množství materiálu. To, co se těží na Měsíci, by bylo vypuštěno do vesmíru za zlomek ceny toho, co se tady těží na Zemi, kvůli mnohem nižší gravitační a únikové rychlosti Měsíce.

Měsíc má navíc velké množství surovin, na které se lidstvo spoléhá. Podobně jako Země se skládá ze silikátových hornin a kovů, které se rozlišují mezi geochemicky odlišnými vrstvami. Skládají se z vnitřního jádra bohatého na železo a tekutého vnějšího jádra bohatého na železo, částečně roztavené mezní vrstvy a pevného pláště a kůry.

Kromě toho se již nějakou dobu uznávalo, že lunární základna, která by zahrnovala operace s prostředky, by byla výhoda pro mise dále do Sluneční soustavy. Pro mise směřující na Mars v příštích desetiletích, vnější sluneční soustavu nebo dokonce Venuši a Merkur, by schopnost být obnovena z měsíční základny drasticky snížila náklady na jednotlivé mise.

Výzvy:

Vyhlídka na založení těžařských zájmů na Měsíci samozřejmě představuje i některé vážné výzvy. Například jakákoli základna na Měsíci by musela být chráněna před povrchovými teplotami, které se pohybují od velmi nízkých po vysoké - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) až 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - v rovníku a průměrně 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) v polárních oblastech.

Problémem je také radiační expozice. Kvůli extrémně tenké atmosféře a nedostatku magnetického pole zažívá lunární povrch polovinu tolik záření jako objekt v meziplanetárním prostoru. To znamená, že astronauti a / nebo lunární pracovníci by byli vystaveni vysokému riziku expozice kosmickým paprskům, protonům ze slunečního větru a záření způsobenému slunečními erupcemi.

Pak je tu Měsíční prach, což je velmi abrazivní sklovitá látka, která se vytvořila miliardami let mikrometeoritových nárazů na povrch. Kvůli nepřítomnosti povětrnostních podmínek a erozi je Měsíční prach neporovnatelný a může se strojem poškodit a představuje zdravotní riziko. Nejhorší ze všech je, že se drží všeho, čeho se dotkne, a pro posádky Apolla to bylo hlavní nepříjemnost!

A zatímco nižší gravitace je přitažlivá, pokud jde o vypouštění, není jasné, jaké budou mít dlouhodobé zdravotní dopady na člověka. Jak opakovaný výzkum ukázal, vystavení nulové gravitaci v měsíčních obdobích způsobuje svalovou degeneraci a ztrátu hustoty kostí, jakož i sníženou funkci orgánů a snížený imunitní systém.

Kromě toho existují potenciální právní překážky, které by mohla představovat měsíční těžba. Důvodem je „Smlouva o zásadách upravujících činnost států při průzkumu a využívání vesmíru, včetně Měsíce a dalších nebeských těles“ - jinak známá jako „Smlouva o vesmíru“. V souladu s touto smlouvou, na kterou dohlíží Úřad OSN pro záležitosti kosmického prostoru, nemá žádný národ právo vlastnit půdu na Měsíci.

A zatímco spousta spekulací o „mezeře“, která výslovně nezakazuje soukromé vlastnictví, v této věci neexistuje žádný právní konsenzus. S tím, jak se měsíční průzkum a těžba stává více možností, bude muset být vypracován právní rámec, který zajistí, že vše bude na vzestupu.

Ačkoli to může být daleko, není rozumné si myslet, že jednoho dne bychom mohli dobývat Měsíc. A vzhledem k tomu, že se bohaté zásoby kovů (včetně REM) stávají součástí naší ekonomiky, můžeme se dívat na budoucnost charakterizovanou post-nedostatkem!

Zde jsme napsali mnoho článků o těžbě a kolonizaci Měsíce zde ve Space Magazine. Tady jsou Kdo byli první muži na Měsíci ?, Jaké byly první lunární přistání ?, Kolik lidí chodilo na Měsíci ?, Můžete si koupit pozemek na Měsíci? A Budování vesmírné základny, Část 1: Proč důl na Měsíc nebo asteroid?

Pro více informací se podívejte na tento infographic na Měsíční těžbě z NASA Jet Propulsion Laboratory.

Astronomie Cast má také několik zajímavých epizod na toto téma. Poslouchejte - epizoda 17: Odkud pochází měsíc? a epizoda 113: Měsíc - část I.

Zdroje: