WAT IS MOON MINING?

Send

Sinds we begonnen zijn met het sturen van bemande missies naar de maan, dromen mensen van de dag dat we het ooit zouden kunnen koloniseren. Stel je eens voor, een nederzetting op het maanoppervlak, waar iedereen zich constant slechts ongeveer 15% zo zwaar voelt als hier op aarde. En in hun vrije tijd mogen de kolonisten allerlei coole onderzoekstochten maken over de oppervlakte in maanrovers. Moet toegeven, het klinkt leuk!

Meer recentelijk is het idee van prospectie en mijnbouw op de maan voorgesteld. Dit komt onder meer door de hernieuwde verkenning van de ruimte, maar ook door de opkomst van particuliere ruimtevaartbedrijven en de NewSpace-industrie. Met missies naar de Maan-schema's voor de komende jaren en decennia, lijkt het logisch om na te denken over hoe we daar ook mijnbouw en andere industrieën zouden kunnen opzetten?

Voorgestelde methoden:

Er zijn verschillende voorstellen gedaan om mijnbouwoperaties op de maan te vestigen; aanvankelijk door ruimtevaartorganisaties zoals NASA, maar meer recentelijk door particuliere belangen. Veel van de vroegste voorstellen vonden plaats in de jaren vijftig, als reactie op de Space Race, die een maankolonie zag als een logisch resultaat van de verkenning van de maan.

Zo stelde Arthur C. Clarke in 1954 een maanbasis voor waar opblaasbare modules werden bedekt met maanstof voor isolatie en communicatie werd verzorgd door een opblaasbare radiomast. En in 1959 stelde John S. Rinehart - de directeur van het Mining Research Laboratory van de Colorado School of Mines - een buisvormige basis voor die over het oppervlak zou 'zweven'.

Sinds die tijd hebben NASA, het Amerikaanse leger en de luchtmacht en andere ruimtevaartorganisaties voorstellen gedaan voor de oprichting van een maannederzetting. In alle gevallen bevatten deze plannen vergoedingen voor het gebruik van middelen om de basis zo zelfvoorzienend mogelijk te maken. Deze plannen waren echter van vóór het Apollo-programma en werden na de voltooiing ervan grotendeels opgegeven. Pas de afgelopen decennia zijn er weer gedetailleerde voorstellen gedaan.

Tijdens de regering-Bush (2001-2009) greep NASA bijvoorbeeld de mogelijkheid aan om een 'maanpost' te creëren. In overeenstemming met hun Vision for Space Exploration (2004), riep het plan op tot de bouw van een basis op de maan tussen 2019 en 2024. Een van de belangrijkste aspecten van dit plan was het gebruik van ISRU-technieken om zuurstof te produceren uit de omringende regoliet.

Deze plannen werden door de regering-Obama geannuleerd en vervangen door een plan voor een Mars Direct-missie (bekend als NASA's "Journey to Mars"). Tijdens een workshop in 2014 ontmoetten vertegenwoordigers van NASA echter de geneticus van Harvard, George Church, Peter Diamandis van de X Prize Foundation en andere experts om goedkope opties voor terugkeer naar de maan te bespreken.

De workshoppapieren, die in een speciale uitgave van Nieuwe ruimte, beschrijf hoe een nederzetting in 2022 op de maan gebouwd zou kunnen worden voor slechts $ 10 miljard USD. Volgens hun documenten zou een goedkope basis mogelijk zijn dankzij de ontwikkeling van de ruimtevaartsector, de opkomst van de NewSpace-industrie, 3D-printen, autonome robots en andere recent ontwikkelde technologieën.

In december 2015 vond in het European Space Research and Technology Centre een internationaal symposium met de titel "Moon 2020-2030 - A New Era of Coordinated Human and Robotic Exploration" plaats. Destijds formuleerde de nieuwe directeur-generaal van de ESA (Jan Woerner) de wens van het bureau om een internationale maanbasis te creëren met behulp van robotwerkers, 3D-printtechnieken en in-situ gebruik van hulpbronnen.

In 2010 richtte NASA de Robotic Mining Competition op, een jaarlijkse wedstrijd op basis van incentives waarbij universiteitsstudenten robots ontwerpen en bouwen om door een gesimuleerde Marsomgeving te navigeren. Een van de belangrijkste aspecten van de wedstrijd is het maken van robots die kunnen vertrouwen op ISRU om lokale bronnen om te zetten in bruikbare materialen. De geproduceerde applicaties zullen waarschijnlijk ook nuttig zijn tijdens toekomstige maanmissies.

Andere ruimteagentschappen hebben ook plannen voor maanbases in de komende decennia. Het Russische ruimteagentschap (Roscosmos) heeft plannen bekendgemaakt om tegen de jaren 2020 een maanbasis te bouwen, en de China National Space Agency (CNSA) heeft voorgesteld om een dergelijke basis in een vergelijkbaar tijdsbestek te bouwen, dankzij het succes van zijn Chang'e-programma.

En de NewSpace-industrie heeft de laatste tijd ook enkele interessante voorstellen gedaan. In 2010 kwam een groep Silicon Valley-ondernemers samen om Moon Express te creëren, een privébedrijf dat van plan is om commercieel maanrobottransport en datadiensten aan te bieden, evenals het langetermijndoel van het delven van de maan. In december 2015 waren zij het eerste bedrijf dat meedeed aan de Lunar X-prijs om een robotlander te bouwen en te testen - de MX-1.

In 2010 werd Arkyd Astronautics (in 2012 omgedoopt tot Planetary Resources) gelanceerd met als doel het ontwikkelen en inzetten van technologieën voor asteroïde mijnbouw. In 2013 werd Deep Space Industries opgericht met hetzelfde doel voor ogen. Hoewel deze bedrijven voornamelijk op asteroïden zijn gericht, is de aantrekkingskracht vrijwel hetzelfde als die van de maanwinning - die de hulpbronnen van de mensheid buiten de aarde uitbreidt.

Middelen:

Op basis van de studie van maanstenen, die zijn teruggebracht door de Apollo-missies, hebben wetenschappers ontdekt dat het maanoppervlak rijk is aan mineralen. Hun algehele samenstelling hangt af van het feit of de rotsen afkomstig waren van Lunar Maria (grote, donkere, basaltvlaktes gevormd door maanuitbarstingen) of de maanhooglanden.

Rotsen verkregen uit maan-maria vertoonden grote sporen van metalen, met 14,9% aluminiumoxide (Al²O³), 11,8% calciumoxide (kalk), 14,1% ijzeroxide, 9,2% magnesiumoxide (MgO), 3,9% titaniumdioxide (TiO²) en 0,6% natrium oxide (Na²O). Die verkregen uit de maanhooglanden zijn vergelijkbaar qua samenstelling, met 24,0% aluminiumoxide, 15,9% kalk, 5,9% ijzeroxide, 7,5% magnesiumoxide en 0,6% titaniumdioxide en natriumoxide.

Uit dezelfde onderzoeken is gebleken dat maangesteenten grote hoeveelheden zuurstof bevatten, voornamelijk in de vorm van geoxideerde mineralen. Er zijn experimenten uitgevoerd die hebben aangetoond hoe deze zuurstof kan worden gewonnen om astronauten van ademende lucht te voorzien en kan worden gebruikt om water en zelfs raketbrandstof te maken.

De maan heeft ook concentraties van zeldzame-aardemetalen (REM), die om twee redenen aantrekkelijk zijn. Aan de ene kant worden REM's steeds belangrijker voor de wereldeconomie, omdat ze veel worden gebruikt in elektronische apparaten. Aan de andere kant wordt 90% van de huidige reserves van REM's gecontroleerd door China; dus het hebben van een vaste toegang tot een externe bron wordt door sommigen gezien als een kwestie van nationale veiligheid.

Evenzo heeft de maan aanzienlijke hoeveelheden water in zijn maanregoliet en in de permanent schaduwrijke gebieden in de noord- en zuidpoolgebieden. Dit water zou ook waardevol zijn als bron van raketbrandstof, om nog maar te zwijgen van drinkwater voor astronauten.

Bovendien hebben maanrotsen onthuld dat het binnenste van de maan ook aanzienlijke waterbronnen kan bevatten. En uit monsters van maangrond wordt berekend dat geadsorbeerd water zou kunnen bestaan met sporenconcentraties van 10 tot 1000 delen per miljoen. Aanvankelijk was het echter dat waterconcentraties in de maanstenen het gevolg waren van vervuiling.

Maar sinds die tijd hebben meerdere missies niet alleen monsters van water op het maanoppervlak gevonden, maar ook bewijs onthuld van waar het vandaan kwam. De eerste was India's Chandrayaan-1 missie, die op 18 november 2008 een impactor naar het maanoppervlak stuurde. Tijdens de 25 minuten durende afdaling vond de Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) van de impactsonde bewijs van water in de dunne atmosfeer van de maan.

In maart 2010 was het Mini-RF-instrument aan boord Chandrayaan-1 ontdekte meer dan 40 permanent verduisterde kraters in de buurt van de noordpool van de maan, waarvan wordt verondersteld dat ze maar liefst 600 miljoen ton (661,387 miljoen ton) waterijs bevatten.

In november 2009 deed de NASA LCROSS-ruimtesonde soortgelijke vondsten rond het zuidelijke poolgebied, omdat een impactor dat naar het oppervlak werd gestuurd, materiaal omhoogschoot dat bleek kristallijn water te bevatten. In 2012 bleek uit onderzoeken van de Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) dat ijs tot 22% van het materiaal op de bodem van de Shakleton-krater (in het zuidelijke poolgebied) uitmaakt.

Theoretisch wordt aangenomen dat al dit water werd geleverd door een combinatie van mechanismen. Ten eerste had een regelmatig bombardement door watervoerende kometen, asteroïden en meteoroïden over geologische tijdschema's veel kunnen hebben afgezet. Er wordt ook beweerd dat het lokaal wordt geproduceerd door de waterstofionen van zonnewind in combinatie met zuurstofhoudende mineralen.

Maar misschien is helium-3 misschien wel de meest waardevolle grondstof op het oppervlak van de maan. Helium-3 is een atoom dat in grote hoeveelheden door de zon wordt uitgezonden en een bijproduct is van de fusiereacties die binnenin plaatsvinden. Hoewel er tegenwoordig weinig vraag is naar helium-3, denken natuurkundigen dat ze zullen dienen als de ideale brandstof voor fusiereactoren.

De zonnewind van de zon draagt het helium-3 weg van de zon en de ruimte in - uiteindelijk helemaal uit het zonnestelsel. Maar de helium-3-deeltjes kunnen tegen objecten botsen die hen in de weg zitten, zoals de maan. Wetenschappers hebben hier op aarde geen bronnen van helium-3 kunnen vinden, maar het lijkt in enorme hoeveelheden op de maan te zijn.

Voordelen:

Vanuit commercieel en wetenschappelijk oogpunt zijn er verschillende redenen waarom Moonmining de mensheid ten goede zou komen. Om te beginnen zou het absoluut essentieel zijn voor alle plannen om een nederzetting op de maan te bouwen, aangezien in-situ gebruik van hulpbronnen (ISRU) veel kosteneffectiever zou zijn dan het transporteren van materialen vanaf de aarde.

Er wordt ook voorspeld dat de voorgestelde inspanningen voor ruimteverkenning voor de 21e eeuw grote hoeveelheden materiaal zullen vereisen. Dat wat op de maan wordt gewonnen, zou in de ruimte worden gelanceerd tegen een fractie van de kosten van wat hier op aarde wordt gewonnen, vanwege de veel lagere zwaartekracht en ontsnappingssnelheid van de maan.

Bovendien heeft de maan een overvloed aan grondstoffen waar de mensheid op vertrouwt. Net als de aarde bestaat het uit silicaatgesteenten en metalen die worden onderscheiden tussen geochemisch verschillende lagen. Deze bestaan uit een ijzerrijke binnenkern en een ijzerrijke vloeibare buitenkern, een gedeeltelijk gesmolten grenslaag en een stevige mantel en korst.

Bovendien wordt al geruime tijd erkend dat een maanbasis - die ook hulpbronnen zou omvatten - een zegen zou zijn voor missies die verder het zonnestelsel binnengaan. Voor missies die de komende decennia naar Mars gaan, het buitenste zonnestelsel, of zelfs Venus en Mercurius, zou het vermogen om te worden bevoorraad vanuit een maanvoorpost de kosten van individuele missies drastisch verlagen.

Uitdagingen:

Uiteraard biedt het vooruitzicht om mijnbouwbelangen op de maan op te zetten ook enkele serieuze uitdagingen. Elke basis op de maan zou bijvoorbeeld moeten worden beschermd tegen oppervlaktetemperaturen, die variëren van zeer laag tot hoog - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) tot 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - aan de evenaar en gemiddeld 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) in de poolgebieden.

Blootstelling aan straling is ook een probleem. Door de extreem dunne atmosfeer en het ontbreken van een magnetisch veld, ervaart het maanoppervlak half zoveel straling als een object in de interplanetaire ruimte. Dit betekent dat astronauten en / of maanwerkers een hoog risico lopen op blootstelling aan kosmische straling, protonen van zonnewind en straling veroorzaakt door zonnevlammen.

Dan is er het maanstof, een extreem schurende glasachtige substantie die is gevormd door miljarden jaren aan micrometeorietinslagen op het oppervlak. Door de afwezigheid van verwering en erosie, is maanstof niet-afgerond, kan het grote schade aanrichten aan machines en vormt het een gevaar voor de gezondheid. Het ergste van alles is dat het bij alles blijft wat het aanraakt, en het was een grote overlast voor de Apollo-bemanningen!

En hoewel de lagere zwaartekracht aantrekkelijk is voor lanceringen, is het onduidelijk wat de gezondheidseffecten op lange termijn voor de mens zullen zijn. Zoals herhaald onderzoek heeft aangetoond, veroorzaakt blootstelling aan zwaartekracht gedurende een periode van een maand spierdegeneratie en verlies van botdichtheid, evenals een verminderde orgaanfunctie en een onderdrukt immuunsysteem.

Daarnaast zijn er de potentiële juridische hindernissen die maanmijnen kunnen opleveren. Dit komt door het "Verdrag inzake beginselen voor de activiteiten van staten bij de verkenning en het gebruik van de ruimte, met inbegrip van de maan en andere hemellichamen" - ook wel bekend als het "Verdrag inzake de kosmische ruimte". In overeenstemming met dit verdrag, dat onder toezicht staat van het United Nations Office for Outer Space Affairs, mag geen enkel land land op de maan bezitten.

En hoewel er veel gespeculeerd wordt over een "maas in de wet" die particulier eigendom niet uitdrukkelijk verbiedt, is er hierover geen juridische consensus. Als zodanig, aangezien maanprospectie en mijnbouw steeds meer een mogelijkheid worden, zal er een wettelijk kader moeten worden uitgewerkt dat ervoor zorgt dat alles in de lift zit.

Hoewel het misschien ver weg is, is het niet onredelijk om te denken dat we op een dag de maan zouden kunnen ontginnen. En met zijn rijke aanvoer van metalen (waaronder REM's) die deel gaat uitmaken van onze economie, zouden we kunnen kijken naar een toekomst die wordt gekenmerkt door postschaarste!

We hebben veel artikelen over Moon mining en kolonisatie geschreven hier bij Space Magazine. Hier zijn wie waren de eerste mannen op de maan? Wat waren de eerste maanlandingen? Hoeveel mensen hebben er op de maan gelopen? Kun je land op de maan kopen? En een ruimtebasis bouwen, deel 1: Waarom de mijne De maan of een asteroïde?

Bekijk voor meer informatie deze infographic over Moon Mining van NASA's Jet Propulsion Laboratory.

Astronomy Cast heeft ook enkele interessante afleveringen over dit onderwerp. Luister hier - Aflevering 17: Waar komt de maan vandaan? en aflevering 113: The Moon - Part I.

Bronnen: