MIS ON KUU KAEVANDAMINE?

Send

Sellest ajast peale, kui hakkasime Kuule saatma meeskonnaga missioone, on inimesed unistanud päevast, mil võiksime ühel päeval selle koloniseerida. Kujutage vaid ette, asula Kuu pinnal, kus kõik tunnevad end pidevalt vaid umbes 15% raskustes nagu siin Maa peal. Ja vabal ajal saavad kolonistid teha kõikvõimalikke lahedaid uurimistöid kogu pinna kohal kuuseradarites. Pean tunnistama, see kõlab lõbusalt!

Viimasel ajal on tehtud ettepanek Kuul geoloogilise luure ja kaevandamise kohta. Osaliselt on selle põhjuseks uuendatud kosmoseuuringud, aga ka eralennunduse ja kosmosetööstuse ettevõtete tõus ning NewSpace'i tööstus. Järgmiste aastate ja aastakümnete Kuu ajakavade lähetustega tundub loogiline mõelda, kuidas võiksime ka sinna rajada mäetööstuse ja muud tööstused?

Kavandatud meetodid:

Kaevandustegevuse kehtestamiseks Kuul on tehtud mitu ettepanekut; algselt selliste kosmoseagentuuride poolt nagu NASA, kuid hiljuti erahuvide poolt. Paljud kõige varasemad ettepanekud tehti 1950ndatel aastatel vastusena kosmosereisile, kus kuukoloonia oli Kuu uurimise loogiline tulemus.

Näiteks tegi Arthur C. Clarke 1954. aastal ettepaneku Kuu aluse kohta, kus täispuhutavad moodulid kaeti isolatsiooniks kuutolmuga ja sidepidamine oli ette nähtud täispuhutava raadiomasti abil. Ja 1959. aastal tegi John S. Rinehart - Colorado Mines Schooli kaevandusuuringute laboratooriumi direktor - ettepaneku torukujulise aluse kohta, mis “hõljuks” üle kogu pinna.

Sellest ajast alates on NASA, USA armee ja õhujõud ning muud kosmoseagentuurid välja andnud ettepanekuid Kuu asula loomiseks. Kõigil juhtudel sisaldasid need kavad ressursside kasutamise saastekvoote, et muuta alus võimalikult iseseisvaks. Need plaanid eelnesid aga Apollo programmile ja pärast selle lõppemist loobuti suures osas. Üksnes viimastel aastakümnetel on taas kord tehtud üksikasjalikke ettepanekuid.

Näiteks väitis NASA Bushi administratsiooni ajal (2001–2009) võimalust luua “Kuu eelpost”. Kooskõlas nende visiooni kosmoseuuringutega (2004) kutsuti plaani üles ehitama Kuule baasi ajavahemikus 2019 kuni 2024. Selle plaani üks põhiaspekte oli ISRU tehnikate kasutamine ümbritseva regoliidi hapniku tootmiseks.

Obama administratsioon tühistas need plaanid ja asendas Mars Direct'i missiooni plaani (tuntud kui NASA teekond Marsile). 2014. aastal toimunud seminari ajal kohtusid NASA esindajad aga Harvardi geneetiku George Churchi, X-auhinna fondi Peter Diamandise ja teiste ekspertidega, et arutada Kuule naasmise odavaid võimalusi.

Töötoa paberid, mis avaldati ... aasta eriväljaandes Uus ruum, kirjeldage, kuidas 2022. aastaks võiks Kuule rajada asula vaid 10 miljardi dollari väärtuses. Nende paberite kohaselt oleks odav baas võimalik tänu kosmose lansseerimise äri arengule, NewSpace'i tööstuse tekkimisele, 3D-printimisele, autonoomsetele robotitele ja muudele hiljuti välja töötatud tehnoloogiatele.

2015. aasta detsembris toimus Euroopa kosmoseuuringute ja tehnoloogia keskuses rahvusvaheline sümpoosion pealkirjaga “Kuu 2020-2030 - koordineeritud inimese ja robotite uurimise uus ajastu”. Sel ajal väljendas ESA uus peadirektor (Jan Woerner) agentuuri soovi luua rahvusvaheline kuubaas, kasutades robotitöötajaid, 3D-printimistehnikaid ja kohapealsete ressursside kasutamist.

NASA asutas 2010. aastal roboti kaevandamise võistluse - iga-aastase stiimulitel põhineva võistluse, kus ülikooli tudengid kavandavad ja ehitavad roboteid simuleeritud Marsi keskkonnas navigeerimiseks. Võistluse üks olulisemaid aspekte on robotite loomine, mis toetuvad ISRU-le kohalike ressursside muutmiseks kasutatavateks materjalideks. Loodud rakendused on tõenäoliselt kasulikud ka tulevaste kuudemissioonide ajal.

Ka teistel kosmoseagentuuridel on järgmistel aastakümnetel plaanis kasutada Kuu baase. Venemaa kosmoseagentuur (Roscosmos) on väljastanud plaanid ehitada kuupakk 2020. aastateks ja Hiina riiklik kosmoseagentuur (CNSA) tegi ettepaneku ehitada selline baas sarnase aja jooksul, tänu oma Chang’e programmi õnnestumisele.

Ja ka NewSpace'i tööstus on hiljaaegu esitanud huvitavaid ettepanekuid. 2010. aastal kogunes rühm Silicon Valley ettevõtjaid, et luua Moon Express - eraettevõte, mis plaanib pakkuda kommertslikku kuu robotite transpordi- ja andmesideteenuseid, aga ka Kuu kaevandamise pikaajalist eesmärki. 2015. aasta detsembris sai neist esimene ettevõte, kes võistles Lunar X auhinna pärast robot-maanduri - MX-1 ehitamise ja katsetamise eest.

2010. aastal käivitati Arkyd Astronautics (2012. aastal nimetati ümber planeediressurssideks) asteroidide kaevandamise tehnoloogiate väljatöötamiseks ja juurutamiseks. 2013. aastal moodustati sama eesmärki silmas pidades Deep Space Industries. Ehkki need ettevõtted on keskendunud peamiselt asteroididele, on kaebus samasugune nagu Kuu kaevandamine - mis laiendab inimkonna ressursibaasi Maast kaugemale.

Ressursid:

Tuginedes Apollo missioonide poolt tagasi toodud kuukivimite uurimisele, on teadlased teada saanud, et Kuu pind on rikas mineraalidega. Nende üldine koostis sõltub sellest, kas kivimid pärinesid Kuu mariast (Kuu purskest moodustunud suured tumedad basaltlikud tasandikud) või Kuu kõrgendikest.

Kuu mariast saadud kivimites olid suured metallide jäljed: 14,9% alumiiniumoksiidi (Al²O 3), 11,8% kaltsiumoksiidi (lubi), 14,1% raudoksiidi, 9,2% magneesiumit (MgO), 3,9% titaandioksiidi (TiO²) ja 0,6% naatriumi oksiid (Na2O). Kuu mägismaalt saadud saadused on koostisega sarnased: 24,0% alumiiniumoksiidi, 15,9% lubi, 5,9% raudoksiidi, 7,5% magneesiumoksiidi ja 0,6% titaandioksiidi ja naatriumoksiidi.

Need samad uuringud on näidanud, et kuukivimid sisaldavad suures koguses hapnikku, peamiselt oksüdeerunud mineraalide kujul. On tehtud katseid, mis on näidanud, kuidas seda hapnikku saaks ekstraheerida, et pakkuda astronautidele hingavat õhku ning mida saaks kasutada vee ja isegi raketikütuse tootmiseks.

Kuul on ka haruldaste muldmetallide (REM) kontsentratsioonid, mis on atraktiivsed kahel põhjusel. Ühelt poolt muutuvad REM-id maailmamajanduses üha olulisemaks, kuna neid kasutatakse laialdaselt elektroonikaseadmetes. Teisest küljest kontrollib Hiina 90% REMide praegustest varudest; nii et mõned peavad pidevat juurdepääsu välistele allikatele riikliku julgeoleku küsimuseks.

Samamoodi on Kuul märkimisväärses koguses vett tema Kuu regolitis ja alaliselt varjutatud aladel põhja- ja lõunapoolustel. See vesi oleks väärtuslik ka raketikütuse allikana, rääkimata astronautide joogiveest.

Lisaks on kuukivimid paljastanud, et Kuu sisemus võib sisaldada ka olulisi veeallikaid. Kuu pinnase proovidest võib arvutada, et adsorbeeritud vesi võib esineda kontsentratsioonidel 10 kuni 1000 miljondikku. Algselt oli vee saastamise tagajärg kuukivimites.

Kuid alates sellest ajast pole mitmed missioonid mitte ainult leidnud Kuu pinnalt veeproove, vaid ka tõestanud selle päritolu. Esimene oli India oma Chandrayaan-1 mis saatis löökkatsekeha kuu pinnale 18. novembril 2008. 25-minutise laskumise ajal leidis löögisondi Chandra kõrguskompositsiooni uurija (Chace) tõendeid vee kohta Kuu õhukeses atmosfääris.

2010. aasta märtsis pardal Mini-RF instrument Chandrayaan-1 avastas Kuu põhjapooluse lähedal enam kui 40 püsivalt pimendatud kraatrit, mille oletus sisaldab 600 miljonit tonni (661,387 miljonit USA tonni) vett-jääd.

2009. aasta novembris tegi NASA LCROSS kosmosesond sarnaseid leide lõunapooluse polaarpiirkonna ümbrusest, kui löökkatsekeha, mille ta pinnale saatis, tõmbas kristallset vett sisaldava materjali. Lunar Reconnaissance Orbiteri (LRO) poolt läbi viidud uuringute käigus selgus 2012. aastal, et jää moodustab kuni 22% Shakletoni kraatri (asub lõunapooluselises piirkonnas) põrandast.

Teoreetiliselt on kogu see vesi tarnitud mehhanismide kombinatsiooni abil. Ühe jaoks oleks vett kandvate komeetide, asteroidide ja meteoroidide regulaarne pommitamine geoloogiliste ajavahemike jooksul võinud sellest suure osa ladestada. Samuti on väidetud, et seda toodavad kohapeal päikesetuule vesinikuioonid, mis kombineeruvad hapnikku kandvate mineraalidega.

Kuid võib-olla kõige väärtuslikumaks kaubaks Kuu pinnal võib olla heelium-3. Heelium-3 on aatom, mida Päike eraldab suurtes kogustes, ning see on sees toimuvate termotuumareaktsioonide kõrvalsaadus. Ehkki heelium-3 järele on tänapäeval vähe nõudlust, arvavad füüsikud, et need toimivad termotuumasünteesi reaktorite jaoks ideaalse kütusena.

Päikese päikesetuul kannab heelium-3 Päikesest eemale ja kosmosesse - lõpuks täielikult Päikesesüsteemist välja. Kuid heelium-3 osakesed võivad sattuda nende teele sattunud objektidesse, nagu Kuu. Teadlased ei ole suutnud siit Maalt leida ühtegi heelium-3 allikat, kuid tundub, et see paikneb Kuul tohututes kogustes.

Eelised:

Kommertslikust ja teaduslikust seisukohast on mitu põhjust, miks Kuu kaevandamine inimkonnale kasulik oleks. Alustuseks oleks Kuule asula rajamise plaanide jaoks hädavajalik, kuna in situ ressursside kasutamine (ISRU) oleks palju kuluefektiivsem kui materjalide vedu Maalt.

Samuti ennustatakse, et 21. sajandiks kavandatud kosmoseuuringute jaoks on vaja suuri materjale. See, mis kaevandatakse Kuul, lastakse kosmosesse väiksema osaga sellest, mis siin Maa peal kaevandatakse, sest Kuu raskusjõud ja põgenemiskiirus on Kuul palju madalam.

Lisaks on Kuul hulgaliselt tooraineid, millele inimkond tugineb. Sarnaselt Maale koosneb see silikaatkivimitest ja metallidest, mis on eristatud geokeemiliselt eraldiseisvate kihtide vahel. Need koosnevad rauarikkast sisemisest tuumast ja rauarikkast vedelikust välimisest südamikust, osaliselt sulanud piirkihist ning tahkest vahevööst ja koorikust.

Lisaks on juba mõnda aega tõdetud, et Kuu baas - mis sisaldaks ressursioperatsioone - oleks päikesesüsteemi kaugemate missioonide õnnistuseks. Järgmistel aastakümnetel Marsile suunduvate missioonide, välise Päikesesüsteemi või isegi Veenuse ja Elavhõbeda korral vähendaks Kuu eelpostist varustamise võimalus üksikute missioonide kulusid järsult.

Väljakutsed:

Muidugi kujutab kaevandushuvide seadmise väljavaade Kuule ka tõsiseid väljakutseid. Näiteks tuleb Kuu mis tahes alust kaitsta pinnatemperatuuri eest, mis ulatub väga madalast kuni kõrgeni - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) kuni 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F). - ekvaatori juures ja polaarpiirkondade keskmine temperatuur 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F).

Kiirguse kokkupuude on samuti probleem. Äärmiselt õhukese atmosfääri ja magnetvälja puudumise tõttu kogeb Kuu pind planeedivahelises ruumis poole vähem kiirgust kui objekt. See tähendab, et astronautidel ja / või kuutöötajatel on kõrge oht kosmiliste kiirte, päikesetuule prootonite ja päikesekiirte põhjustatud kiirguse kätte sattuda.

Siis on Kuutolm, mis on äärmiselt abrasiivne klaasjas aine, mis on tekkinud miljarditele aastatele mikrometeoriitide mõjuga pinnale. Ilmastiku ja erosiooni puudumise tõttu on Kuutolm maandamata ja võib masinaid kahjustada ning kujutab endast terviseohtu. Halvim on see, et see kleepub kõigesse, mida puudutab, ja see oli Apollo meeskondade jaoks suur ebameeldivus!

Ja kuigi madalama raskusastmega kaatrid on atraktiivsed, pole selge, milline on selle pikaajaline tervisemõju inimestele. Nagu korduvad uuringud on näidanud, põhjustab nullgravitatsioon kuudepikkuse perioodi vältel lihaste degeneratsiooni ja luutiheduse vähenemist, samuti organite funktsioonide halvenemist ja nõrgenenud immuunsussüsteemi.

Lisaks on võimalikke seaduslikke takistusi, mida Kuu kaevandamine võib põhjustada. Selle põhjuseks on “Leping põhimõtte kohta, mis reguleerib riikide tegevust kosmose, sealhulgas Kuu ja muude taevakehade uurimisel ja kasutamisel” - muidu tuntud kui “Kosmoselepingu”. Selle lepingu kohaselt, mida kontrollib ÜRO kosmoseküsimuste büroo, ei ole ühelgi riigil lubatud omada Kuu maad.

Ja kuigi on olnud palju spekulatsioone lünga üle, mis ei keela sõnaselgelt eraomandit, puudub selles õiguslik konsensus. Kuna Kuu geoloogiline otsimine ja kaevandamine muutuvad üha enam võimaluseks, tuleb välja töötada õiguslik raamistik, mis tagab, et kõik on üles ja üles.

Ehkki see võib olla kaugel, pole mõistlik arvata, et kunagi võiksime Kuu kaevandada. Ja kuna rikkalikud metallivarud (sealhulgas REM-id) saavad meie majanduse osaks, võiksime vaadata tulevikku, mida iseloomustab nappusejärgne tegevus!

Oleme siin ajakirjas Space Magazine kirjutanud palju artikleid Kuu kaevandamise ja koloniseerimise kohta. Siit saate teada, kes olid Kuul esimesed mehed ?, Millised olid esimesed Kuu maandumised ?, Kui palju inimesi on Kuul kõndinud? Kas saate Kuule maad osta? Ja kosmosebaasi ehitamine, 1. osa: Miks kaevandus Kuu või asteroid?

Lisateabe saamiseks vaadake kindlasti seda infograafikat Kuu kaevandamise kohta NASA jugajõuseadmete laborist.

Astronoomiaosakonnal on sellel teemal ka huvitavaid episoode. Kuulake siin - 17. osa: kust tuli Kuu? ja episood 113: Kuu - I osa

Allikad: