Полезные ископаемые на луне

Полезные ископаемые на Луне: проекты по добыче и перспективы развития отрасли

Даже сегодня, когда миллионные бюджеты вкладываются в космические программы, добыча полезных ископаемых на Луне и не только (к примеру, на астероидах), звучит, как искусная фэнтезийная зарисовка. Однако современные учёные проводят многочисленные опыты и разработку в этой сфере.

У добычи полезных ископаемых на Луне очень много аспектов и задач, которые зачастую требуют изобретательности и нестандартного подхода. Будущим «космическим» горнякам, видимо, предстоит осваивать все тонкости добычи полезных ископаемых в недрах луны.

Открытым остаётся вопрос – есть ли смысл организовать добычу минералов, металлов и других ископаемых и какие именно из них могут активно разрабатываться в крайне нестандартных условиях.

В данном контексте учёные выделяют два типа ископаемых, которые они планируют извлекать из лунных недр. Первый – ископаемые, которые задействуются локально, прямиком на местах добычи. Второй – породы, которые транспортируются на земную поверхность.

К числу первых можно отнести водные источники и конструкционные составляющие. Водная масса посредством электролиза будет раскладываться на O и H₂. Их можно использовать в качестве источников топлива космических аппаратов и прочей важной техники. Во вторую категорию входят газовые массы и редкие типы металлов. Среди этих веществ одним из важнейших считается гелий-3. В перспективе он может стать важным источником сырья в термоядерном синтезе.

Насколько будет окупаться добыча полезных ископаемых на Луне, можно понять, определив стоимость, технические издержки и возможности транспортировки полезных ископаемых к зонам использования в сравнении с аналогичным обслуживанием на Земле. Схожие моменты учитываются также и при разработке месторождений на нашей планете.

Безусловно, доставка сотен тонн рабочего топлива с Земли к Луне будет весьма дорогим и сложным мероприятием. Именно поэтому учёные думают над тем, какой вид топлива можно добывать и применять локально. Таким образом, неясно, станет ли мероприятие по добыче полезных ископаемых 2-й категории рентабельным в целом.

Отдельные исследования показывают, что разработка платино-металлических руд способна покрыть такие убытки. Однако эта идея всё ещё остаётся под вопросом. Сегодня отдельные весьма крупные предприятия частного типа планируют лунную разведку, а также разработку минеральных и металлических руд на астероидах в обозримом будущем. Вместе с тем активно обсуждаются и разрабатываются планы по освоению и добыче минералов и железных руд на земном спутнике.

Одна из крупных организаций, которая планирует осваивать минеральные богатства Луны – Planetary Resources. Её основатель ранее имел дело с космическим туризмом и был главой компании Space Adventures. В качестве со-основателей первой компании по добыче полезных ископаемых вне земных условий стали Л. Пейдж И Дж. Кэмерон. 1-й склад топлива для освоения космической разработке минеральных и металлических руд компания пообещала организовать к 2020 году.

Сегодня организация уже запустила пару тестовых спутниковых телескопа на орбиту нашей планеты. Их основная задача технологическая демонстрация космических разведывательных технологий. Ещё одно крупное предприятие, принимающее активное участие в освоении добывающей космической отрасли – DSI. Это частная организация из США, которая заручилась правительственной поддержкой ещё в 2013 году. По заверению её руководителей, активный поиск и добыча H₂O, а также ценных металлов станет возможной уже к 2023 году.

Какие небесные полезные ископаемые планируется добывать?

На Луне в настоящее время обнаружены такие элементы, как титанат железа, а также силикаты щелочных металлов и железа. Как уже было сказано, планируется разведка и добыча воды из Лунных недр.

Среди астероидов существует три основных типа, на которых содержится достаточно количество определённых полезных ископаемых, планируемых к добыче. Так, на астероидах типа C планируется добыча воды, органики и углерода. Астероиды типа М богаты металлами платиновой группы, а также никелем и железом. Наконец, астероиды категории S интересны наличием в их недрах силикатов различной природы и консистенции.

Примечательно, что уже существуют технологии, позволяющие добывать материалы с комет и астероидов. Однако они ещё далеки от совершенства и активно развиваются в настоящий момент.

Stardust – одна из миссий по доставке образцов грунтовых внеземных веществ. Сопутствующий её проект Хаябуса также нельзя назвать масштабным, а потому для добычи полезных ископаемых в более ли менее серьёзных промышленных масштабах.

Среди более перспективных космических проектов по добыче полезных ископаемых можно выделить миссии зонда NER-Shoemaker, который совершил мягкую посадку на астероид. Однако транспортировка полезных ископаемых из космоса на Землю – далеко не единственная проблема, с которой столкнутся будущие космонавты-добытчики. Какие же ещё нюансы существуют? Взглянем на них подробнее.

Низкая гравитация – как с ней быть?

Проблемы с большим весом добываемой руды актуальны для шахтёров, работающих в земных условиях. Им требуются крупные установки с мощным оборудованием и взрывчаткой – всё это позволяет эффективно проводить горные работы. Однако на Луне эффективность такой техники предположительно в 5-6 раз меньше, чем на Земле.

Согласно заявлениям директора Горного института при научном центре РАН, буровой станок будет подвержен существенному осевому давлению, и в лунных условиях это закономерно приведёт к подъёму самой установки, нежели к бурению. Неэффективными окажутся и классические экскаваторы, которые в условиях низкой лунной гравитации при заборе грунта будут отъезжать от места забоя вследствие мощной напорной силы.

Однако современные учёные уже нашли достаточно простое решение этой проблемы. Целесообразным становится использование анкерных креплений. С их помощью горнодобывающее оборудование будет стационарным, фиксированным, а, следовательно, устойчивым к эффектам на Луне, описанным выше. С другой стороны, крепление к лунному грунту (реголиту) – тоже не самая простая задача, поскольку о его свойствах на данных момент известно немногое.

Износ оборудования – как снизить его до приемлемого минимума?

Итак, лунные шахтёры будут работать с лунным реголитом. По сути это мелкодисперсная субстанция с прекрасными абразивными показателями. Таким образом, любые бурильные установки будут достаточно скоро изнашиваться при активной работе. Примечательно, что замена бура на Луне – задача не из простых.

Поэтому работа с лунным реголитом требует нестандартного подхода в заборе местного грунта. Один из важных нюансов – материал лунной поверхности имеет определённый электрический заряд. Это обусловлено тем, что на протяжении многих тысяч лет лунная быль была подвержена бомбардировке заряженными частицами солнечных ветров. Таким образом, на поверхности земного спутника накопилось достаточное количество заряда.

Это означает, что в теории забор грунта возможен с использованием свойств электромагнитного поля. Сотрудник Горного института НИТУ говорит о том, что заряженные частицы реголита имеют свойство плотно прилипать к любым предметам и поверхностям. А основании этих данных можно создать, например, машину-крот, которая будет проходить сквозь грунт и во время бурения всасывать его в себя наподобие пылесоса.

Однако сам факт прилипания потребует наличие некоего заборного отверстия, которое не будет забиваться. Примечательно, что уже проводился ряд практических испытаний внеземных горнодобывающих станций. Для этого были созданы специальные плазменные установки, формирующие аналог лунного реголита из земных материалов, с которыми могут работать и испытываться эти станции.

Отсутствие атмосферы – как быть с этим фактором?

Если учесть, что добычей полезных ископаемых на Луне будет заниматься роботизированная металлическая техника, отсутствие атмосферных условий могло бы оказаться на руку. В этих условиях отсутствуют факторы, вызывающие коррозию металлических запчастей. Однако это лишь одна сторона вопроса.

Если представить себе добычу воды лунными шахтёрами, то в отличие от Земли, где вода легко конденсируется и в широком диапазоне температур остаётся твёрдой/жидкой, то при отсутствии атмосферы она будет подвергаться сублимации. При этом водные частички будут мгновенно улетучиваться при нагреве. Если учесть, что водная сублимация происходит при температуре 160 о С.

Таким образом, согласно расчётам учёных, активные способы механического бурения будут приводить к существенным топливным потерям. В стремлении решить эту проблему, они стали разрабатывать технику холодного бурения. Она предполагает, что в процессе работы бура с грунтом, соприкасающиеся поверхности не подвергаются сильному нагреву.

Благодаря смене конфигурации буровых наконечников при помощи магнитного поля сокращается фактор трения, что приводит к существенному снижению нагрева в процессе бурения.

Согласно словам научного деятеля Анне Плотниковой, занятой разработке этой техники, нагрев происходит вследствие трения. Лунный грунт имеет свои особенности. Солнечные ветры непрерывно ионизируют и имплантируют заряды Таким образом, почва на луне отличается аномальным коэффициентом трения, который превышает общепринятую единицу. Принцип работы сводится к тому, что после удара бур прокручивается. В момент удара контакт инструмента с породой минимизируется. При этом практически исключается трение. Ударная техника позволяет откалывать породы, без их срезания.

Примечательно, что уже в 2016 году методику извлечения водных запасов на Луне успешно отработали благодаря технике грунтового нагрева при помощи аппарата типа CubeSat. Испытания проводились с использованием имитации лунного реголита. В качестве заборного элемента был использован пустой изнутри конус, на поверхности которого проделано большое количество отверстий. Также на поверхности присутствуют нагревательные элементы, которые способствуют высвобождению даже химически связанных источников воды, к примеру, воду в форме гидроксиодов или кристаллогидратов.

Ещё один проблемный аспект – отведение тепла от нагревающихся рабочих элементов в вакууме. Прямая воздушная теплопередача на Земле хорошо справляется с этой задачей. В условиях космического безвоздушного пространства учёные придумали отводить тепло в виде излучения.

Вопрос концентрации собранных пород

Любые полезные ископаемые второй категории, которые нуждаются в транспортировке, не нуждаются в доставке на Землю в форме руд. Для экономии топлива целесообразно снабдить космический добывающий комплекс отдельной линией концентрации добытых грунтовых пород и материалов.

Одним из наиболее перспективных рабочих подходов в решении этого вопроса считается метод испарения и очистки руды посредством «флеш металлургии». После рудного испарения образуется облако плазмы, состоящее из ионизированных атомных частиц. Такие структуры разделяются магнитными полями для извлечения конкретных, только необходимых веществ. Это достаточно энергоёмкий технический процесс, однако благодаря его применению есть возможность получать максимально чистые металлы.

Корпорация DSI планирует использовать для добычи усложнённый и более совершенный вариант этой методики. Её представители ранее заявляли о том, что испарение металлов будет использоваться для деталей и комплектующих, собранных методом 3D-печати, непосредственно на месте добычи.

Лунный грунт богат магнитными материалами. К их числу можно отнести титанат железа, а также ильменит. Наличие таковых позволяет задействовать уже существующие методы магнитной рудной сепарации.

Когда состоятся первые миссии по разработке и добыче полезных ископаемых на Луне?

Уже не единожды были названы самые разные сроки. Согласно вышеупомянутым DSI и Planetary-Resources, добыча полезных ископаемых на космических объектах типа астероидов и Луне планировались в 2020 году. В настоящее время у этих компаний стали появляться конкурирующие структуры в лице таких компаний, как Aten-Engineering, которую возглавил бывший сотрудник NASA.

По его мнению, первые пробы пера на почве добычи полезных ископаемых на Луне реальны в ближайшие 20 лет. Сама же промышленно-добывающая космическая отрасль в целом получит активное развитие в течение ближайшего полувека. Помогать с добычей ресурсов на астероидах планируют и китайские аэрокосмические научно-технические компании. Китайцы планируют заняться разработкой этой отрасли к 2040 годам.

Хочется отметить, что металлы платины, которые находятся вне пространства Земли, присутствуют не только на космических объектах типа астероидов. Околоземная орбита богата многочисленными космическими обломками и прочими сравнительно небольшими телами. К таковым можно отнести вышедшие из строя спутники, ракетные ступени, а также их обломки, которые образовались после столкновения. В настоящее время космические компании в международных масштабах планируют организовать сбор этого потенциально «полезного» околоземного космического мусора.

Это говорит лишь о том, что лунные проекты могут отойти на второй план в ближайшей перспективе, поскольку целесообразно привезти на Землю в качестве первых ценных ресурсов из космоса осмий, иридий, золото и т.п., которые само человечество некогда запускало в космическое пространство.

Полезные ископаемые на Луне: теории, проекты добычи, состав почвы и необходимый уровень технологического развития | ZdavNews.ru

Луна и ее внутренняя строй

У нашей планеты имеется лишь один естественный спутник – Диана. Это самый близкий к Солнцу спутник в пределах всей Солнечной системы. Через Земли Луна находится на расстоянии в 384 тысячи километров. Ее экваториальный радиус равен 1738 км, фигли примерно соответствует 0,27 земного радиуса.

Прежде чем разглашать о полезных ископаемых на Луне, следует максимально подробно обрисовать внутреннюю структуру этого небесного тела. Итак, что установлено ученым на сегодняшний день?

Как и судьба Земля, Луна состоит из ядра, мантии и внешней коры. Лунное становая жила относительно небольшое (всего 350 км в диаметре). В нем содержится несть жидкого железа, также встречаются примеси никеля, серы и некоторых других элементов. Окрест ядра находится слой частично расплавленного вещества, возникший в результате кристаллизации магмы близ 4 миллиардов лет назад (вскоре после образования самой Луны).

Способность лунной коры изменяется от 10 до 105 километров. Притом ее толщина заметно меньше на той стороне спутника, которая обращена к Земле. Всесторонне в лунном рельефе можно выделить две зоны: гористую материковую и пониженную – неизвестно зачем называемые лунные моря. Последние – это не чисто иное, как огромные кратеры, сформировавшиеся в результате бомбардировки поверхности Луны астероидами и метеорами.

Зеркало Луны

Мы уже привыкли осознавать, что под нашими ногами находится многометровая толща осадочных пород – известняков, песчаников, глин. А Луна – не Земля. Здесь все устроено объединение-другому, и горных пород осадочного происхождения здесь попросту да и только и быть не может. Вся поверхность нашего спутника покрыта реголитом али «лунным грунтом». Это смесь мелкообломочного материала и тонкодисперсной пыли, образованная в результате постоянной метеоритной бомбардировки.

Дебелость реголитного слоя Луны может достигать нескольких десятков метров. А для некоторых участках поверхности она не превышает и двух сантиметров. По виду. Ant. внутренне этот слой напоминает серо-коричневое одеяло из пыли. Впопад, сам термин «реголит» происходит от двух греческих слов: «литос» (тычок) и «реос» (одеяло). Любопытно, что по своему запаху реголит напомнил астронавтам смрад пережженного кофе.

Следует отметить, что себестоимость транспортировки одного килограмма вещества с Луны оценивается грубо в 40 тысяч долларов. Тем не менее американцы, в общей сложности, поуже доставили на Землю свыше 300 килограммов реголита с разных участков поверхности спутника. Сие позволило ученым провести тщательный анализ лунного грунта.

В духе оказалось, реголит рыхлый и достаточно неоднородный. При этом возлюбленный хорошо слипается в комочки, что объясняется отсутствием окисной пленки. В верхнем слое реголита (невыгодный глубже 60-тисантиметров) преобладают частички размером до одного миллиметра. Месячный грунт полностью обезвожен. В его основе – базальты и плагиоклазы, которые соответственно своему составу практически аналогичны земным.

Следственно, есть ли под слоем реголита какие-либо полезные ископаемые бери Луне? Об этом вы узнаете далее из нашей статьи.

Полезные ископаемые получи Луне: полный список

Не стоит забывать, что Материк и Луна – это, по сути, единокровные сестры. Почему вряд ли недра нашего единственного спутника скрывают в себя какие-либо минеральные сенсации. Но все же, какие полезные ископаемые уминать на Луне? Давайте разбираться.

Нефть, уголь, природный метан… Этих минеральных ресурсов на Луне нет и присутствовать не может, ведь все они – биогенного происхождения. В такой степени как на нашем спутнике нет ни атмосферы, ни органической жизни, их эволюция попросту невозможно.

Однако в недрах Луны залегают различные металлы. В частности, крица, алюминий, титан, торий, хром, магний. В составе лунного реголита тоже обнаружены калий, натрий, кремний и фосфор. С помощью автоматической межпланетной станции Lunar Prospector, запущенной в 1998 году, посчастливилось также определить локализацию того или иного металла получи и распишись лунной поверхности. Так, например, выглядит карта распространения тория сверху Луне:

В целом все лунные породы и минералы дозволяется условно поделить на три группы:

1. Базальты лунных морей (пироксен, альбит, ильменит, оливин).
2. KREEP-породы (калий, фосфор, редкоземельные круги).
3. ANT-породы (норит, троктолит, анортозит).

Помимо всего прочего, держи Луне также были обнаружены значительные запасы воды в виде льда (в общей сложности рядом 1,6 млрд тонн).

Гелий-3

Пожалуй, главным и наиболее перспективным в плане освоения ископаемым получи и распишись Луне является изотоп гелий-3. Земляне рассматривают его делать за скольких возможное термоядерное топливо. Так, по мнению американского астронавта Гаррисона Шмидта, добыча сего легкого изотопа гелия в ближайшем будущем сможет решить проблему энергетического кризиса возьми Земле.

Гелий-3 в научных кругах нередко называют «горючим будущего». Возьми Земле он встречается крайне редко. Все запасы сего изотопа на нашей планете оцениваются учеными не больше чем в одну тонну. Исходя из этого, стоимость одного грамма вещества равна одной тысяче долларов. Подле этом один грамм гелия-3 способен заменить до 15 тонн нефти.

Овчинка выделки стоит отметить, что наладить процесс добычи гелия-3 на поверхности Луны полноте нелегко. Беда в том, что в одной тонне реголита содержится итого лишь 10 мг ценного топлива. То есть интересах освоения данного ресурса на поверхности нашего спутника нужно склифосовский построить настоящий горно-обогатительный комплекс. Очевидно, что в ближайшие десятилетия сие неосуществимо.

Проекты по добыче полезных ископаемых на Луне

Род людской уже всерьез задумывается и о колонизации Луны, и об освоении ее минеральных ресурсов. Теоретическая добыча полезных ископаемых получи Луне вполне возможна. Но вот практически осуществить сие очень непросто. Ведь для этого на поверхности нашего спутника нужно полно создать соответствующую промышленную инфраструктуру. Причем все необходимое придется доставить с Земли – материалы, воду, топливо, технику и т. д.

Тем никак не менее определенные проекты уже разрабатываются. Так, американская компаша SEC планирует всерьез заняться добычей лунного льда и производством держи его основе топлива для космических кораблей. Для сего планируется использовать как роботов, так и живых людей. NASA вторично в конце 2017 года объявила о приеме заявок с технологическими предложениями объединение добыче ресурсов на космических объектах. Специалисты этого ведомства надеются, что же добыча полезных ископаемых станет реальностью уже к 2025 году.

А видишь Китай всерьез заинтересован редкоземельными элементами, которые содержатся в лунной коре. Чтобы изучения и освоения этого ресурса страна планирует основать держи Луне специальную исследовательскую базу. Не отстает от ведущих космических держав и Российская Блок. К 2025 году Роскосмос планирует создать серию роботов на добычи полезных ископаемых на Луне.

В заключение…

Полезных ископаемых получай Луне как таковых нет. По крайней мере, в нашем, земном, понимании сего термина. Тем не менее в лунной коре, в частности, в реголите обнаружен целенький ряд металлов. Среди них – железо, алюминий, Кронос, торий, хром, магний и прочие. Добыча минеральных ресурсов держи поверхности Луны теоретически возможна, однако практически пока мало-: неграмотный является целесообразной.

Богатства Луны

Чем полезен землянам их единственный спутник?

Луна — самый заметный объект на ночном небе. Он также считается самым изученным и единственным, на поверхность которого ступала нога человека. Но мы не можем сказать, что знаем о Луне все. Часть своих тайн она по-прежнему не раскрыла. Как появилась луна? Чем она богата и чем может быть полезна человечеству?

Поверхность луны

Мы знаем, что под нашими ногами находится многометровая толща различных пород – известняков, глин и так далее. Но на Луне все совсем по-другому. Здесь нет и не может быть осадочных горных пород. Поверхность спутника полностью покрыта смесью мелкообломочного материала и тонкодисперсной пыли, которая образовалась в результате метеоритной бомбардировки. Все это можно назвать реголитом или «лунным грунтом». Толщина этого слоя может достигать нескольких десятков метров.

Интересный факт: по своему запаху реголит напомнил астронавтам аромат пережженного кофе.

Американцы уже доставили на Землю свыше 300 килограммов реголита с разных участков поверхности Луны. После тщательных исследований грунта выяснилось, что он полностью обезвожен. Также ученые отследили в его составе базальты и плагиоклазы практически аналогичные земным.

Полезные ископаемые на Луне

На Луне нет ни атмосферы, ни органической жизни, а это значит, что на ней невозможно формирование биогенных ресурсов (нефть, уголь, природный газ). Но наш спутник богат различными металлами:

Также в составе лунного грунта найдены калий, натрий, кремний и фосфор.

Все лунные породы и минералы ученые поделили на три группы:

• Базальты лунных морей (пироксен, плагиоклаз, ильменит, оливин)
• KREEP – породы (калий, фосфор, редкоземельные элементы)
• ANT – породы (норит, троктолит, анортозит)

Очень важным открытием также стали внушительные запасы воды в виде льда. В общей сложности около 1,6 млрд. тонн.

Гелий – 3

Но, пожалуй, наиболее главным и перспективным ископаемым является изотоп Гелий-3. Ученые рассматривают его как термоядерное топливо и считают, что добыча этого ископаемого в ближайшем будущем решит проблему энергетического кризиса на Земле. Именно поэтому в научных кругах его нередко называют «горючим будущего». На Земле изотоп гелия встречается крайне редко. Ученые оценили все его запасы на нашей планете не более чем в одну тонну. Один грамм Гелия-3 может заменить до 15 тонн нефти. Следовательно, стоимость 1 грамма данного вещества равна одной тысяче долларов.

Проблема в том, что в тонне реголита (лунного грунта) содержится всего лишь 10 мг ценного топлива. Именно поэтому будет нелегко осуществлять добычу Гелия-3 на поверхности Луны.

Но все же определенные проекты уже разрабатываются. Америка, например, планирует добывать лунный лед с целью производства на его основе топлива для космических кораблей. Китай заинтересован редкоземельными элементами, содержащимися в лунной коре. Для этого китайские ученые планируют основать на Луне исследовательскую базу. А Роскосмос в свою очередь планирует создать к 2025 году серию роботов для добычи полезных ископаемых на луне.

Источники:

http://geomix.ru/blog/minerals/poleznye-iskopaemye-na-lune/
http://zdavnews.ru/poleznye-iskopaemye-na-lyne-teorii-proekty-dobychi-sostav-pochvy-i-neobhodimyi-yroven-tehnologicheskogo-razvitiia-zdavnews-ru/
http://ludirosta.ru/post/bogatstva-luny_2302