KHAI THáC MẶT TRĂNG Là Gì?

Send

Kể từ khi chúng tôi bắt đầu gửi các nhiệm vụ phi hành đoàn lên Mặt trăng, mọi người đã mơ về ngày mà một ngày nào đó chúng tôi có thể thực dân hóa nó. Chỉ cần tưởng tượng, một khu định cư trên bề mặt mặt trăng, nơi mọi người liên tục cảm thấy chỉ nặng khoảng 15% như họ làm ở đây trên Trái đất. Và trong thời gian rảnh rỗi, thực dân có thể thực hiện tất cả các loại trek nghiên cứu thú vị trên bề mặt trong các rovers mặt trăng. Phải thừa nhận, nó có vẻ vui!

Gần đây, ý tưởng tìm kiếm và khai thác trên Mặt trăng đã được đề xuất. Điều này một phần nhờ vào việc thăm dò không gian đổi mới, nhưng cũng là sự trỗi dậy của các công ty hàng không vũ trụ tư nhân và ngành công nghiệp NewSpace. Với các nhiệm vụ lên lịch trình Mặt trăng trong những năm và thập kỷ tới, có vẻ hợp lý khi nghĩ về cách chúng ta có thể thiết lập khai thác và các ngành công nghiệp khác ở đó?

Phương pháp đề xuất:

Một số đề xuất đã được thực hiện để thiết lập các hoạt động khai thác trên Mặt trăng; ban đầu bởi các cơ quan không gian như NASA, nhưng gần đây là bởi lợi ích riêng tư. Nhiều đề xuất sớm nhất đã diễn ra trong những năm 1950, để đáp lại Cuộc đua không gian, coi một thuộc địa mặt trăng là kết quả hợp lý của việc thám hiểm mặt trăng.

Ví dụ, vào năm 1954, Arthur C. Clarke đã đề xuất một cơ sở mặt trăng nơi các mô-đun bơm hơi được phủ trong bụi mặt trăng để cách nhiệt và thông tin liên lạc được cung cấp bởi một đài phát thanh bơm hơi. Và vào năm 1959, John S. Rinehart - giám đốc Phòng thí nghiệm nghiên cứu khai thác tại Trường Mỏ Colorado - đã đề xuất một cơ sở hình ống có thể trôi nổi trên bề mặt.

Kể từ đó, NASA, Quân đội và Không quân Hoa Kỳ và các cơ quan không gian khác đã đưa ra các đề xuất cho việc tạo ra một khu định cư trên mặt trăng. Trong mọi trường hợp, các kế hoạch này chứa các khoản phụ cấp cho việc sử dụng tài nguyên để làm cho cơ sở tự cung cấp càng nhiều càng tốt. Tuy nhiên, những kế hoạch này có trước chương trình Apollo và phần lớn đã bị bỏ rơi sau khi kết thúc. Chỉ trong vài thập kỷ qua, các đề xuất chi tiết một lần nữa được đưa ra.

Chẳng hạn, trong Chính quyền Bush (2001-2009), NASA đã đưa ra khả năng tạo ra một tiền đạo mặt trăng của Hồi giáo. Phù hợp với Tầm nhìn khám phá không gian của họ (2004), kế hoạch kêu gọi xây dựng căn cứ trên Mặt trăng từ năm 2019 đến 2024. Một trong những khía cạnh quan trọng của kế hoạch này là sử dụng các kỹ thuật ISRU để sản xuất oxy từ regolith xung quanh.

Các kế hoạch này đã bị chính quyền Obama hủy bỏ và thay vào đó là kế hoạch cho một nhiệm vụ trên Sao Hỏa trực tiếp (được gọi là Hành trình của NASA trên Sao Hỏa). Tuy nhiên, trong một hội thảo năm 2014, đại diện của NASA đã gặp nhà di truyền học George Church, Peter Diamandis từ Quỹ X Prize và các chuyên gia khác để thảo luận về các lựa chọn chi phí thấp để trở lại Mặt trăng.

Các tài liệu hội thảo, đã được xuất bản trong một số đặc biệt của Không gian mới, mô tả cách một khu định cư có thể được xây dựng trên Mặt trăng vào năm 2022 chỉ với 10 tỷ USD. Theo các bài báo của họ, một cơ sở chi phí thấp sẽ có thể nhờ vào sự phát triển của ngành kinh doanh phóng không gian, sự xuất hiện của ngành công nghiệp NewSpace, in 3D, robot tự trị và các công nghệ phát triển gần đây.

Vào tháng 12 năm 2015, một hội nghị quốc tế có tên là Moon Moon 2020-2030 - Kỷ nguyên mới về sự khám phá của con người và robot đã được tổ chức tại Trung tâm nghiên cứu và công nghệ vũ trụ châu Âu. Vào thời điểm đó, Tổng giám đốc mới của ESA (Jan Woerner) đã nói rõ cơ quan này mong muốn tạo ra một cơ sở mặt trăng quốc tế bằng cách sử dụng công nhân robot, kỹ thuật in 3D và sử dụng tài nguyên tại chỗ.

Năm 2010, NASA đã thành lập Cuộc thi khai thác robot, một cuộc thi dựa trên khuyến khích hàng năm, nơi sinh viên đại học thiết kế và chế tạo robot để điều hướng một môi trường sao Hỏa mô phỏng. Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của cuộc thi là tạo ra các robot có thể dựa vào ISRU để biến tài nguyên địa phương thành vật liệu có thể sử dụng. Các ứng dụng được sản xuất cũng có khả năng sẽ được sử dụng trong các nhiệm vụ mặt trăng trong tương lai.

Các cơ quan vũ trụ khác cũng có kế hoạch cho các căn cứ mặt trăng trong những thập kỷ tới. Cơ quan vũ trụ Nga (Roscosmos) đã ban hành kế hoạch xây dựng căn cứ mặt trăng vào những năm 2020 và Cơ quan Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA) đã đề xuất xây dựng căn cứ như vậy trong một khung thời gian tương tự, nhờ thành công của chương trình Chang Thaye.

Và ngành công nghiệp NewSpace cũng đã đưa ra một số đề xuất thú vị về muộn. Vào năm 2010, một nhóm các doanh nhân ở Thung lũng Silicon đã cùng nhau tạo ra Moon Express, một công ty tư nhân có kế hoạch cung cấp dịch vụ vận chuyển và dữ liệu robot mặt trăng thương mại, cũng như mục tiêu dài hạn là khai thác Mặt trăng. Vào tháng 12 năm 2015, họ đã trở thành công ty đầu tiên cạnh tranh Giải thưởng Lunar X để xây dựng và thử nghiệm một tàu đổ bộ robot - MX-1.

Năm 2010, Arkyd Astronautics (đổi tên thành Tài nguyên hành tinh vào năm 2012) đã được đưa ra với mục đích phát triển và triển khai các công nghệ khai thác tiểu hành tinh. Năm 2013, Deep Space Industries được thành lập với mục đích tương tự. Mặc dù các công ty này tập trung chủ yếu vào các tiểu hành tinh, nhưng sự hấp dẫn cũng giống như khai thác trên mặt trăng - đang mở rộng cơ sở tài nguyên của loài người ngoài Trái đất.

Tài nguyên:

Dựa trên nghiên cứu về đá mặt trăng, được các sứ mệnh Apollo mang về, các nhà khoa học đã biết rằng bề mặt mặt trăng rất giàu khoáng chất. Thành phần tổng thể của chúng phụ thuộc vào việc đá đến từ mặt trăng (đồng bằng lớn, tối, bazan được hình thành từ các vụ phun trào mặt trăng) hay vùng cao nguyên mặt trăng.

Đá thu được từ mặt trăng cho thấy dấu vết kim loại lớn, với 14,9% alumina (Al²O³), 11,8% canxi oxit (vôi), oxit sắt 14,1%, magiê 9,2% (MgO), 3,9% titan dioxide (TiO²) và 0,6% natri oxit (Na²O). Những người thu được từ vùng cao nguyên mặt trăng có thành phần tương tự nhau, với 24,0% alumina, 15,9% vôi, 5,9% oxit sắt, 7,5% magiê và 0,6% titan dioxide và natri oxit.

Những nghiên cứu tương tự đã chỉ ra rằng đá mặt trăng chứa một lượng lớn oxy, chủ yếu ở dạng khoáng chất bị oxy hóa. Các thí nghiệm đã được tiến hành cho thấy làm thế nào oxy này có thể được chiết xuất để cung cấp cho các phi hành gia không khí thoáng khí, và có thể được sử dụng để tạo ra nước và thậm chí là nhiên liệu tên lửa.

Mặt trăng cũng có nồng độ Kim loại đất hiếm (REM), hấp dẫn vì hai lý do. Một mặt, REM ngày càng trở nên quan trọng đối với nền kinh tế toàn cầu, vì chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Mặt khác, 90% dự trữ REM hiện tại được kiểm soát bởi Trung Quốc; do đó, việc truy cập ổn định vào nguồn bên ngoài được một số người coi là vấn đề an ninh quốc gia.

Tương tự, Mặt trăng có một lượng nước đáng kể chứa trong regolith mặt trăng của nó và trong các khu vực bị che khuất vĩnh viễn ở vùng cực bắc và nam của nó. Nước này cũng có giá trị như một nguồn nhiên liệu tên lửa, chưa kể nước uống cho các phi hành gia.

Ngoài ra, đá mặt trăng đã tiết lộ rằng bên trong Mặt Trăng cũng có thể chứa các nguồn nước đáng kể. Và từ các mẫu đất mặt trăng, người ta tính toán rằng nước bị hấp phụ có thể tồn tại ở nồng độ vết từ 10 đến 1000 phần triệu. Ban đầu, mặc dù nồng độ nước trong đá mặt trăng là kết quả của sự ô nhiễm.

Nhưng kể từ thời điểm đó, nhiều nhiệm vụ không chỉ tìm thấy các mẫu nước trên bề mặt mặt trăng, mà còn tiết lộ bằng chứng về nguồn gốc của nó. Đầu tiên là Ấn Độ Chandrayaan-1 Nhiệm vụ, đã gửi một tác nhân đến bề mặt mặt trăng vào ngày 18 tháng 11 năm 2008. Trong suốt 25 phút xuống, tàu thăm dò tác động của Chand Chand, Nhà thám hiểm thành phần (CHACE) đã tìm thấy bằng chứng về nước trong bầu khí quyển mỏng Moon Moon.

Vào tháng 3 năm 2010, thiết bị Mini-RF trên tàu Chandrayaan-1 đã phát hiện ra hơn 40 miệng núi lửa tối vĩnh viễn gần cực bắc Moon Moon được cho là có chứa tới 600 triệu tấn (661.387 triệu tấn nước) băng.

Vào tháng 11 năm 2009, tàu thăm dò không gian LCROSS của NASA đã thực hiện các phát hiện tương tự xung quanh khu vực cực nam, như một tác nhân mà nó gửi lên bề mặt vật liệu đá lên có chứa nước kết tinh. Vào năm 2012, các cuộc khảo sát được thực hiện bởi Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng (LRO) cho thấy băng chiếm tới 22% vật liệu trên sàn của miệng núi lửa Shakleton (nằm ở vùng cực nam).

Nó đã được lý thuyết hóa rằng tất cả nước này được cung cấp bởi sự kết hợp của các cơ chế. Đối với một người, việc bắn phá thường xuyên bởi các sao chổi mang nước, các tiểu hành tinh và thiên thạch trong thời gian địa chất có thể đã lắng đọng phần lớn của nó. Người ta cũng tranh luận rằng nó đang được sản xuất tại địa phương bởi các ion hydro của gió mặt trời kết hợp với các khoáng chất chứa oxy.

Nhưng có lẽ hàng hóa có giá trị nhất trên bề mặt Mặt trăng có thể là helium-3. Helium-3 là một nguyên tử được Mặt trời phát ra với số lượng rất lớn và là sản phẩm phụ của các phản ứng nhiệt hạch diễn ra bên trong. Mặc dù ngày nay có rất ít nhu cầu về helium-3, nhưng các nhà vật lý nghĩ rằng chúng sẽ là nhiên liệu lý tưởng cho các lò phản ứng nhiệt hạch.

Gió mặt trời Sun Sun mang helium-3 ra khỏi Mặt trời và ra ngoài vũ trụ - cuối cùng hoàn toàn ra khỏi Hệ Mặt trời. Nhưng các hạt helium-3 có thể đâm vào các vật thể cản đường chúng, như Mặt trăng. Các nhà khoa học trú ẩn đã có thể tìm thấy bất kỳ nguồn helium-3 nào ở đây trên Trái đất, nhưng dường như nó ở trên Mặt trăng với số lượng rất lớn.

Những lợi ích:

Từ quan điểm thương mại và khoa học, có một số lý do tại sao khai thác Mặt trăng sẽ có lợi cho nhân loại. Đối với người mới bắt đầu, sẽ rất cần thiết cho mọi kế hoạch xây dựng khu định cư trên Mặt trăng, vì việc sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU) sẽ hiệu quả hơn nhiều so với vận chuyển vật liệu từ Trái đất.

Ngoài ra, người ta dự đoán rằng những nỗ lực thám hiểm không gian được đề xuất cho thế kỷ 21 sẽ đòi hỏi một lượng lớn vật liệu. Thứ được khai thác trên Mặt trăng sẽ được phóng lên vũ trụ với chi phí chỉ bằng một phần của những gì được khai thác ở đây trên Trái đất, do Moon Moon có trọng lực và tốc độ thoát thấp hơn nhiều.

Ngoài ra, Mặt trăng có rất nhiều nguyên liệu thô mà nhân loại dựa vào. Giống như Trái đất, nó bao gồm các đá silicat và kim loại được phân biệt giữa các lớp khác biệt về mặt địa hóa. Chúng bao gồm lõi bên trong giàu sắt và lõi ngoài chứa nhiều chất sắt, lớp ranh giới nóng chảy một phần, và lớp phủ và lớp vỏ rắn.

Ngoài ra, đôi khi người ta đã nhận ra rằng một căn cứ mặt trăng - bao gồm các hoạt động tài nguyên - sẽ là một lợi ích cho các nhiệm vụ xa hơn trong Hệ Mặt trời. Đối với các nhiệm vụ hướng tới Sao Hỏa trong những thập kỷ tới, Hệ Mặt trời bên ngoài, hoặc thậm chí Sao Kim và Sao Thủy, khả năng được phục hồi từ một tiền đồn mặt trăng sẽ cắt giảm đáng kể chi phí cho các nhiệm vụ riêng lẻ.

Thách thức:

Đương nhiên, triển vọng thiết lập lợi ích khai thác trên Mặt trăng cũng đưa ra một số thách thức nghiêm trọng. Chẳng hạn, bất kỳ cơ sở nào trên Mặt trăng sẽ cần được bảo vệ khỏi nhiệt độ bề mặt, từ rất thấp đến cao - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) đến 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - tại xích đạo và trung bình 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) ở các vùng cực.

Tiếp xúc với bức xạ cũng là một vấn đề. Do bầu khí quyển cực kỳ mỏng và thiếu từ trường, bề mặt mặt trăng trải qua một nửa bức xạ như một vật thể trong không gian liên hành tinh. Điều này có nghĩa là các phi hành gia và / hoặc công nhân mặt trăng có nguy cơ cao tiếp xúc với các tia vũ trụ, các proton từ gió mặt trời và bức xạ do các ngọn lửa mặt trời gây ra.

Sau đó, bụi bụi Mặt trăng, một chất thủy tinh cực kỳ mài mòn đã được hình thành bởi hàng tỷ năm tác động của thiên thạch micromet trên bề mặt. Do không có thời tiết và xói mòn, bụi Mặt trăng không bị che khuất và có thể chơi tàn phá với máy móc, và gây nguy hiểm cho sức khỏe. Điều tồi tệ nhất là, nó dính vào mọi thứ nó chạm vào, và là một mối phiền toái lớn đối với các phi hành đoàn Apollo!

Và trong khi trọng lực thấp hơn hấp dẫn khi có liên quan đến các vụ phóng, thì không rõ tác dụng sức khỏe lâu dài của nó đối với con người là gì. Như nghiên cứu lặp đi lặp lại cho thấy, tiếp xúc với không trọng lực trong thời gian dài hàng tháng gây ra thoái hóa cơ bắp và mất mật độ xương, cũng như chức năng cơ quan bị suy giảm và hệ thống miễn dịch bị suy nhược.

Ngoài ra, có những rào cản pháp lý tiềm năng mà việc khai thác mặt trăng có thể xuất hiện. Điều này là do Hiệp ước về các nguyên tắc điều chỉnh các hoạt động của các quốc gia trong việc khám phá và sử dụng ngoài vũ trụ, bao gồm cả Mặt trăng và các thiên thể khác, hay còn gọi là Hiệp ước ngoài vũ trụ. Theo hiệp ước này, được Văn phòng Liên Hiệp Quốc về các vấn đề ngoài vũ trụ giám sát, không có quốc gia nào được phép sở hữu đất đai trên Mặt trăng.

Và mặc dù có rất nhiều suy đoán về một kẽ hở của Lo mà không rõ ràng cấm sở hữu tư nhân, không có sự đồng thuận pháp lý nào về việc này. Do đó, khi việc tìm kiếm và khai thác mặt trăng trở nên khả thi hơn, một khung pháp lý sẽ phải được thực hiện để đảm bảo mọi thứ đều được phát triển.

Mặc dù nó có thể là một chặng đường dài, nhưng không phải là không có lý khi nghĩ rằng một ngày nào đó, chúng ta có thể khai thác Mặt trăng. Và với nguồn cung kim loại phong phú (bao gồm cả REM) trở thành một phần của nền kinh tế của chúng ta, chúng ta có thể nhìn vào một tương lai đặc trưng bởi sự khan hiếm!

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết về khai thác và thực dân hóa Mặt trăng ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Đây là ai là người đàn ông đầu tiên trên mặt trăng?, Cuộc đổ bộ mặt trăng đầu tiên là gì ?, Bao nhiêu người đã đi trên mặt trăng?, Bạn có thể mua đất trên mặt trăng không? Mặt trăng hay một tiểu hành tinh?

Để biết thêm thông tin, hãy chắc chắn kiểm tra infographic này trên Moon Mining từ Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA.

Astronomy Cast cũng có một số tình tiết thú vị về đề tài này. Nghe ở đây - Tập 17: Mặt trăng đến từ đâu? và Tập 113: Mặt trăng - Phần I.

Nguồn: