比赛在月球上建立一个基地

这是(一个)人的一小步,人类的一大步。这是尼尔·阿姆斯特朗的名言,他成为第一个踏上月球的人,1969年7月20日。美国阿波罗计划的宇航员回到月球五次,吉恩瑟曼和哈里森施密特去年人们登上月球成为1972年12月。没有人回了50多年。

几十年来,几乎没有食欲,或基金返回载人登月任务。但是我们现在在月球探索的新时代。Nasa的阿耳特弥斯计划旨在2025年土地人类在月球上。空间和许多其他政府机构和商业企业信息收集着陆器任务目前在月球或计划在未来几年内推出。

Nasa的目标是建立一个永久性载人月球基地,类似于南极研究站。欧洲航天局(ESA),中国和俄罗斯也宣布创建月球前哨的研究兴趣。月亮仍有很多告诉我们关于太阳系的早期演化和更广阔的宇宙,太阳系的地方的伊恩·克劳福德解释说伯克贝克的行星科学和天体生物学教授,伦敦大学。需要一个永久的人类存在在月球上访问完整的月球地质记录,他补充道。

此外,月球是被用作测试技术,最终将人类火星甚至更远。月亮是开始学习如何构建科研站了地球,”克劳福德说。

只手提行李

保持宇航员在月球上-和他们的设备安全在很长一段时间内将是一个天文壮举。人类花了最长的时间到目前为止有三天。月球是一个极其恶劣的生存环境和巨大的温度变化,辐射水平高,小氛围,不断的微小陨石撞击和大量的磨屑。

除此之外,高成本的运输供应到月球克服这些问题复杂化。你从地球上发射的每公斤材料(月亮)的价格约一百万美元,“马赫什•阿南德说行星科学教授和探索在米尔顿凯恩斯的开放大学,英国。月球基地可行,月球的自然资源需要被用来减少材料从地球运输。

自我维持的月球基地附近的想法乍一看似乎很荒谬,因为月球表面看起来像一个贫瘠的荒地。但是看起来是具有欺骗性的。的第一个征兆是可能发生在2008年和2009年,当两个独立的任务发现强有力的证据对水在月球上。首先,印度的“月任务发现签名的一层很薄的水在月球表面。然后水签名被羽的碎片时创建的美国宇航局的月球陨坑观测和遥感卫星(LCROSS)撞击坑在月球南极附近的永久阴影。

周围的温度在火山口受到LCROSS−200°C,并希望它包含水冰。如果有,这将是一个高度tappable资源。间接证据是强大,但绝对证明大量的水实际上是在这些被永久遮挡仍然需要确定陨石坑中,”克劳福德说。

虽然冷冻水在两极将提供最简单的访问大量的水,水的薄层在整个表面还持有的承诺。这水源的最新证据被发现在月球风化层的分析收集的中国国家航天局Chang 'e-5着陆器在2020年。

月球风化层的磨料混合物土壤和松散岩石月球表面形成数十亿年来,陨石撞击月球的地壳。Anand是Chinese-UK团队的一部分分析Chang 'e-5收集的风化层。2023年3月,科学家们报告说,他们发现了水困在小玻璃珠分散在风化层。科学家提出,水形成高能质子在太阳风的珠子,与氧气反应出现在玻璃。

的风化层可以使用常规加热或微波加热-过程-释放水蒸气的水从这些珠子。这蒸汽可以捕获和冷凝收集液态水。

松一口气

不仅需要水喝和种植食物,而且对建筑和辐射防护;水的辐射屏蔽性能一直是已知的,和一些放射性物质是地球上储存在水里。然而,水在月球上最大的使用可能会呼吸的氧气来源和用作火箭燃料的氧化剂。

”你可以电解水成氢和氧,阿南德说。电解是一种非常行之有效的方法,把水分解成它的组成元素。它已经使用了几十年地球上,国际空间站上宇航员的地方氧气的主要来源。

另一个月球的氧气来源是硅酸盐、氧化物和其他含氧矿物在月球表面风化层。月球风化层的42 - 45%是氧气以不同形式按重量,”Jerry Sanders铅原位资源利用系统功能团队在休斯敦的美国宇航局的约翰逊航天中心,我们。

主要的技术被用于这个目的是战斗一点儿陈(FFC)电解过程发明于1990年代末在剑桥大学的英国。Metalysis电化学过程商业化的子公司,总部设在英国,罗瑟勒姆成各种大小的核反应堆能够从金属氧化物生成金属粉末。最大的反应堆可以产生multi-tonnes每年粉。

过程的副产物是二氧化碳和一氧化碳。的金属氧化物阴极,阳极碳或石墨和电解质氯化钙,”解释了伊恩•Mellor Metalysis首席科学家和董事总经理。当我们两个电极之间施加一个电压,氧阴极,通过电解质迁移,结合碳阳极和排放二氧化碳和一氧化碳。

在月球上使用,Metalysis正在开发一种惰性阳极电极,放出氧气。“这项技术能够把氧气从约50名元素周期表中的元素以氧化物形式,“Mellor说。航空公司泰利斯阿莱尼亚空间的哈维尔网站目前正在开发一个探测器,将一个小演示单元到月球。这个着陆器,由ESA和与Metalysis合作,将完成整个过程不需要人工输入集合的风化层从表面到储存氧气,直到它是必要的。

不浪费,希望不是

也越来越有兴趣利用金属粉末副产品Metalysis能造点儿氧气的电解技术在月球上。金属粉末可以用于3 d打印建筑材料——3 d打印(加法制造)的使用Metalysis terrestrially-produced的金属粉末。

月亮的不同区域有不同的矿物成分,就像在地球上一样。利用金属的一个挑战权力由月球风化层,因此,管理其成分的变化。有两种主要形式的月球风化层从地球看起来像不同的灰色和黑色的斑块。灰色地带主要是粒状火成岩,富含铝、钙和硅。黑色区域是由玄武岩组成包括钛铁矿、铁钛氧化物矿物。

电解并不是唯一的工具被开发用于访问这些矿物质的金属。Nasa还希望利用一些地面流程剥离金属从这些类型的材料。磁选和其他技术适用于除去铁和钛钛铁矿是特别感兴趣的,桑德斯解释道。

另一种方法被开发,这次Anand的实验室,是使用微波金属集中在月球风化层。他的团队发现,铁和其他金属可以摆脱矿物形式当月球风化层模拟的微波加热。“最初(金属),至今仍被关在硅酸盐矿物,但当我们微波,硅酸铁是远离这些结构和聚在一起成为一个blob的金属,”他解释说。这些肿块的纯金属可以提取使用现有的技术,他补充道。

一个故乡

不仅仅是月球建设所需的金属。原油风化层也有许多潜在的应用,空间和政府机构和商业公司都竞相开发工具构建。

就像你在地球上的一个建筑工地,看到您有多个工具和多个块硬件我们可以想象在月球上可能同样有益,当你试图建立不同类型的这些工程结构,”解释了活泼的克林顿,科学技术办公室副主任在亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心,我们。

原油风化层可以用来创建健壮的保护人类不受辐射和陨石的栖息地。它还将作为绝缘体和阻止热能迷失在里面。着陆背后垫与壁垒保护基础设施,类似于机场的飞机爆炸导向板,另一个目的是探讨原油风化层。一个月球基地将补给火箭定期来来往往。“火箭登月和发动机羽流是发射出大量的气体,它踢了很多风化层,这实际上会变得相当可观的风险,因为这些粒子将喷砂周围的一切,”艾登·考利说,科学顾问在科隆的欧洲航天局的欧洲宇航中心,德国。

制砖从风化层,然后使用机器人建造,建筑结构的一种方法是在月球上被探索。我们开玩笑说,可能有宇航员在月球上建设用砖头,但在现实中它可能是一个自动机器人系统有很多人类的监管,“考利解释说。的宇航员将表演一个领班的角色。”

当你在月球上,你想要尽可能的高效

长远来看,希望消除需要一个人类的现场主管。随着我们继续构建更大、更复杂的基础设施,我们肯定会希望能够持续运行的时间更长,”克林顿说。为了达到这个目标,计划搬到遥控距离地球更自主操作。

正在研究的各种技术使月球风化层砖是陆地上所有的调整过程。最简单的方法是收集风化层、紧凑,然后烧结热。这可以通过一个像烤箱一样的结构,通过集中阳光,或使用微波或激光技术。

方法来改善砖绑定,如筛选特定大小的材料和聚合物或合成绑定,正在接受调查。美国国家航空航天局(Nasa)也在开发绿色替代硅酸盐水泥砂浆,将风化层砖在一起。据估计,在地球上,硅酸盐水泥生产产生大约8%的全球二氧化碳排放每年。我们看不同种类的水泥,在月球上我们可以使用,如果成功可以提供地球上做事的方式不同,”桑德斯说。这个想法不是没有先例;数百名技术开发空间已经找到地球上有益的使用,包括绝缘,记忆泡沫和婴儿配方奶粉。

另一种方法使风化层砖是3 d打印它们。加法制造,有更少的浪费比传统方法如填充模具。当你在月球上,你想要尽可能有效,”考利说。这个想法是为了建立砖层的层,烧结时,也许与集中阳光或激光,将材料放在一起,他补充道。原油风化层粉可以直接使用激光打印粉床融合技术用于3 d打印金属物体在地球上。或者,原油风化层可以融化和挤压成丝第一,和熔融沉积造型(FDM) 3 d打印机使用。

Nasa还与图标,德克萨斯州施工技术公司,开发超大3 d打印机能够打印整个结构在一去而不是打印个人砖。图标是最出名的3 d打印具体的房屋,现在公司是其技术适应印刷基础设施只使用月球月球表面材料。

我的力量

去月球供电,太阳能是最明显的地方开始。这里的挑战将在月球工作周期,地球持续28天,提供一个恒定的电力来源的长时间的黑暗。

这个棘手的问题的原因之一是南极的目标位置已被确定为第一个月球基地,与冷冻水的可能性和极端温度变化比阿波罗着陆地点在赤道附近。有山顶附近(月球两极附近)的永久的阳光,”克劳福德解释说。“他们几公里的永久阴影可能存在水冰的地方。所以,基地位于南极附近将接近永久阴影和其附近的水和接近永恒的阳光。“南极被选中在北极科学原因。“地质更有趣的,”克劳福德说。

核聚变反应堆与氦- 3燃料是第二个月球基地的潜在能源。数十亿年来,太阳风嵌入式氦- 3到月球风化层。我们知道这从阿波罗样本,克劳福德说,“但那只是出席了十亿分之几。这个想法的可行性取决于风化层需要处理收集足够的氦- 3号反应堆,这样做在经济上是否可行。

在月球上还有其他潜在的有用的资源,也可能只存在于微量。随着水签名,Nasa的LCROSS任务发现挥发物的证据包括甲烷、氨、二氧化碳、一氧化碳和氢在月球陨坑。可能存在的碳可能有很有趣,因为其余的月亮很碳穷,”桑德斯说。再一次,很大程度上取决于浓度,但“如果你有一个碳源和氢源,你基本上有一个石化工业[和]我们可以开始思考塑料生产、粘结剂,聚合物,和其他东西会支持原位制造业和建筑业的,他补充说。

任务可能

阿耳特弥斯项目和众多的着陆器任务到达在未来几年应该回答许多突出问题的资源,他们如何可以提取,一个月球基地的可行性,它可能是什么样子。

样品返回任务会特别有价值。月球风化层模拟的一直用来测试技术正在开发,但是这些材料目前只是猜测的风化层的实际成分在南极附近。样品还没有从这个地区返回地球。有风险的:如果我们不创建模拟的精确匹配在月球上我们会发现,它会影响进程,”克林顿说。样品返回任务将允许的技术正在开发建设的风化层,利用其资源调整以适应月球表面风化层的具体成分,飞行员植物开始之前到达月球。

Nasa计划首次月球基地启动并运行了2030左右。是否发生这种情况,根据克劳福德,所有依赖SpaceX星际飞船的成功登陆,Nasa已经选择把人类在月球上。这车有这样一个巨大的能力的质量,它可以交付到月球表面,”他说。其庞大的货舱将允许飞行员植物开始建立着陆是多么容易构建,并提取水和金属,月球表面风化层原位。SpaceX的星际飞船着陆器将非常使如果它是广告,”克劳福德说。

尼娜Notman位于索尔兹伯里的科学作家,英国