Recursos lunares
Recursos in situ en la Luna
Mosaico coloreado artificialmente, construido a partir de una serie de 53 imágenes tomadas a través de tres filtros espectrales por el sistema de imágenes de Galileo mientras la nave espacial volaba sobre las regiones septentrionales de la Luna el 7 de diciembre de 1992. Los colores indican diferentes materiales.
Una roca de anortosita lunar recogida por la tripulación del Apolo 16 cerca del cráter Descartes.

La Luna contiene importantes recursos naturales que podrían explotarse en el futuro. [1] [2] Los posibles recursos lunares pueden incluir materiales procesables como sustancias volátiles y minerales , junto con estructuras geológicas como tubos de lava que, en conjunto, podrían permitir la habitabilidad lunar . El uso de los recursos de la Luna puede proporcionar un medio para reducir el costo y el riesgo de la exploración lunar y más allá. [3] [4]

Los conocimientos sobre los recursos lunares obtenidos a partir de misiones de órbita y de retorno de muestras han mejorado enormemente la comprensión del potencial de utilización de recursos in situ (ISRU) en la Luna, pero ese conocimiento aún no es suficiente para justificar plenamente el compromiso de grandes recursos financieros para implementar una campaña basada en ISRU. [5] La determinación de la disponibilidad de recursos determinará la selección de sitios para el asentamiento humano. [6] [7]

Descripción general

Los materiales lunares podrían facilitar la exploración continua de la Luna, facilitar la actividad científica y económica en las proximidades de la Tierra y la Luna (el llamado espacio cislunar), o podrían importarse a la superficie de la Tierra donde contribuirían directamente a la economía global. [1] El regolito ( suelo lunar ) es el producto más fácil de obtener; puede proporcionar protección contra la radiación y los micrometeoroides, así como material de construcción y pavimentación al fundirse. [8] El oxígeno de los óxidos del regolito lunar puede ser una fuente de oxígeno metabólico y oxidante de propulsores de cohetes. El hielo de agua puede proporcionar agua para protección contra la radiación , soporte vital , oxígeno y materia prima de propulsores de cohetes. Los volátiles de cráteres en sombra permanente pueden proporcionar metano ( CH
4), amoniaco ( NH
3), dióxido de carbono ( CO
2) y monóxido de carbono (CO). [9] Los metales y otros elementos para la industria local pueden obtenerse de los diversos minerales que se encuentran en el regolito.

Se sabe que la Luna es pobre en carbono y nitrógeno , y rica en metales y oxígeno atómico , pero su distribución y concentraciones aún son desconocidas. La exploración lunar ulterior revelará concentraciones adicionales de materiales económicamente útiles, y la posibilidad de explotarlos económicamente dependerá del valor que se les asigne y de la energía y la infraestructura disponibles para apoyar su extracción. [10] Para que la utilización de recursos in situ (ISRU) se aplique con éxito en la Luna, es imperativa la selección del lugar de aterrizaje, así como la identificación de operaciones y tecnologías de superficie adecuadas.

Algunas agencias espaciales están realizando exploraciones desde la órbita lunar, y los módulos de aterrizaje y los exploradores están explorando recursos y concentraciones in situ (ver: Lista de misiones a la Luna ).

Recursos

Composición química de la superficie lunar [11]
CompuestoFórmulaComposición
MaríaTierras altas
síliceSiO2​45,4%45,5%
alúminaAl2O3​​​14,9%24,0%
calCaO11,8%15,9%
óxido de hierro (II)FeO14,1%5,9%
magnesiaMgO9,2%7,5%
dióxido de titanioTiO2​3,9%0,6%
óxido de sodioNa2O​​0,6%0,61%
 99,9%100.0%

La energía solar , el oxígeno y los metales son recursos abundantes en la Luna. [12] Los elementos que se sabe que están presentes en la superficie lunar incluyen, entre otros, hidrógeno (H), [1] [13] oxígeno (O), silicio (Si), hierro (Fe), magnesio (Mg), calcio (Ca), aluminio (Al), manganeso (Mn) y titanio (Ti). Entre los más abundantes están el oxígeno, el hierro y el silicio. El contenido de oxígeno atómico en el regolito se estima en un 45% en peso. [14] [15]

Los estudios del Experimento de Composición Atmosférica Lunar (LACE) del Apolo 17 muestran que la exosfera lunar contiene trazas de hidrógeno (H 2 ), helio (He), argón (Ar) y posiblemente amoníaco (NH 3 ), dióxido de carbono (CO 2 ) y metano (CH 4 ). Varios procesos pueden explicar la presencia de gases traza en la Luna: fotones de alta energía o vientos solares que reaccionan con materiales en la superficie lunar, evaporación del regolito lunar, depósitos de material de cometas y meteoroides y desgasificación desde el interior de la Luna. Sin embargo, estos son gases traza en muy baja concentración. [16] La masa total de la exosfera de la Luna es de aproximadamente 25.000 kilogramos (55.000 lb) con una presión superficial de 3×10 −15 bar (2×10 −12 torr). [17] Es poco probable que las cantidades de gases traza sean útiles para la utilización de recursos in situ.

Energía solar

La luz del día en la Luna dura aproximadamente dos semanas, seguidas de aproximadamente dos semanas de noche, mientras ambos polos lunares están iluminados casi constantemente. [18] [19] [20] El polo sur lunar presenta una región con bordes de cráteres expuestos a una iluminación solar casi constante, aunque el interior de los cráteres está permanentemente protegido de la luz solar.

Las células solares podrían fabricarse directamente en el suelo lunar mediante un rover de tamaño mediano (~200 kg) con la capacidad de calentar el regolito, evaporar los materiales semiconductores apropiados para la estructura de la célula solar directamente en el sustrato de regolito y depositar contactos e interconexiones metálicas para terminar un conjunto completo de células solares directamente en el suelo. [21] Sin embargo, este proceso requiere la importación de fluoruro de potasio desde la Tierra para purificar los materiales necesarios del regolito. [22]

Energía nuclear

El sistema de fisión nuclear Kilopower se está desarrollando para la generación confiable de energía eléctrica que podría permitir bases tripuladas de larga duración en la Luna, Marte y destinos más allá. [23] [24] Este sistema es ideal para lugares en la Luna y Marte donde la generación de energía a partir de la luz solar es intermitente. [24] [25] El uranio y el torio están presentes en la Luna, pero debido a la alta densidad energética de los combustibles nucleares, podría ser más económico importar combustibles adecuados de la Tierra en lugar de producirlos in situ .

Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) son otra forma de energía nuclear que utiliza la desintegración natural de los radioisótopos en lugar de su fisión inducida. Se han utilizado en el espacio, incluida la Luna, durante décadas. El proceso habitual es obtener las sustancias adecuadas de la Tierra, pero el plutonio-238 o el estroncio-90 podrían producirse en la Luna si hay materias primas como combustible nuclear gastado (ya sea transportado desde la Tierra para su procesamiento o producido por reactores de fisión locales). Los RTG podrían utilizarse para suministrar energía independientemente de la luz solar disponible, tanto para aplicaciones lunares como no lunares. Los RTG contienen materiales tóxicos y radiactivos nocivos, lo que genera preocupaciones por la distribución involuntaria de esos materiales en caso de accidente. Por lo tanto, las protestas del público en general a menudo se centran en la eliminación gradual de los RTG (en lugar de recomendar fuentes de energía alternativas), debido a una sobreestimación de los peligros de la radiación.

Un recurso lunar más teórico son los combustibles potenciales para la fusión nuclear . El helio-3 ha recibido especial atención de los medios de comunicación, ya que su abundancia en el regolito lunar es mayor que en la Tierra. Sin embargo, hasta ahora, la fusión nuclear no ha sido utilizada por los seres humanos de forma controlada, liberando energía neta utilizable (dispositivos como el fusor son consumidores netos de energía, mientras que la bomba de hidrógeno no es una reacción de fusión controlada ). Además, mientras que el helio-3 es necesario para una posible vía de fusión nuclear, otras dependen en cambio de nucleidos que se obtienen más fácilmente en la Tierra, como el tritio , el litio o el deuterio .

Oxígeno

Se estima que el contenido de oxígeno elemental en el regolito es del 45 % en peso. [15] [14] El oxígeno se encuentra a menudo en minerales y vidrios lunares ricos en hierro como óxido de hierro . Dichos minerales y vidrios lunares incluyen ilmenita, olivino, piroxeno, vidrio de impacto y vidrio volcánico. [26] Varios isótopos de oxígeno están presentes en la Luna en forma de 16 O, 17 O y 18 O. [27]

Se han descrito al menos veinte procesos posibles diferentes para extraer oxígeno del regolito lunar, [28] [29] y todos requieren un alto aporte de energía: entre 2 y 4 megavatios-año de energía (es decir,(6–12) × 10 13  J ) para producir 1.000 toneladas de oxígeno. [1] Aunque la extracción de oxígeno de los óxidos metálicos también produce metales útiles, el uso de agua como materia prima no lo hace. [1] Un método posible para producir oxígeno a partir del suelo lunar requiere dos pasos. El primer paso implica la reducción del óxido de hierro con gas hidrógeno (H 2 ) para formar hierro elemental (Fe) y agua (H 2 O). [26] Luego, el agua se puede electrolizar para producir oxígeno que se puede licuar a bajas temperaturas y almacenar. La cantidad de oxígeno liberado depende de la abundancia de óxido de hierro en los minerales y el vidrio lunares. La producción de oxígeno a partir del suelo lunar es un proceso relativamente rápido, que ocurre en unas pocas decenas de minutos. En contraste, la extracción de oxígeno del vidrio lunar requiere varias horas. [26]

Agua

Las imágenes del orbitador LCROSS sobrevolando el polo sur lunar muestran áreas de sombra permanente.
La imagen muestra la distribución del hielo superficial (mostrado en color azul) en el polo sur (izquierda) y el polo norte (derecha) de la Luna, como lo vio el espectrómetro Moon Mineralogy Mapper (M 3 ) de la NASA a bordo del orbitador Chandrayaan-1 de la India.

La evidencia acumulada de varios orbitadores indica firmemente que hay hielo de agua presente en la superficie de los polos de la Luna, pero principalmente en la región del polo sur. [30] [31] Sin embargo, los resultados de estos conjuntos de datos no siempre están correlacionados. [32] [33] Se ha determinado que el área acumulada de la superficie lunar permanentemente sombreada es de 13.361 km 2 en el hemisferio norte y 17.698 km 2 en el hemisferio sur, lo que da un área total de 31.059 km 2 . [1] Actualmente no se conoce en qué medida alguna o todas estas áreas permanentemente sombreadas contienen hielo de agua y otros volátiles, por lo que se necesitan más datos sobre los depósitos de hielo lunar, su distribución, concentración, cantidad, disposición, profundidad, propiedades geotécnicas y cualquier otra característica necesaria para diseñar y desarrollar sistemas de extracción y procesamiento. [33] [34] Se monitoreó el impacto intencional del orbitador LCROSS en el cráter Cabeus para analizar la columna de escombros resultante, y se concluyó que el hielo de agua debe estar en forma de pequeños (< ~10 cm), discretos trozos de hielo distribuidos por todo el regolito, o como una fina capa sobre granos de hielo. [35] Esto, junto con las observaciones de radar monoestático, sugiere que es poco probable que el hielo de agua presente en las regiones permanentemente sombreadas de los cráteres polares lunares esté presente en forma de depósitos de hielo puros y espesos. [35]

El agua puede haber sido transportada a la Luna a lo largo de escalas de tiempo geológicas por el bombardeo regular de cometas , asteroides y meteoroides portadores de agua [36] o producida continuamente in situ por los iones de hidrógeno ( protones ) del viento solar al impactar minerales portadores de oxígeno. [1] [37]

El polo sur lunar presenta una región con bordes de cráteres expuestos a una iluminación solar casi constante, donde el interior de los cráteres está permanentemente protegido de la luz solar, lo que permite la captura y recolección natural de hielo de agua que podría extraerse en el futuro.

Moléculas de agua ( H
2O ) se puede descomponer para formar hidrógeno molecular ( H
2) y oxígeno molecular ( O
2) para ser utilizado como bipropelente de cohetes o producir compuestos para procesos de producción metalúrgica y química. [3] Solo la producción de propelente, según estimó un panel conjunto de expertos de la industria, el gobierno y la academia, identificó una demanda anual a corto plazo de 450 toneladas métricas de propelente de origen lunar, equivalente a 2.450 toneladas métricas de agua lunar procesada, generando 2.400 millones de dólares de ingresos anuales. [25]

Hidrógeno

Las laderas de la superficie lunar que miran hacia los polos muestran una mayor concentración de hidrógeno. Esto se debe a que las laderas que miran hacia los polos tienen menos exposición a la luz solar, lo que provocaría la vaporización del hidrógeno. Además, las laderas más cercanas a los polos de la Luna muestran una mayor concentración de hidrógeno, de aproximadamente 45 ppmw. Existen varias teorías para explicar la presencia de hidrógeno en la Luna. El agua, que contiene hidrógeno, podría haber sido depositada en la Luna por cometas y asteroides. Además, los vientos solares que interactúan con compuestos en la superficie lunar pueden haber llevado a la formación de compuestos que contienen hidrógeno, como el hidroxilo y el agua. [38] El viento solar implanta protones en el regolito, formando un átomo protonado, que es un compuesto químico de hidrógeno (H). Aunque el hidrógeno ligado es abundante, quedan dudas sobre cuánto se difunde en el subsuelo, se escapa al espacio o se difunde en trampas frías. [39] El hidrógeno sería necesario para la producción de propulsores, y tiene una multitud de usos industriales. Por ejemplo, el hidrógeno se puede utilizar para la producción de oxígeno mediante la reducción de hidrógeno de la ilmenita . [40] [41] [42]

Rieles

Hierro

Minerales lunares comunes [43]
MineralElementosApariencia de la roca lunar
Feldespato plagioclasaCalcio (Ca)
Aluminio (Al)
Silicio (Si)
Oxígeno (O)		De color blanco a gris transparente , generalmente en forma de granos alargados.
PiroxenoHierro  (Fe),
Magnesio  (Mg),
Calcio  (Ca),
Silicio  (Si),
Oxígeno  (O)		De color marrón a negro; los granos aparecen más alargados en las marías y más cuadrados en las tierras altas.
OlivinoHierro  (Fe)
Magnesio  (Mg)
Silicio  (Si)
Oxígeno  (O)		De color verdoso, generalmente presenta forma redondeada.
IlmenitaHierro  (Fe),
Titanio  (Ti),
Oxígeno  (O)		Cristales cuadrados alargados y de color negro.

El hierro (Fe) es abundante en todos los basaltos de los mares (~14–17% por peso) pero se encuentra principalmente atrapado en minerales de silicato (es decir, piroxeno y olivino ) y en el mineral de óxido ilmenita en las tierras bajas. [1] [44] La extracción demandaría bastante energía, pero se sospecha que algunas anomalías magnéticas lunares prominentes se deben a los restos meteoríticos supervivientes ricos en Fe. Solo una mayor exploración in situ determinará si esta interpretación es correcta o no, y cuán explotables pueden ser dichos restos meteoríticos. [1] Se ha encontrado hematita, un mineral compuesto de óxido férrico (Fe 2 O 3 ), en la Luna. Este mineral es un producto de una reacción entre el hierro, el oxígeno y el agua líquida. El oxígeno de la atmósfera de la Tierra puede causar esta reacción como lo indica que hay más hematita en el lado de la Luna que mira hacia la Tierra. [45]

El hierro libre también existe en el regolito (0,5% en peso) aleado naturalmente con níquel y cobalto y se puede extraer fácilmente con imanes simples después de molerlo. [44] Este polvo de hierro se puede procesar para fabricar piezas utilizando técnicas de pulvimetalurgia , [44] como fabricación aditiva , impresión 3D , sinterización selectiva por láser (SLS), fusión selectiva por láser (SLM) y fusión por haz de electrones (EBM).

Titanio

El titanio (Ti) se puede alear con hierro, aluminio , vanadio y molibdeno , entre otros elementos, para producir aleaciones ligeras y resistentes para uso aeroespacial. Existe casi exclusivamente en el mineral ilmenita (FeTiO 3 ) en un rango de 5-8% en peso. [1] Los minerales de ilmenita también atrapan hidrógeno (protones) del viento solar , por lo que el procesamiento de la ilmenita también producirá hidrógeno, un elemento valioso en la Luna. [44] Los vastos basaltos de inundación en el lado cercano noroeste ( Mare Tranquillitatis ) poseen algunos de los contenidos de titanio más altos en la Luna, [33] con 10 veces más titanio que las rocas de la Tierra. [46]

Aluminio

El aluminio (Al) se encuentra en una concentración en el rango de 10–18% en peso, presente en el mineral anortita ( CaAl
2Si
2Oh
8), [44] el miembro terminal de calcio de la serie mineral de feldespato plagioclasa . [1] El aluminio es un buen conductor eléctrico , y el polvo de aluminio atomizado también es un buen combustible sólido para cohetes cuando se quema con oxígeno. [ 44 ] La extracción de aluminio también requeriría la descomposición de la plagioclasa ( CaAl2Si2O8 ). [1]

Silicio

Fotografía de un trozo de silicio purificado.

El silicio (Si) es un metaloide abundante en todo el material lunar, con una concentración de alrededor del 20% en peso. Es de enorme importancia para producir paneles solares para la conversión de la luz solar en electricidad, así como vidrio, fibra de vidrio y una variedad de cerámicas útiles. Lograr una pureza muy alta para su uso como semiconductor sería un desafío, especialmente en el entorno lunar. [1] Convertir sílice en silicio es un proceso que consume mucha energía. En la Tierra, esto generalmente se hace mediante reducción carbotérmica , un proceso que requiere carbono, un elemento en comparación con el escaso suministro en la Luna.

Calcio

Cristales de anortita en una cavidad basáltica del Vesubio , Italia (tamaño: 6,9 × 4,1 × 3,8 cm)

El calcio (Ca) es el cuarto elemento más abundante en las tierras altas lunares, presente en minerales de anortita (fórmula CaAl
2Si
2Oh
8). [44] [47] Los óxidos de calcio y los silicatos de calcio no sólo son útiles para la cerámica, sino que el calcio metálico puro es flexible y un excelente conductor eléctrico en ausencia de oxígeno. [44] La anortita es rara en la Tierra [48] pero abundante en la Luna. [44]

El calcio también se puede utilizar para fabricar células solares basadas en silicio , lo que requiere silicio lunar, hierro, óxido de titanio, calcio y aluminio. [49]

Cuando se combina con agua, la cal ( óxido de calcio ) produce cantidades significativas de calor. Mientras tanto, la cal hidratada (hidróxido de calcio) absorbe dióxido de carbono que puede usarse como filtro (no regenerante). El material resultante, el carbonato de calcio, se usa comúnmente como material de construcción en la Tierra.

Magnesio

El magnesio (Mg) está presente en los magmas y en los minerales lunares piroxeno y olivino , [50] por lo que se sospecha que el magnesio es más abundante en la corteza lunar inferior. [51] El magnesio tiene múltiples usos como aleaciones para la industria aeroespacial, automotriz y electrónica.

Torio

La anomalía de torio Compton-Belkovich es un complejo volcánico en el lado oculto de la Luna . [52] Fue descubierta por un espectrómetro de rayos gamma en 1998 y es un área de torio concentrado , un elemento "fértil" . [52] [53]

Elementos de tierras raras

Los elementos de tierras raras se utilizan para fabricar todo, desde vehículos eléctricos o híbridos, turbinas eólicas , dispositivos electrónicos y tecnologías de energía limpia. [54] [55] A pesar de su nombre, los elementos de tierras raras son, con la excepción del prometio , relativamente abundantes en la corteza terrestre . Sin embargo, debido a sus propiedades geoquímicas , los elementos de tierras raras suelen estar dispersos y no suelen encontrarse concentrados en minerales de tierras raras ; como resultado, los depósitos de mineral económicamente explotables son menos comunes. [56] Existen reservas importantes en China, California, India, Brasil, Australia, Sudáfrica y Malasia, [57] pero China representa más del 95% de la producción mundial de tierras raras. [58] (Véase: Industria de tierras raras en China ).

Aunque la evidencia actual sugiere que los elementos de tierras raras son menos abundantes en la Luna que en la Tierra, [59] la NASA considera la minería de minerales de tierras raras como un recurso lunar viable [60] porque exhiben una amplia gama de propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y catalíticas industrialmente importantes. [1] KREEP son partes de la superficie lunar más ricas en potasio (la " K " representa el símbolo del elemento) r son elementos de la tierra y fósforo . El potasio y el fósforo son dos de los tres nutrientes esenciales de las plantas, el tercero es el nitrógeno fijado (de ahí el fertilizante NPK ) cualquier actividad agrícola en la luna necesitaría un suministro de esos elementos, ya sea de origen in situ o traídos de otro lugar, por ejemplo, la tierra.

Helio-3

Según una estimación, el viento solar ha depositado más de 1 millón de toneladas de helio-3 ( 3 He) en la superficie de la Luna. [61] Los materiales en la superficie de la Luna contienen helio-3 en concentraciones estimadas entre 1,4 y 15 partes por billón (ppb) en áreas iluminadas por el sol, [1] [62] [63] y pueden contener concentraciones de hasta 50 ppb en regiones permanentemente sombreadas. [64] A modo de comparación, el helio-3 en la atmósfera de la Tierra se presenta en 7,2 partes por billón (ppt).

Varias personas desde 1986 [65] han propuesto explotar el regolito lunar y utilizar el helio-3 para la fusión nuclear . [60] Aunque a partir de 2020, los reactores de fusión nuclear experimentales en funcionamiento han existido durante décadas [66] [67] - ninguno de ellos ha proporcionado electricidad comercialmente. [68] [69] Debido a las bajas concentraciones de helio-3, cualquier equipo de minería necesitaría procesar grandes cantidades de regolito. Según una estimación, se deben procesar más de 150 toneladas de regolito para obtener 1 gramo (0,035 oz) de helio 3. [70] China ha comenzado el Programa de Exploración Lunar Chino para explorar la Luna y está investigando la perspectiva de la minería lunar, específicamente buscando el isótopo helio-3 para su uso como fuente de energía en la Tierra. [71] No todos los autores creen que la extracción extraterrestre de helio-3 sea factible, [68] e incluso si fuera posible extraer helio-3 de la Luna, ningún diseño de reactor de fusión útil ha producido más potencia de fusión que la potencia eléctrica de entrada, lo que frustra el propósito. [68] [69] Sin embargo, el 13 de diciembre de 2022, el Departamento de Energía de los Estados Unidos anunció que "... el lunes 5 de diciembre de 2022 fue un día histórico en la ciencia gracias a la increíble gente del Laboratorio Livermore y la Instalación Nacional de Ignición" y que la Instalación Nacional de Ignición, "llevó a cabo el primer experimento de fusión controlada en la historia para alcanzar este hito, también conocido como punto de equilibrio energético científico, lo que significa que produjo más energía de la fusión que la energía láser utilizada para impulsarlo". [72] La desventaja sigue siendo que el helio-3 es un recurso lunar limitado que puede agotarse una vez extraído. [10]

Carbono y nitrógeno

El carbono (C) sería necesario para la producción de acero lunar , pero está presente en el regolito lunar en cantidades traza (82 ppm [73] ), aportado por el viento solar y los impactos de micrometeoritos. [74] Debido a las temperaturas extremadamente bajas, las regiones permanentemente sombreadas de los polos de la Luna tienen trampas frías que posiblemente contienen dióxido de carbono sólido. [75] La presencia de carbono se debe principalmente al carbono del viento solar implantado en el regolito a granel. El carbono está presente en los hielos que contienen carbono en los polos lunares en concentraciones de hasta el 20% en peso. Sin embargo, la mayoría de los hielos que contienen carbono tienen una concentración de carbono del 0 al 3% en peso. Los compuestos que contienen carbono que podrían existir incluyen monóxido de carbono (CO), etileno (C 2 H 4 ), dióxido de carbono (CO 2 ), metanol (CH 3 OH), metano (CH 4 ), sulfuro de carbonilo (OCS), cianuro de hidrógeno (HCN) y tolueno (C 7 H 8 ). Estos compuestos forman aproximadamente 5000 ppm de carbono elemental en muestras de suelo traídas de la Luna. Estas regiones polares contienen C, H y O que pueden servir como fuentes de combustible para las naves espaciales de metalox . [76]

El nitrógeno (N) se midió a partir de muestras de suelo traídas a la Tierra y existe en cantidades traza de menos de 5 ppm. [77] Se encontró como isótopos 14 N, 15 N y 16 N. [77] [78] Hasta el 87% del nitrógeno encontrado en el regolito lunar puede provenir de fuentes no solares (no del Sol ) o de otros planetas. Los cometas y meteoritos contribuyen con menos de ~10% de nitrógeno de fuentes no solares. [79] El carbono y el nitrógeno fijado serían necesarios para las actividades agrícolas dentro de una biosfera sellada .

Cambiar sitio–(Y)

Regolito para construcción

El desarrollo de una economía lunar requerirá una cantidad significativa de infraestructura en la superficie lunar, que dependerá en gran medida de las tecnologías de utilización de recursos in situ (ISRU) para su desarrollo. Uno de los requisitos principales será proporcionar materiales de construcción para construir hábitats, contenedores de almacenamiento, plataformas de aterrizaje, carreteras y otra infraestructura. [80] [81] El suelo lunar sin procesar , también llamado regolito , se puede convertir en componentes estructurales utilizables, [82] [83] a través de técnicas como la sinterización , el prensado en caliente, la licuefacción , el método de basalto fundido, [20] [84] y la impresión 3D . [80] El vidrio y la fibra de vidrio son fáciles de procesar en la Luna, y se descubrió que las resistencias del material del regolito se pueden mejorar utilizando fibra de vidrio, como una mezcla de 70% de fibra de vidrio de basalto y 30% de PETG . [80] Se han realizado pruebas exitosas en la Tierra utilizando algunos simuladores de regolito lunar , [85] incluidos MLS-1 y MLS-2 . [86]

El suelo lunar , aunque supone un problema para cualquier pieza mecánica móvil, se puede mezclar con nanotubos de carbono y epoxis en la construcción de espejos de telescopios de hasta 50 metros de diámetro. [87] [88] [89] Varios cráteres cerca de los polos están permanentemente oscuros y fríos, un entorno favorable para los telescopios infrarrojos . [90]

Algunas propuestas sugieren construir una base lunar en la superficie utilizando módulos traídos desde la Tierra y cubriéndolos con tierra lunar . La tierra lunar está compuesta por una mezcla de sílice y compuestos que contienen hierro que pueden fundirse en un sólido similar al vidrio utilizando radiación de microondas . [91] [92]

La Agencia Espacial Europea, en colaboración con una firma de arquitectura independiente, probó en 2013 una estructura impresa en 3D que podría construirse a partir de regolito lunar para su uso como base lunar. [93] [94] [95] El suelo lunar impreso en 3D proporcionaría "aislamiento tanto de la radiación como de la temperatura . En el interior, un inflable presurizado ligero con la misma forma de cúpula sería el entorno vital para los primeros colonos humanos de la Luna". [95]

A principios de 2014, la NASA financió un pequeño estudio en la Universidad del Sur de California para seguir desarrollando la técnica de impresión 3D Contour Crafting . Las posibles aplicaciones de esta tecnología incluyen la construcción de estructuras lunares de un material que podría constar de hasta un 90 por ciento de material lunar y solo un 10 por ciento del material requeriría transporte desde la Tierra. [96] La NASA también está estudiando una técnica diferente que implicaría la sinterización de polvo lunar utilizando radiación de microondas de baja potencia (1500 vatios). El material lunar se uniría calentándolo a una temperatura de entre 1200 y 1500 °C (2190 y 2730 °F), algo por debajo del punto de fusión, para fusionar el polvo de nanopartículas en un bloque sólido similar a la cerámica y que no requeriría el transporte de un material aglutinante desde la Tierra. [97]

Minería

Existen varios modelos y propuestas sobre cómo explotar los recursos lunares, pero pocos de ellos consideran la sostenibilidad. [98] Se requiere una planificación a largo plazo para lograr la sostenibilidad y garantizar que las generaciones futuras no se enfrenten a un páramo lunar estéril debido a prácticas descontroladas. [98] [99] [100] Para ser verdaderamente sostenible, la minería lunar tendría que adoptar procesos que no utilicen ni produzcan materiales tóxicos y que minimicen los desechos mediante ciclos de reciclaje. [98] [81]

Exploración

Numerosos orbitadores han cartografiado la composición de la superficie lunar, entre ellos Clementine , Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), Artemis orbiter , SELENE , Lunar Prospector , Chandrayaan y Chang'e , por nombrar algunos, mientras que el programa soviético Luna y el programa Apolo trajeron muestras lunares a la Tierra para realizar análisis exhaustivos. A partir de 2019, está en marcha una nueva "carrera lunar" que incluye la prospección de recursos lunares para sustentar bases tripuladas .

En el siglo XXI, el Programa de Exploración Lunar de China , [101] [102] está ejecutando un enfoque gradual para el desarrollo de tecnología incremental y la exploración de recursos para una base tripulada, proyectada para la década de 2030, según la agencia de noticias estatal china Xinhua . [103] El programa Chandrayaan de la India se centra en comprender primero el ciclo del agua lunar y en mapear la ubicación y las concentraciones de minerales desde la órbita e in situ . El programa Luna-Glob de Rusia está planeando y desarrollando una serie de módulos de aterrizaje, vehículos exploradores y orbitadores para prospección y exploración científica, y para eventualmente emplear métodos de utilización de recursos in situ (ISRU) con la intención de construir y operar su propia base lunar tripulada en la década de 2030. [104] [105]

Estados Unidos ha estado estudiando la Luna durante décadas y en 2019 comenzó a implementar el programa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) para apoyar el programa tripulado Artemis , ambos destinados a explorar y explotar los recursos lunares para facilitar una base tripulada a largo plazo en la Luna, y dependiendo de las lecciones aprendidas, luego pasar a una misión tripulada a Marte . [106] El rover lunar Resource Prospector de la NASA estaba planeado para prospectar recursos en una región polar de la Luna, y se lanzaría en 2022. [107] [108] El concepto de la misión estaba en su etapa de preformulación, y se estaba probando un prototipo de rover cuando se canceló en abril de 2018. [109] [107] [108] Sus instrumentos científicos volarán en cambio en varias misiones de aterrizaje comerciales contratadas por el programa CLPS de la NASA, que tiene como objetivo centrarse en probar varios procesos ISRU lunares aterrizando varias cargas útiles en múltiples módulos de aterrizaje y rovers robóticos comerciales. Los primeros contratos de carga útil se adjudicaron el 21 de febrero de 2019, [110] [111] y volarán en misiones separadas. El CLPS informará y apoyará el programa Artemis de la NASA , lo que dará lugar a un puesto avanzado lunar tripulado para estadías prolongadas. [106]

Una organización europea sin fines de lucro ha pedido una colaboración sinérgica global entre todas las agencias espaciales y naciones en lugar de una "carrera lunar"; este concepto colaborativo propuesto se llama Moon Village . [112] Moon Village busca crear una visión donde tanto la cooperación internacional como la comercialización del espacio puedan prosperar. [113] [114] [115]

Algunas de las primeras empresas privadas, como Shackleton Energy Company , [116] Deep Space Industries , Planetoid Mines, Golden Spike Company , Planetary Resources , Astrobotic Technology y Moon Express , están planeando empresas privadas de exploración y minería comercial en la Luna. [1] [117]

En 2024, una empresa emergente estadounidense llamada Interlune anunció sus planes de extraer helio de la Luna para exportarlo a la Tierra. La primera misión planea utilizar el programa de Servicios de Carga Lunar Comercial de la NASA para llegar a la Luna. [118]

Métodos de extracción

Los extensos mares lunares están compuestos por flujos de lava basáltica . Su mineralogía está dominada por una combinación de cinco minerales: anortitas (CaAl2Si2O8 ) , ortopiroxenos ( (Mg,Fe)SiO3 ) , clinopiroxenos ( Ca (Fe,Mg)Si2O6 ) , olivinos ( (Mg,Fe) 2SiO4 ) e ilmenita ( FeTiO3 ), [ 1 ] [ 48 ] todos abundantes en la Luna. [119] Se ha propuesto que las fundiciones podrían procesar la lava basáltica para descomponerla en calcio puro, aluminio, oxígeno, hierro, titanio, magnesio y vidrio de sílice. [ 120 ] La Agencia Espacial Europea ha otorgado financiación a Metalysis en 2020 para seguir desarrollando el proceso FFC Cambridge para extraer titanio del regolito mientras se genera oxígeno como subproducto. [121] La anortita lunar en bruto también podría usarse para fabricar fibra de vidrio y otros productos cerámicos. [120] [44] Otra propuesta prevé el uso de flúor traído de la Tierra como fluoruro de potasio para separar las materias primas de las rocas lunares. [122]

Aunque los módulos de aterrizaje de la Luna esparcieron banderines de la Unión Soviética sobre la Luna y los astronautas del Apolo plantaron simbólicamente banderas de los Estados Unidos en sus lugares de aterrizaje , ninguna nación reclama la propiedad de ninguna parte de la superficie de la Luna, [123] y el estatus legal internacional de la minería de recursos espaciales es poco claro y controvertido. [124] [125]

Los cinco tratados y acuerdos [126] del derecho internacional del espacio abarcan "la no apropiación del espacio ultraterrestre por ningún país, el control de armamentos, la libertad de exploración, la responsabilidad por los daños causados ​​por objetos espaciales, la seguridad y el rescate de naves espaciales y astronautas, la prevención de interferencias perjudiciales con las actividades espaciales y el medio ambiente, la notificación y el registro de las actividades espaciales, la investigación científica y la explotación de los recursos naturales en el espacio ultraterrestre y la solución de controversias". [127]

Rusia, China y los Estados Unidos son parte del Tratado del Espacio Ultraterrestre de 1967 (OST), [128] que es el tratado más ampliamente adoptado, con 104 partes. [129] El tratado OST ofrece directrices imprecisas para las actividades espaciales más nuevas, como la minería lunar y de asteroides , [130] y, por lo tanto, sigue siendo objeto de controversia si la extracción de recursos cae dentro del lenguaje prohibitivo de la apropiación o si el uso abarca el uso y la explotación comercial. Aunque su aplicabilidad a la explotación de recursos naturales sigue siendo objeto de controversia, los principales expertos en general coinciden con la posición emitida en 2015 por el Instituto Internacional de Derecho Espacial (ISSL) que afirma que, "en vista de la ausencia de una prohibición clara de la toma de recursos en el Tratado del Espacio Ultraterrestre, se puede concluir que el uso de los recursos espaciales está permitido". [131]

El Tratado de la Luna de 1979 es un marco propuesto de leyes para desarrollar un régimen de reglas y procedimientos detallados para la explotación ordenada de los recursos. [132] [133] Este tratado regularía la explotación de los recursos si está "regido por un régimen internacional" de reglas (Artículo 11.5), [134] pero no ha habido consenso y no se han establecido las reglas precisas para la minería comercial. [135] El Tratado de la Luna fue ratificado por muy pocas naciones, y por lo tanto se sugirió que tenía poca o ninguna relevancia en el derecho internacional. [136] [137] El último intento de definir reglas detalladas aceptables para la explotación, terminó en junio de 2018, después de que S. Neil Hosenball, quien fue el Asesor General de la NASA y el principal negociador estadounidense para el Tratado de la Luna, decidiera que la negociación de las reglas mineras en el Tratado de la Luna debería retrasarse hasta que se hubiera establecido la viabilidad de la explotación de los recursos lunares. [138]

En busca de directrices regulatorias más claras, las empresas privadas en los EE. UU. impulsaron al gobierno de los EE. UU. y legalizaron la minería espacial en 2015 mediante la introducción de la Ley de Competitividad de Lanzamiento Espacial Comercial de los EE. UU . de 2015. [139] Legislaciones nacionales similares que legalizan la apropiación extraterrestre de recursos ahora están siendo replicadas por otras naciones, entre ellas Luxemburgo, Japón, China, India y Rusia. [130] [140] [141] [142] Esto ha creado una controversia legal internacional sobre los derechos mineros con fines de lucro. [140] [137] Un experto legal declaró en 2011 que los problemas internacionales "probablemente se resolverían durante el curso normal de la exploración espacial". [137] En abril de 2020, el presidente estadounidense Donald Trump firmó una orden ejecutiva para apoyar la minería lunar. [143]

Véase también

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