Làm thế nào có thể giảm chi phí du hành không gian - đến và từ mặt trăng và có thể tới Sao Hỏa -? Một cách tiếp cận là khai thác mặt trăng cho các tài nguyên cần thiết.
Nghệ sĩ khái niệm về một căn cứ mặt trăng với tầm nhìn về Trái đất từ xa. Hình ảnh qua Pavel Chagochkin / Shutterstock.com.
Bởi Paul K. Byrne, Đại học bang Bắc Carolina
Nếu bạn được đưa lên mặt trăng ngay lập tức, bạn chắc chắn sẽ nhanh chóng chết.Đó là vì không có bầu khí quyển, nhiệt độ bề mặt thay đổi từ rang 130 độ C (266 F) đến lạnh thấu xương trừ 170 C (âm 274 F). Nếu thiếu không khí hoặc sức nóng khủng khiếp hoặc lạnh lẽo giết chết bạn thì sẽ bắn phá thiên thạch micromet hoặc bức xạ mặt trời. Bởi tất cả các tài khoản, mặt trăng không phải là một nơi hiếu khách.
Tuy nhiên, nếu con người khám phá mặt trăng và, có khả năng, sống ở đó một ngày, chúng ta sẽ cần học cách đối phó với những điều kiện môi trường đầy thách thức này. Chúng tôi sẽ cần môi trường sống, không khí, thức ăn và năng lượng, cũng như nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho tên lửa trở lại Trái đất và có thể là các điểm đến khác. Điều đó có nghĩa là chúng tôi sẽ cần các nguồn lực để đáp ứng các yêu cầu này. Chúng ta có thể mang chúng theo chúng ta từ Trái đất - một đề xuất đắt giá - hoặc chúng ta sẽ cần tận dụng các nguồn tài nguyên trên chính mặt trăng. Và đó, nơi mà ý tưởng về việc sử dụng tài nguyên tại chỗ, hay, hay ISRU, xuất hiện.
Nền tảng của những nỗ lực sử dụng vật liệu mặt trăng là mong muốn thiết lập các khu định cư tạm thời hoặc thậm chí vĩnh viễn của con người trên mặt trăng - và có rất nhiều lợi ích để làm như vậy. Ví dụ, các căn cứ mặt trăng hoặc thuộc địa có thể cung cấp đào tạo và chuẩn bị vô giá cho các nhiệm vụ đến các điểm đến xa hơn, bao gồm cả Sao Hỏa. Phát triển và sử dụng tài nguyên mặt trăng có thể sẽ dẫn đến một số lượng lớn các công nghệ tiên tiến và kỳ lạ có thể hữu ích trên Trái đất, như trường hợp của Trạm vũ trụ quốc tế.
Là một nhà địa chất hành tinh, tôi đã bị mê hoặc bởi cách các thế giới khác xuất hiện và những bài học nào chúng ta có thể học về sự hình thành và tiến hóa của hành tinh của chúng ta. Và bởi vì một ngày nào đó tôi hy vọng sẽ thực sự đến thăm mặt trăng, tôi đặc biệt quan tâm đến việc chúng ta có thể sử dụng tài nguyên ở đó như thế nào để con người khám phá hệ mặt trời một cách kinh tế nhất có thể.
Nghệ sĩ khái niệm về một môi trường sống mặt trăng có thể, có các yếu tố ed trong 3D với đất mặt trăng. Hình ảnh thông qua Cơ quan Vũ trụ Châu Âu / Foster + Partners.
Sử dụng tài nguyên tại chỗ
ISRU nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, và hiện tại phần lớn là như vậy. Khái niệm này liên quan đến việc xác định, trích xuất và xử lý vật liệu từ bề mặt mặt trăng và bên trong và chuyển đổi nó thành một thứ hữu ích: oxy để thở, điện, vật liệu xây dựng và thậm chí là nhiên liệu tên lửa.
Nhiều quốc gia đã bày tỏ mong muốn đổi mới để trở lại mặt trăng. NASA có vô số kế hoạch để thực hiện, Trung Quốc đã hạ cánh trên mặt trăng vào tháng 1 và có một người điều hành tích cực ở đó ngay bây giờ, và nhiều quốc gia khác đặt mục tiêu vào các nhiệm vụ mặt trăng. Sự cần thiết của việc sử dụng các vật liệu đã có mặt trên Mặt trăng trở nên cấp bách hơn.
Nghệ sĩ khái niệm về việc sử dụng tài nguyên tại chỗ mặt trăng có thể trông như thế nào. Hình ảnh qua NASA.
Dự đoán về cuộc sống mặt trăng là thúc đẩy kỹ thuật và công việc thử nghiệm để xác định cách sử dụng hiệu quả vật liệu mặt trăng để hỗ trợ thám hiểm con người. Ví dụ, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đang lên kế hoạch hạ cánh tàu vũ trụ tại cực Nam vào năm 2022 để khoan bên dưới bề mặt để tìm kiếm nước đá và các hóa chất khác. Nghề thủ công này sẽ có một công cụ nghiên cứu được thiết kế để lấy nước từ đất mặt trăng hoặc regolith.
Thậm chí đã có những cuộc thảo luận về việc cuối cùng khai thác và vận chuyển trở lại Trái đất, helium-3 bị khóa trong cuộc đua mặt trăng. Helium-3 (một đồng vị không phóng xạ của helium) có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò phản ứng nhiệt hạch để tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ với chi phí môi trường rất thấp - mặc dù sự hợp nhất như một nguồn năng lượng chưa được chứng minh, và khối lượng helium chiết xuất được -3 là không rõ. Tuy nhiên, ngay cả khi chi phí và lợi ích thực sự của ISRU mặt trăng vẫn còn được nhìn thấy, có rất ít lý do để nghĩ rằng mối quan tâm hiện tại đáng kể trong việc khai thác Mặt trăng đã giành được tiếp tục.
Nó đáng chú ý rằng mặt trăng có thể không phải là điểm đến đặc biệt thích hợp để khai thác các kim loại có giá trị khác như vàng, bạch kim hoặc các nguyên tố đất hiếm. Điều này là do quá trình khác biệt hóa, trong đó vật liệu tương đối nặng chìm và vật liệu nhẹ hơn tăng lên khi cơ thể hành tinh bị nóng chảy một phần hoặc gần như hoàn toàn.
Về cơ bản, đây là những gì diễn ra nếu bạn lắc một ống nghiệm chứa đầy cát và nước. Lúc đầu, mọi thứ được trộn lẫn với nhau, nhưng sau đó cát cuối cùng tách ra khỏi chất lỏng và chìm xuống đáy ống. Và cũng giống như đối với Trái đất, phần lớn kho Kim loại nặng và có giá trị nằm sâu trong lớp phủ hoặc thậm chí là lõi, nơi mà về cơ bản chúng không thể truy cập được. Thật vậy, nó có thể vì các cơ quan nhỏ như tiểu hành tinh thường không có sự khác biệt hóa mà chúng là những mục tiêu đầy hứa hẹn để thăm dò và khai thác khoáng sản.
Phi hành gia tàu Apollo 17 Harrison H. Schmitt đứng cạnh một tảng đá trên bề mặt mặt trăng. Hình ảnh qua NASA.
Hình thành mặt trăng
Thật vậy, mặt trăng giữ một vị trí đặc biệt trong khoa học hành tinh bởi vì nó là cơ thể duy nhất khác trong hệ mặt trời nơi con người đặt chân đến. Chương trình Apollo của NASA vào những năm 1960 và 70 đã chứng kiến tổng cộng 12 phi hành gia đi bộ, tung lên và quay cuồng trên bề mặt. Các mẫu đá mà họ mang về và các thí nghiệm họ để lại đã cho phép hiểu rõ hơn về không chỉ mặt trăng của chúng ta, mà cả về cách các hành tinh hình thành nói chung, hơn bao giờ có thể xảy ra.
Từ những nhiệm vụ đó và những nhiệm vụ khác trong những thập kỷ tiếp theo, các nhà khoa học đã học được rất nhiều về mặt trăng. Thay vì phát triển từ một đám mây bụi và băng như các hành tinh trong hệ mặt trời đã làm, chúng tôi đã phát hiện ra rằng người hàng xóm gần nhất của chúng ta có lẽ là kết quả của một tác động khổng lồ giữa Trái đất nguyên sinh và một vật thể có kích cỡ sao Hỏa. Vụ va chạm đó đã đẩy ra một khối lượng lớn các mảnh vụn, một số trong đó sau đó đông lại thành mặt trăng. Từ các phân tích mẫu mặt trăng, mô hình máy tính tiên tiến và so sánh với các hành tinh khác trong hệ mặt trời, chúng tôi đã học được trong số nhiều điều khác mà tác động khổng lồ có thể là quy tắc, không phải là ngoại lệ, trong những ngày đầu của hệ thống hành tinh này.
Thực hiện nghiên cứu khoa học về mặt trăng sẽ mang lại sự gia tăng mạnh mẽ trong sự hiểu biết của chúng ta về việc vệ tinh tự nhiên của chúng ta hình thành như thế nào, và các quá trình hoạt động trên và bên trong bề mặt để làm cho nó trông giống như nó.
Nghệ sĩ khái niệm về sự va chạm giữa Trái đất nguyên sinh và một vật thể có kích thước sao Hỏa. Hình ảnh qua NASA / JPL-Caltech / T. Pyle.
Những thập kỷ sắp tới hứa hẹn một kỷ nguyên mới về thám hiểm mặt trăng, với con người sống ở đó trong thời gian dài được kích hoạt bằng cách khai thác và sử dụng tài nguyên thiên nhiên mặt trăng. Với nỗ lực kiên định, quyết tâm, sau đó, mặt trăng không chỉ trở thành ngôi nhà cho những nhà thám hiểm trong tương lai, mà là bước đệm hoàn hảo để từ đó có bước nhảy vọt khổng lồ tiếp theo của chúng ta.
Paul K. Byrne, Trợ lý Giáo sư Địa chất Hành tinh, Đại học Bang Bắc Carolina
Bài viết này được tái bản từ Cuộc hội thoại theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.
Điểm mấu chốt: Một nhà địa chất hành tinh thảo luận về việc khai thác mặt trăng.
