miniaturadeimagen|Mosaico en falso color creado a partir de una serie de 53 imágenes tomadas a través de tres filtros espectrales por el sistema de imágenes de Galileo, cuando la sonda sobrevoló las regiones del norte de la Luna el 7 de diciembre de 1992. Los colores indican diferentes materiales. miniaturadeimagen|Una roca de anortosita lunar recolectada por la tripulación del Apolo 16 cerca del cráter Descartes
La Luna posee importantes recursos naturales que podrían ser explotados en el futuro.Extraction of Metals and Oxygen from Lunar Soil. Yuhao Lu and Ramana G. Reddy. Department of Metallurgical and Materials Engineering; The University of Alabama, Tuscaloosa, AL. USA. 9 de enero de 2009. Los recursos lunares potenciales pueden abarcar materiales procesables como volátiles y Minerales, junto con estructuras geológicas como tubos de lava que, juntos, podrían favorecer la colonización de la Luna. El uso de recursos en la Luna puede proporcionar un medio para reducir el costo y el riesgo de la exploración lunar y más allá."Moon and likely initial in situ resource utilization (ISRU) applications." M. Anand, I. A. Crawford, M. Balat-Pichelin, S. Abanades, W. van Westrenen, G. Péraudeau, R. Jaumann, W. Seboldt. Planetary and Space Science; volume 74; issue 1; December 2012, pp: 42—48. NASA In-Situ Resource Utilization (ISRU) Capability Roadmap Final Report. Gerald B. Sanders, Michael Duke. May 19, 2005. Los conocimientos sobre los recursos lunares obtenidos de las misiones de órbita y retorno de muestras han mejorado en gran medida la comprensión del potencial para la utilización de recursos in situ (ISRU) en la Luna, pero ese conocimiento aún no es suficiente para justificar completamente el compromiso de grandes recursos financieros para implementar una campaña basada en ISRU. La determinación de la disponibilidad de recursos impulsará la selección de sitios para asentamientos humanos.
Descripción general Los materiales lunares podrían facilitar la exploración continua de la Luna misma, facilitar la actividad científica y económica en las cercanías 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. El regolito (suelo lunar) es el producto más fácil de obtener; Puede proporcionar protección contra la radiación solar y los micrometeoroides, así como también materiales de construcción y pavimentación mediante fundición. El oxígeno de los óxidos de regolito lunar puede ser una fuente de oxígeno metabólico y oxidante de agua de propulsor de cohetes. El hielo puede proporcionar agua para blindaje contra la radiación, soporte vital, oxígeno respirable y materia prima para propulsores de cohetes. Volátiles de cráteres permanentemente sombreados puede proporcionar metano (CH44), amoníaco (NH3), dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO). Los metales y otros elementos para la industria local pueden obtenerse de los diversos minerales encontrados en el regolito.
Se sabe que la Luna es pobre en carbono y nitrógeno, y rica en metales y en oxígeno atómico, pero su distribución y concentraciones aún se desconocen. La exploración lunar adicional revelará concentraciones adicionales de materiales útiles, y si estos serán económicamente explotables o no dependerá del valor que se les asigne y de la energía y la infraestructura disponibles para respaldar su extracción. Para que la utilización de recursos in situ se aplique con éxito en la Luna, la selección del sitio de aterrizaje es imprescindible, así como la identificación de operaciones y tecnologías de superficie adecuadas. La exploración desde la órbita lunar por algunas agencias espaciales está en curso, y los módulos de aterrizaje y rovers están explorando recursos y concentraciones in situ (ver: Lista de misiones a la Luna).
Recursos +Composición química de la superficie lunarCompuestoFórmulaComposiciónMaria Tierras altassíliceSiO245.4%45.5%alúminaAl2O314.9%24.0%calCaO11.8%15.9%óxido de hierro (II)FeO14.1%5.9%magnesiaMgO9.2%7.5%óxido de titanio (IV)TiO23.9%0.6%óxido de sodioNa2O0.6%0.6% 99.9%100.0% La energía solar, el oxígeno y los metales son recursos abundantes en la Luna. Los elementos que se sabe que están presentes en la superficie lunar incluyen, entre otros, hidrógeno (H), 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 45% en peso.
Energía solar El día en la Luna dura aproximadamente dos semanas, seguidas de otras dos semanas de noche, mientras que los polos reciben luz casi permanente. El polo sur presenta una región con bordes de cráter expuestos a una iluminación solar casi constante, sin embargo, el interior de estos está permanentemente en la sombra y retiene cantidades significativas de hielo de agua lunar en su interior. Al ubicar una instalación de procesamiento de recursos lunares cerca del polo sur lunar, la energía eléctrica generada por la energía solar permitiría una operación casi constante cerca de las fuentes de hielo de agua.
Las celdas solares podrían fabricarse directamente en el suelo lunar mediante un rover de tamaño mediano (~ 200 kg) con la capacidad de calentar el regolito, la evaporación de los materiales semiconductores apropiados para la estructura de la célula solar directamente sobre el sustrato del regolito y la deposición de metal. contactos e interconexiones para terminar un conjunto completo de células solares. El sistema de fisión nuclear de 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 lejanos. Este sistema es ideal para ubicaciones en la Luna y Marte donde la generación de energía a partir de la luz solar es intermitente.
Oxígeno El contenido de oxígeno elemental en el regolito se estima en 45% en peso. El oxígeno a menudo se encuentra en minerales lunares ricos en hierro y vidrios como óxido de hierro. Al menos, se han descrito veinte procesos posibles diferentes para extraer oxígeno del regolito lunar, y todos requieren un alto aporte de energía: entre 2-4 megavatios-años de energía (es decir, 6-12 × 1013J ) para producir 1000 toneladas de oxígeno. Si bien la extracción de oxígeno de los óxidos metálicos también produce metales útiles, el uso de agua como materia prima no lo hace.
Agua miniaturadeimagen|Las imágenes del orbitador LCROSS volando del polo sur lunar muestran áreas de sombra permanente. miniaturadeimagen|La imagen muestra la distribución del hielo de la superficie en el polo sur de la Luna (izquierda) y el polo norte (derecha) como lo ve el espectrómetro Moon Mineralogy Mapper (M3) de la NASA a bordo del orbitador Chandrayaan-1 de la India. La evidencia acumulada de varios orbitadores indica la presencia de hielo de agua en la superficie de los polos, principalmente en la región del polo sur. Sin embargo, los resultados de estos conjuntos de datos no siempre están correlacionados. Se ha determinado que el área acumulada de la superficie lunar permanentemente sombreada es 13,361 km 2 en el hemisferio norte y 17,698 km 2 en el hemisferio sur, dando un área total de 31,059 km 2. Actualmente se desconoce hasta qué punto alguna o todas estas áreas permanentemente en sombra 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. 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 tener la forma de piezas pequeñas (<~ 10 cm) y discretas de hielo distribuido por todo el regolito, o como una fina capa sobre los granos de hielo. Esto, junto con las observaciones de radar monostático, sugiere que es poco probable que el hielo presente en estas regiones esté en forma de casquetes gruesos.
El agua puede haber llegado a la Luna en escalas de tiempo geológicas por el bombardeo regular de cometas, asteroides y meteoroides portadores de agua, o producida continuamente in situ por los iones de hidrógeno (protones) del viento solar que impactan la superficie e interactúan con minerales que contienen oxígeno.
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 a la sombra, lo que permite la captura natural y la recolección de hielo de agua que podría extraerse en el futuro.
Moléculas de agua (H2O) se puede descomponer en sus elementos; hidrógeno y oxígeno, y formar hidrógeno molecular (H2) y oxígeno molecular (O2) para ser utilizado como propulsor de cohetes o producir compuestos para procesos de producción química y metalúrgica. Solo la producción de propulsor, fue estimada por un panel conjunto de expertos de la industria, el gobierno y académicos, identificó una demanda anual a corto plazo de 450 toneladas métricas de propulsor derivado de la luna que equivale a 2.450 toneladas métricas de agua lunar procesada, generando US $ 2.4 mil millones de ingresos anuales.
Metales Hierro Es abundante en los basaltos (~ 14-17% por peso), pero en su mayoría está bloqueado en minerales de silicato (es decir, piroxeno y olivino) y en el mineral de óxido ilmenita en las tierras bajas. La extracción requeriría bastante energía, pero se sospecha que algunas anomalías magnéticas lunares prominentes se deben a restos meteoríticos ricos en hierro que sobreviven. Solo una mayor exploración in situ determinará si esta interpretación es correcta o no, y cuán explotables pueden ser esos restos.
El hierro libre también existe en el regolito (0,5% en peso) naturalmente aleado con níquel y cobalto y se puede extraer fácilmente mediante simples imanes después de la molienda. Este polvo de hierro se puede procesar para fabricar piezas utilizando técnicas de pulvimetalurgia como fabricación aditiva, impresión 3D, sinterización selectiva por láser (SLS), fusión selectiva por láser (SLM) y fusión por haz de electrones (EBM).
Titanio Se puede alear con hierro, aluminio, vanadio y molibdeno , entre otros elementos, para producir aleaciones resistentes y ligeras para la industria aeroespacial. Existe casi en su totalidad en el mineral ilmenita (FeTiO 3) en el rango de 5-8% en peso. Los minerales de ilmenita también atrapan hidrógeno (protones) del viento solar , por lo que el procesamiento de la ilmenita también produciría hidrógeno, otro elemento de gran valor. Los vastos basaltos de inundación en el lado noroeste cercano (Mare Tranquillitatis) poseen algunos de los contenidos de titanio más altos en la Luna, albergando hasta 10 veces más titanio que las rocas de la Tierra.
Aluminio Se encuentra en una concentración en el rango de 10-18% en peso, presente en un mineral llamado anortita, el miembro terminal de calcio de la serie de minerales plagioclasa feldespato. 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. La extracción de aluminio también requeriría descomponer la plagioclasa.
Silicio miniaturadeimagen|Trozo de silicio puro. Es un metaloide abundante en todo el material lunar, con una concentración de aproximadamente el 20% en peso. Es de enorme importancia producir matrices de 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.
Calcio