ما هو تعدين القمر؟

Send

منذ أن بدأنا في إرسال بعثات إلى القمر ، يحلم الناس باليوم الذي قد نستعمره فيه ذات يوم. تخيل فقط ، مستوطنة على سطح القمر ، حيث يشعر الجميع باستمرار بحوالي 15 ٪ فقط كما هم هنا على الأرض. وفي أوقات فراغهم ، يحصل المستعمرون على جميع أنواع الرحلات البحثية الرائعة عبر السطح في المركبات القمرية. يجب أن أعترف ، يبدو الأمر ممتعًا!

في الآونة الأخيرة ، تم اقتراح فكرة التنقيب والتعدين على القمر. ويرجع ذلك جزئيًا إلى تجدد استكشاف الفضاء ، ولكن أيضًا صعود شركات الطيران الخاصة وصناعة NewSpace. مع وجود مهام إلى جداول مواعيد القمر للسنوات والعقود القادمة ، يبدو من المنطقي التفكير في كيفية إنشاء التعدين والصناعات الأخرى هناك أيضًا؟

الطرق المقترحة:

تم تقديم العديد من المقترحات لإنشاء عمليات التعدين على القمر ؛ في البداية من قبل وكالات الفضاء مثل وكالة ناسا ، ولكن في الآونة الأخيرة من قبل المصالح الخاصة. تم تقديم العديد من الاقتراحات المبكرة خلال الخمسينيات ، استجابة لسباق الفضاء ، الذي رأى مستعمرة قمرية نتيجة منطقية لاستكشاف القمر.

على سبيل المثال ، في عام 1954 ، اقترح آرثر سي كلارك قاعدة قمرية حيث تم تغطية الوحدات القابلة للنفخ في غبار القمر للعزل وتم توفير الاتصالات بواسطة سارية راديو قابلة للنفخ. وفي عام 1959 ، اقترح جون س. رينهارت - مدير مختبر أبحاث التعدين في كلية كولورادو للمناجم - قاعدة أنبوبية "تطفو" عبر السطح.

منذ ذلك الوقت ، أصدرت وكالة ناسا والجيش الأمريكي وسلاح الجو ووكالات الفضاء الأخرى مقترحات لإنشاء مستوطنة على سطح القمر. في جميع الحالات ، تحتوي هذه الخطط على بدلات لاستخدام الموارد لجعل القاعدة مكتفية ذاتيا قدر الإمكان. ومع ذلك ، فإن هذه الخطط سبقت برنامج أبولو ، وتم التخلي عنها إلى حد كبير بعد اختتامها. لم تقدم مقترحات مفصلة مرة أخرى إلا في العقود القليلة الماضية.

على سبيل المثال ، خلال إدارة بوش (2001-2009) ، أيدت وكالة ناسا إمكانية إنشاء "قاعدة قمرية". تماشيا مع رؤيتهم لاستكشاف الفضاء (2004) ، دعت الخطة إلى بناء قاعدة على القمر بين 2019 و 2024. كان أحد الجوانب الرئيسية لهذه الخطة استخدام تقنيات ISRU لإنتاج الأكسجين من regolith المحيطة.

تم إلغاء هذه الخطط من قبل إدارة أوباما واستبدالها بخطة لمهمة Mars Direct (المعروفة باسم "رحلة إلى كوكب المريخ" التابعة لناسا). ومع ذلك ، خلال ورشة عمل في عام 2014 ، التقى ممثلون من وكالة ناسا بعلم الوراثة بجامعة هارفارد جورج تشيرش ، وبيتر ديامانديس من مؤسسة X Prize Foundation وخبراء آخرين لمناقشة الخيارات منخفضة التكلفة للعودة إلى القمر.

أوراق الورشة التي نشرت في عدد خاص من مساحة جديدةوصف كيف يمكن بناء مستوطنة على القمر بحلول عام 2022 مقابل 10 مليار دولار فقط. وفقا لأوراقهم ، سيكون من الممكن إنشاء قاعدة منخفضة التكلفة بفضل تطوير أعمال الإطلاق الفضائية ، وظهور صناعة NewSpace ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، والروبوتات المستقلة ، وغيرها من التقنيات التي تم تطويرها مؤخرًا.

في كانون الأول / ديسمبر 2015 ، عُقدت ندوة دولية بعنوان "القمر 2020-2030 - عصر جديد للاستكشاف البشري والروبوتي المنسق" في المركز الأوروبي لبحوث وتكنولوجيا الفضاء. في ذلك الوقت ، أوضح المدير العام الجديد لوكالة الفضاء الأوروبية (جان وورنر) رغبة الوكالة في إنشاء قاعدة دولية للقمر باستخدام عمال الروبوتات ، وتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، واستخدام الموارد في الموقع.

في عام 2010 ، أنشأت وكالة ناسا مسابقة التعدين الروبوتية ، وهي مسابقة سنوية قائمة على الحوافز حيث يقوم طلاب الجامعات بتصميم وبناء الروبوتات للتنقل في بيئة مريخية محاكاة. أحد أهم جوانب المسابقة هو إنشاء روبوتات يمكنها الاعتماد على ISRU لتحويل الموارد المحلية إلى مواد قابلة للاستخدام. من المرجح أيضًا أن تكون التطبيقات المنتجة مفيدة خلال المهام القمرية المستقبلية.

ولدى وكالات الفضاء الأخرى خطط لقواعد القمر في العقود المقبلة. أصدرت وكالة الفضاء الروسية (Roscosmos) خططًا لبناء قاعدة على سطح القمر بحلول عام 2020 ، واقترحت وكالة الفضاء الوطنية الصينية (CNSA) بناء مثل هذه القاعدة في إطار زمني مماثل ، وذلك بفضل نجاح برنامج Chang’e.

وصناعة NewSpace تنتج أيضًا بعض الاقتراحات المثيرة للاهتمام في الآونة الأخيرة. في عام 2010 ، اجتمعت مجموعة من رجال الأعمال في وادي السليكون لإنشاء Moon Express ، وهي شركة خاصة تخطط لتقديم خدمات النقل الآلي الروبوتية التجارية وخدمات البيانات ، بالإضافة إلى الهدف طويل المدى لتعدين القمر. في ديسمبر من عام 2015 ، أصبحوا أول شركة تتنافس على جائزة Lunar X لبناء واختبار مركبة إنسان آلي - MX-1.

في عام 2010 ، تم إطلاق Arkyd Astronautics (التي أعيدت تسميتها بالموارد الكوكبية في عام 2012) بغرض تطوير ونشر تقنيات لتعدين الكويكبات. في عام 2013 ، تم تشكيل شركة Deep Space Industries لنفس الغرض. على الرغم من أن هذه الشركات تركز في الغالب على الكويكبات ، فإن النداء يشبه إلى حد كبير التعدين القمري - الذي يوسع قاعدة موارد البشرية خارج الأرض.

مصادر:

استنادًا إلى دراسة الصخور القمرية ، التي أعادتها بعثات أبولو ، علم العلماء أن سطح القمر غني بالمعادن. يعتمد تكوينها الكلي على ما إذا كانت الصخور تأتي من ماريا قمرية (سهول بازلتية كبيرة ومظلمة تتكون من الانفجارات القمرية) أو المرتفعات القمرية.

أظهرت الصخور التي تم الحصول عليها من ماريا القمرية آثارًا كبيرة للمعادن ، مع 14.9٪ من الألومينا (Al²O³) ، و 11.8٪ من أكسيد الكالسيوم (الجير) ، و 14.1٪ من أكسيد الحديد ، و 9.2٪ من المغنيسيوم (MgO) ، و 3.9٪ من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO²) و 0.6٪ من الصوديوم. أكسيد (Na²O). تلك التي تم الحصول عليها من المرتفعات القمرية متشابهة في التكوين ، مع 24.0 ٪ من الألومينا و 15.9 ٪ من الجير و 5.9 ٪ من أكسيد الحديد و 7.5 ٪ من المغنيسيا و 0.6 ٪ من ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الصوديوم.

وقد أظهرت هذه الدراسات نفسها أن الصخور القمرية تحتوي على كميات كبيرة من الأكسجين ، في الغالب في شكل معادن مؤكسدة. وقد أجريت التجارب التي أظهرت كيف يمكن استخراج هذا الأكسجين لتزويد رواد الفضاء بهواء قابل للتنفس ، ويمكن استخدامه لصنع الماء وحتى وقود الصواريخ.

يحتوي القمر أيضًا على تركيزات من معادن الأرض النادرة (REM) ، وهي جذابة لسببين. من ناحية ، أصبحت REMs ذات أهمية متزايدة للاقتصاد العالمي ، حيث يتم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية. من ناحية أخرى ، تسيطر الصين على 90٪ من الاحتياطيات الحالية من REMs. لذلك يعتبر البعض أن الوصول الثابت إلى مصدر خارجي مسألة تتعلق بالأمن القومي.

وبالمثل ، يحتوي القمر على كميات كبيرة من المياه الموجودة في قاعه القمري وفي المناطق المظللة بشكل دائم في المناطق القطبية الشمالية والجنوبية ، وستكون هذه المياه ذات قيمة أيضًا كمصدر لوقود الصواريخ ، ناهيك عن مياه الشرب لرواد الفضاء.

بالإضافة إلى ذلك ، كشفت الصخور القمرية أن الجزء الداخلي للقمر قد يحتوي على مصادر كبيرة من الماء أيضًا. ومن عينات التربة القمرية ، تم حساب أن الماء الممتز يمكن أن يوجد بتركيزات ضئيلة من 10 إلى 1000 جزء في المليون. في البداية ، كان على الرغم من أن تركيزات المياه داخل صخور القمر كانت نتيجة للتلوث.

ولكن منذ ذلك الوقت ، لم تعثر بعثات متعددة على عينات من الماء على سطح القمر فحسب ، بل كشفت عن أدلة على مصدرها. الأول كان الهند شاندريان -1 المهمة ، التي أرسلت مؤثرًا إلى سطح القمر في 18 نوفمبر 2008. خلال هبوطه الذي استمر 25 دقيقة ، وجد مستكشف تأثير الارتطام المركب تشاندرا (CHACE) دليلاً على وجود الماء في الغلاف الجوي الرقيق للقمر.

في مارس 2010 ، صك RF صغير على متن الطائرة شاندريان -1 اكتشف أكثر من 40 حفرة مظلمة بشكل دائم بالقرب من القطب الشمالي للقمر والتي يفترض أنها تحتوي على ما يصل إلى 600 مليون طن متري (661.387 مليون طن أمريكي) من الجليد المائي.

في تشرين الثاني / نوفمبر 2009 ، أجرى مسبار الفضاء التابع لناسا LCROSS اكتشافات مماثلة حول المنطقة القطبية الجنوبية ، حيث تسببت أداة الارتطام التي أرسلتها إلى السطح في ركلة مادة تبين أنها تحتوي على مياه بلورية. في عام 2012 ، كشفت المسوحات التي أجرتها مركبة الاستطلاع القمرية (LRO) أن الجليد يشكل ما يصل إلى 22 ٪ من المواد الموجودة على أرضية فوهة شاكلتون (تقع في المنطقة القطبية الجنوبية).

وقد تم افتراض أن كل هذه المياه تم توصيلها عن طريق مجموعة من الآليات. أولًا ، القصف المنتظم بواسطة المذنبات التي تحمل الماء والكويكبات والنيازك على مدى مقاييس زمنية جيولوجية يمكن أن يكون قد أودع الكثير منها. وقد قيل أيضًا أنه يتم إنتاجه محليًا بواسطة أيونات الهيدروجين من الرياح الشمسية التي تتحد مع المعادن الحاملة للأكسجين.

ولكن ربما تكون أكثر السلع قيمة على سطح القمر هي الهليوم -3. هيليوم 3 ذرة تنبعث من الشمس بكميات ضخمة ، وهي نتاج ثانوي لتفاعلات الاندماج التي تحدث في الداخل. على الرغم من قلة الطلب على الهيليوم -3 اليوم ، يعتقد الفيزيائيون أنهم سيعملون كوقود مثالي لمفاعلات الاندماج.

تحمل الرياح الشمسية الشمس الهليوم -3 بعيدًا عن الشمس وتنتقل إلى الفضاء - أخيرًا خارج النظام الشمسي تمامًا. لكن جزيئات الهيليوم 3 يمكن أن تصطدم بأشياء تعترض طريقها ، مثل القمر. لم يتمكن العلماء من العثور على أي مصادر للهيليوم 3 هنا على الأرض ، ولكن يبدو أنه موجود على القمر بكميات ضخمة.

فوائد:

من وجهة نظر تجارية وعلمية ، هناك عدة أسباب تجعل تعدين القمر مفيدًا للبشرية. بالنسبة للمبتدئين ، سيكون من الضروري للغاية لأي خطط لبناء مستوطنة على القمر ، لأن استخدام الموارد في الموقع (ISRU) سيكون أكثر فعالية من حيث التكلفة من نقل المواد من الأرض.

ومن المتوقع أيضًا أن جهود استكشاف الفضاء المقترحة للقرن الحادي والعشرين ستتطلب كميات كبيرة من العتاد. ما يتم استخراجه على القمر سيتم إطلاقه إلى الفضاء بجزء بسيط من تكلفة ما يتم تعدينه هنا على الأرض ، نظرًا لانخفاض جاذبية القمر وسرعة هروبه.

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي القمر على وفرة من المواد الخام التي تعتمد عليها البشرية. وهي تشبه إلى حد كبير الأرض ، وتتكون من صخور سيليكات ومعادن متباينة بين طبقات جيو كيميائية متميزة. وهي تتكون من اللب الداخلي الغني بالحديد ، والنواة الخارجية السائلة الغنية بالحديد ، وطبقة حدودية منصهرة جزئياً ، وغطاء صلب وقشرة.

بالإضافة إلى ذلك ، تم الاعتراف لبعض الوقت بأن القاعدة القمرية - والتي ستشمل عمليات الموارد - ستكون بمثابة نعمة للبعثات الأبعد في النظام الشمسي. بالنسبة للبعثات المتجهة إلى كوكب المريخ في العقود القادمة ، النظام الشمسي الخارجي ، أو حتى فينوس وميركوري ، فإن القدرة على إعادة التزويد من نقطة قمرية ستخفض تكلفة البعثات الفردية بشكل كبير.

التحديات:

بطبيعة الحال ، يمثل احتمال إنشاء مصالح تعدين على القمر بعض التحديات الخطيرة. على سبيل المثال ، يجب حماية أي قاعدة على القمر من درجات حرارة السطح ، والتي تتراوح من منخفضة جدًا إلى عالية - 100 كلفن (-173.15 درجة مئوية ؛ -279.67 درجة فهرنهايت) إلى 390 كلفن (116.85 درجة مئوية ؛ 242.33 درجة فهرنهايت) - عند خط الاستواء ومتوسط 150 كلفن (-123.15 درجة مئوية ؛ -189.67 درجة فهرنهايت) في المناطق القطبية.

التعرض للإشعاع هو أيضا قضية. بسبب الغلاف الجوي الرقيق للغاية ونقص المجال المغناطيسي ، يواجه سطح القمر نصف الإشعاع مثل الجسم في الفضاء بين الكواكب. وهذا يعني أن رواد الفضاء و / أو العمال القمريين معرضون بشدة لخطر التعرض للأشعة الكونية والبروتونات من الرياح الشمسية والإشعاع الناتج عن التوهجات الشمسية.

ثم هناك غبار القمر ، وهو مادة زجاجية كاشطة للغاية تشكلت بملايين السنين من تأثيرات النيازك الدقيقة على السطح. نظرًا لغياب عوامل التعرية والتعرية ، فإن غبار القمر غير مضطرب ويمكن أن يلحق الخراب بالماكينات ويسبب خطرًا على الصحة. الأسوأ من ذلك كله ، أنها تلتصق بكل ما تلمسه ، وكانت مصدر إزعاج كبير لأطقم أبولو!

وعلى الرغم من أن الجاذبية السفلية جذابة فيما يتعلق بعمليات الإطلاق ، إلا أنه من غير الواضح ما هي الآثار الصحية طويلة المدى لها على البشر. كما أظهر البحث المتكرر ، فإن التعرض للجاذبية الصفرية على مدار فترات طويلة من الشهر يسبب تنكسًا عضليًا وفقدان كثافة العظام ، بالإضافة إلى تناقص وظيفة العضو ونظام المناعة المنخفض.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك عقبات قانونية محتملة يمكن أن يمثلها التعدين القمري. ويرجع ذلك إلى "معاهدة المبادئ المنظمة لأنشطة الدول في استكشاف واستخدام الفضاء الخارجي ، بما في ذلك القمر والأجرام السماوية الأخرى" - والمعروفة باسم "معاهدة الفضاء الخارجي". وفقا لهذه المعاهدة ، التي يشرف عليها مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي ، لا يجوز لأية دولة امتلاك أرض على سطح القمر.

وبينما كانت هناك الكثير من التكهنات حول "ثغرة" لا تحظر صراحة الملكية الخاصة ، لا يوجد إجماع قانوني على ذلك. على هذا النحو ، نظرًا لأن التنقيب عن القمر والتعدين يصبح أكثر احتمالًا ، يجب وضع إطار قانوني يضمن أن كل شيء على ارتفاع وتزايد.

على الرغم من أنه قد يكون بعيدًا جدًا ، ليس من غير المعقول أن نعتقد أنه في يوم من الأيام ، يمكن أن نقوم بتعدين القمر. ومع أن الإمدادات الغنية من المعادن (التي تشمل REMs) أصبحت جزءًا من اقتصادنا ، يمكننا أن ننظر إلى مستقبل يتميز بالندرة!

لقد كتبنا العديد من المقالات حول تعدين القمر والاستعمار هنا في مجلة الفضاء. هنا من كان أول رجال على سطح القمر ؟، ما هي أول عمليات هبوط على سطح القمر ؟، كم عدد الأشخاص الذين مشوا على القمر ؟، هل يمكنك شراء أرض على القمر؟ ، وبناء قاعدة فضائية ، الجزء 1: لماذا الألغام القمر أم كويكب؟

لمزيد من المعلومات ، تأكد من مراجعة مخطط المعلومات الرسومي هذا على تعدين القمر من مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا.

يلقي علم الفلك أيضًا بعض الحلقات المثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع. استمع هنا - الحلقة 17: من أين أتى القمر؟ والحلقة 113: القمر - الجزء الأول.

مصادر: