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Articulo de referencia

Recursos lunares

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 l...

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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 sobrevolaba las regiones septentrionales de la Luna el 7 de diciembre de 1992. Los colores indican diferentes materiales.
Una roca de anortosita lunar recolectada por la tripulación del Apolo 16 cerca del cráter Descartes.

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

El mapeo de recursos y las misiones de retorno de muestras han mejorado la comprensión del potencial de la ISRU lunar. Una evaluación de 2019 concluyó que el conocimiento aún no era suficiente para justificar la inversión de grandes recursos financieros en la implementación de una campaña basada en la ISRU. [ 5 ] La determinación de la disponibilidad de recursos impulsará la selección de sitios para asentamientos humanos. [ 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 terrestre 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 micrometeoritos, 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 el blindaje contra la radiación , el soporte vital , el oxígeno y la materia prima para propulsores de cohetes. Los volátiles de los cráteres permanentemente sombreados pueden proporcionar metano ( CH ).4 ),amoníaco(NH3 ),dióxido de carbono(CO2) and carbon monoxide (CO).[9]Metals and other elements for local industry may be obtained from the various minerals found in regolith.

The Moon is known to be poor in carbon and nitrogen, and rich in metals and in atomic oxygen, but their distribution and concentrations are still unknown. Further lunar exploration will reveal additional concentrations of economically useful materials, and whether or not these will be economically exploitable will depend on the value placed on them and on the energy and infrastructure available to support their extraction.[10] For in situ resource utilization (ISRU) to be applied successfully on the Moon, landing site selection is imperative, as well as identifying suitable surface operations and technologies.

Scouting from lunar orbit by a few space agencies is ongoing, and landers and rovers are scouting resources and concentrations in situ (see: List of missions to the Moon).

Resources

Solar power, oxygen, and metals are abundant resources on the Moon.[12]Elements known to be present on the lunar surface include, among others, hydrogen (H),[1][13]oxygen (O), silicon (Si), iron (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminium (Al), manganese (Mn) and titanium (Ti). Among the more abundant are oxygen, iron and silicon. The atomic oxygen content in the regolith is estimated at 45% by weight.[14][15]

Estudios del Experimento de Composición Atmosférica Lunar (LACE) del Apolo 17 muestran que la exosfera lunar contiene cantidades traza de hidrógeno (H₂ ) , helio (He), argón (Ar) y posiblemente amoníaco (NH₃ ) , dióxido de carbono (CO₂ ) y metano (CH₄ ) . 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 lunar 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 que 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, pero el interior de los cráteres está permanentemente sombreado de la luz solar.

Las células solares podrían fabricarse directamente en el suelo lunar mediante un rover de tamaño mediano (~200  kg) con capacidad para calentar el regolito, evaporar los materiales semiconductores adecuados para la estructura de la célula solar directamente sobre el sustrato de regolito y depositar contactos e interconexiones metálicas para completar un conjunto 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 ubicaciones 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 de energía 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 consiste en obtener las sustancias adecuadas de la Tierra, pero el plutonio-238 o el estroncio-90 podrían producirse en la Luna si se dispone de materias primas como el combustible nuclear gastado (ya sea suministrado desde la Tierra para su procesamiento o producido por reactores de fisión locales). Los RTG podrían utilizarse para generar energía independientemente de la luz solar disponible, tanto para aplicaciones lunares como extralunares. Los RTG contienen materiales tóxicos y radiactivos nocivos, lo que genera preocupación por la posible dispersión involuntaria de dichos materiales en caso de accidente. Por ello, las protestas de la ciudadanía suelen centrarse en la eliminación gradual de los RTG (recomendando en su lugar 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 mediática debido a su mayor abundancia en el regolito lunar que en la Tierra. Sin embargo, hasta ahora, la fusión nuclear no ha sido empleada por los humanos de forma controlada para liberar energía útil neta (dispositivos como el fusor son consumidores netos de energía, mientras que la bomba de hidrógeno no es una reacción de fusión controlada ). Además, si bien el helio-3 es necesario para una posible vía de fusión nuclear, otras dependen de nucleidos que se obtienen más fácilmente en la Tierra, como el tritio , el litio o el deuterio .

Oxígeno

El contenido de oxígeno elemental en el regolito se estima en un 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 ] En la Luna se encuentran varios isótopos de oxígeno 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 1000 toneladas de oxígeno. [ 1 ] Si bien la extracción de oxígeno de óxidos metálicos también produce metales útiles, el uso de agua como materia prima no lo hace. [ 1 ] Un posible método 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 ]

El consumo de oxígeno humano depende de la actividad física y se ve afectado por la dieta y la gravedad. Un valor redondo comúnmente asumido para la producción de CO₂ en humanos con actividad física baja a moderada supone que se exhalan 2,2 kilogramos (4,9 lb) de CO₂ por persona al día. En el entorno de microgravedad de la Estación Espacial Internacional, este valor puede ser tan bajo como 1 kilogramo (2,2 lb) por persona al día. [ 30 ] Si se asume de forma conservadora que se consume un mol de oxígeno por cada mol de dióxido de carbono producido (esta proporción es válida para la glucosa , pero se consume menos oxígeno por unidad de dióxido de carbono producido si la grasa o la proteína son la fuente de energía metabólica), 2,2 kg de dióxido de carbono producido equivalen a 1,6 kilogramos (3,5 lb) de oxígeno consumido. La necesidad anual de oxígeno de un ser humano sería, por lo tanto, de aproximadamente 584 kilogramos (1287 lb) y, según los requisitos energéticos mencionados anteriormente, se requerirían constantemente entre 1,3 y 2,6 kilovatios por persona para producir esta cantidad de oxígeno a partir de rocas lunares. A modo de comparación, el consumo medio de electricidad por persona en EE. UU. en 2022 fue de 12.809 kWh (46.110 MJ) o aproximadamente 1.462 vatios.      

Agua

Las imágenes captadas por el orbitador LCROSS sobre el polo sur lunar muestran zonas 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, tal como lo observa el espectrómetro Moon Mineralogy Mapper (M 3 ) de la NASA a bordo del orbitador indio Chandrayaan-1.

La evidencia acumulada de varios orbitadores indica fuertemente que hay hielo de agua en la superficie en los polos lunares, pero principalmente en la región del polo sur. [ 31 ] [ 32 ] Sin embargo, los resultados de estos conjuntos de datos no siempre están correlacionados. [ 33 ] [ 34 ] Se ha determinado que el área acumulada de superficie lunar permanentemente sombreada es de 13 361  km² en el hemisferio norte y 17 698 km²  en el hemisferio sur, lo que da un área total de 31 059 km² . [ 1 ] Actualmente se desconoce hasta qué punto 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. [ 34 ] [ 35 ] El impacto intencional del orbitador LCROSS en el cráter Cabeus fue monitoreado para analizar la columna de escombros resultante, y se concluyó que el hielo de agua debe estar en forma de pequeños (< ~10 cm), piezas discretas de hielo distribuidas por todo el regolito, o como una capa delgada sobre granos de hielo. [ 36 ] Esto, junto con observaciones de radar monoestático, sugiere que es improbable que el hielo de agua presente en las regiones permanentemente sombreadas de los cráteres polares lunares esté presente en forma de depósitos gruesos de hielo puro. [ 36 ]  

El agua pudo haber llegado a la Luna en escalas de tiempo geológicas mediante el bombardeo regular de cometas , asteroides y meteoroides portadores de agua [ 37 ] o haberse producido continuamente in situ por los iones de hidrógeno ( protones ) del viento solar que impactan minerales que contienen oxígeno. [ 1 ] [ 38 ]

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 de la luz solar, lo que permite la retención y recolección natural de hielo de agua que podría ser extraído en el futuro.

Moléculas de agua ( H2 O) se puede descomponer para formar hidrógeno molecular (H2 ) y oxígeno molecular (O2 ) para ser utilizado como bipropelente para cohetes o para producir compuestos paraprocesos de producciónmetalúrgica 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 derivado de la Luna, equivalente a 2450 toneladas métricas de agua lunar procesada, generando ingresos anuales de US$2400 millones. [ 25 ]

Hidrógeno

Las pendientes de la superficie lunar que dan a los polos de la Luna muestran una mayor concentración de hidrógeno. Esto se debe a que las pendientes que dan a los polos tienen menor exposición a la luz solar que causa la vaporización del hidrógeno. Además, las pendientes 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 dado lugar a la formación de compuestos que contienen hidrógeno, como el hidroxilo y el agua. [ 39 ] 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, aún quedan preguntas sobre cuánto se difunde en el subsuelo, escapa al espacio o se difunde en trampas frías. [ 40 ] El hidrógeno sería necesario para la producción de propulsores y tiene multitud de usos industriales. Por ejemplo, el hidrógeno puede utilizarse para la producción de oxígeno mediante la reducción de ilmenita con hidrógeno . [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]

Rieles

Hierro

El hierro (Fe) es abundante en todos los basaltos de mare (~14–17% en 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 ] [ 45 ] La extracción requeriría mucha energía, pero se sospecha que algunas anomalías magnéticas lunares prominentes se deben a restos meteoríticos ricos en Fe que han sobrevivido. Solo una exploración más exhaustiva in situ determinará si esta interpretación es correcta y hasta qué punto se pueden explotar dichos restos meteoríticos. [ 1 ] Se ha encontrado hematita, un mineral compuesto de óxido férrico (Fe 2 O 3 ), en la Luna. Este mineral es producto de una reacción entre hierro, oxígeno y agua líquida. El oxígeno de la atmósfera terrestre puede causar esta reacción, como lo indica el hecho de que hay más hematita en el lado de la Luna que mira hacia la Tierra. [ 46 ]

El hierro libre también existe en el regolito (0,5 % en peso) aleado naturalmente con níquel y cobalto , y puede extraerse fácilmente con imanes simples después de la molienda. [ 45 ] Este polvo de hierro puede procesarse para fabricar piezas utilizando técnicas de metalurgia de polvos , [ 45 ] tales 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 fuertes y ligeras para uso aeroespacial. Existe casi exclusivamente en el mineral ilmenita (FeTiO₃ ) en un rango de 5 a 8 % en peso. [ 1 ] La ilmenita es la principal fuente de titanio en la Tierra y procesos como el proceso de cloruro para extraer titanio de la ilmenita están bien establecidos a escala industrial. Los minerales de ilmenita en la Luna también atrapan hidrógeno (protones) del viento solar , por lo que el procesamiento de la ilmenita también producirá hidrógeno, un elemento valioso en la Luna. [ 45 ] Los vastos basaltos de inundación en el lado noroeste cercano ( Mare Tranquillitatis ) poseen algunos de los contenidos de titanio más altos de la Luna, [ 34 ] con 10 veces más titanio que las rocas en la Tierra. [ 47 ]

Aluminio

El aluminio (Al) se encuentra con una concentración en el rango de 10–18% en peso, presente en el mineral anortita ( CaAl2 Si2 O8 ), [ 45 ] el miembro extremo de calcio de laserie mineral de feldespatoplagioclasa . [ 1 ] El aluminio es un buenconductor eléctrico, y el polvo de aluminio atomizado también es un buen combustible sólido para cohetes cuando se quema con oxígeno. [ 45 ] La extracción de aluminio también requeriría la descomposición dela plagioclasa(CaAl2Si2O8). [ 1 ] La extracción de aluminio requeriría grandes cantidades de electricidad, incluso más que en la Tierra, porque el mineral de aluminiobauxitaque es la base de la mayor parte de la producción de aluminio en la Tierra no existe en la Luna, ya que se forma pormeteorización químicaque involucra agua líquida.

Silicio

Foto de un trozo de silicio purificado

El silicio (Si) es un metaloide abundante en todo el material lunar, con una concentración de aproximadamente el 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 ] La conversión de 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 relativamente escaso en la Luna.

Calcio

Cristales de anortita en una cavidad de basalto 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 los minerales de anortita (fórmula CaAl2 Si2 O8 ). [ 45 ] [ 48 ] Los óxidos de calcio y los silicatos de calcio no solo son útiles para la cerámica, sino que el calcio metálico puro es flexible y un excelenteconductor eléctricoen ausencia de oxígeno. [ 45 ] La anortita es rara en la Tierra [ 49 ] pero abundante en la Luna. [ 45 ]

El calcio también se puede utilizar para fabricar células solares basadas en silicio , que requieren silicio lunar, hierro, óxido de titanio, calcio y aluminio. [ 50 ]

When combined with water, lime (calcium oxide) produces significant amounts of heat. Hydrated lime (calcium hydroxide) meanwhile absorbs carbon dioxide which can be used as a (non-replenishing) filter. The resulting material, calcium carbonate is commonly used as a building material on earth.

Magnesium

Magnesium (Mg) is present in magmas and in the lunar minerals pyroxene and olivine,[51] so it is suspected that magnesium is more abundant in the lower lunar crust.[52] Magnesium has multiple uses as alloys for aerospace, automotive and electronics. On earth aluminum alloys are used particularly where low weight and high strength are needed, examples include airplane fuselages, high speed train carriages and the likes. Magnesium extraction from lunar rocks likewise requires large amounts of energy.

Thorium

The Compton–Belkovich Thorium Anomaly is a volcanic complex on the far side of the Moon.[53] It was found by a gamma-ray spectrometer in 1998 and is an area of concentrated thorium, a 'fertile' element.[53][54] Likewise KREEP has areas with several ppm of Thorium in the rock.

Rare-earth elements

Rare-earth elements are used to manufacture everything from electric or hybrid vehicles, wind turbines, electronic devices and clean energy technologies.[55][56] Despite their name, rare-earth elements are – with the exception of promethium – relatively plentiful in Earth's crust. However, because of their geochemical properties, rare-earth elements are typically dispersed and not often found concentrated in rare-earth minerals; as a result, economically exploitable ore deposits are less common.[57] Major reserves exist in China, California, India, Brazil, Australia, South Africa, and Malaysia,[58] but China accounts for over 95% of the world's production of rare-earths.[59] (See: Rare earth industry in China.)

Aunque la evidencia actual sugiere que los elementos de tierras raras son menos abundantes en la Luna que en la Tierra, [ 60 ] la NASA considera la extracción de minerales de tierras raras como un recurso lunar viable [ 61 ] porque exhiben una amplia gama de propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y catalíticas de importancia industrial. [ 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 para 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 obtenidos in situ o traídos de otro lugar, por ejemplo, la Tierra.

Helio-3

El viento solar ha depositado más de 1 millón de toneladas de helio-3 ( ³He ) en la superficie de la Luna. [ 62 ] Los materiales en la superficie lunar contienen helio-3 en concentraciones estimadas entre 1,4 y 15 partes por mil millones (ppb) en áreas iluminadas por el sol, [ 1 ] [ 63 ] [ 64 ] y pueden contener concentraciones de hasta 50 ppb en regiones permanentemente sombreadas. [ 65 ] En comparación, el helio-3 en la atmósfera terrestre se encuentra a 7,2 partes por billón (ppt).

Desde 1986 [ 66 ] se han presentado propuestas para explotar el regolito lunar y usar el helio-3 para la fusión nuclear . [ 61 ] Aunque a partir de 2020, han existido reactores experimentales de fusión nuclear en funcionamiento durante décadas [ 67 ] [ 68 ] , ninguno de ellos ha proporcionado aún electricidad comercialmente. [ 69 ] [ 70 ] Debido a las bajas concentraciones de helio-3, cualquier equipo de minería necesitaría procesar grandes cantidades de regolito. Se deben procesar más de 150 toneladas de regolito para obtener 1 gramo (0,035 oz) de helio 3. [ 71 ] China ha iniciado el Programa Chino de Exploración Lunar para explorar la Luna y está investigando la posibilidad de la minería lunar, buscando específicamente el isótopo helio-3 para usarlo como fuente de energía en la Tierra. [ 72 ] No todos los autores creen que la extracción extraterrestre de helio-3 sea factible, [ 69 ] e incluso si fuera posible extraer helio-3 de la Luna, ningún reactor de fusión útil ha producido más energía de salida que la energía eléctrica de entrada. [ 69 ] [ 70 ] Sin embargo, el 13 de diciembre de 2022, el Departamento de Energía de los Estados Unidos anunció que la Instalación Nacional de Ignición "llevó a cabo el primer experimento de fusión controlado de la historia en 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 impulsarla". [ 73 ] 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 [ 74 ] ), aportado por el viento solar y los impactos de micrometeoritos. [ 75 ] Debido a las temperaturas extremadamente bajas, las regiones permanentemente sombreadas de los polos de la Luna tienen trampas frías que posiblemente contengan dióxido de carbono sólido. [ 76 ] La presencia de carbono se debe principalmente al carbono del viento solar implantado en el regolito. 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 (C₂H₄ ) , dióxido de carbono (CO₂ ) , metanol (CH₃OH ) , metano (CH₄ ) , sulfuro de carbonilo (OCS), cianuro de hidrógeno (HCN) y tolueno ( C₇H₈ ) . 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 propulsión para naves espaciales de metano . [ 77 ]

El nitrógeno (N) se midió en muestras de suelo traídas a la Tierra, y existe en cantidades traza a menos de 5 ppm. [ 78 ] Se encontró como isótopos 14 N, 15 N y 16 N. [ 78 ] [ 79 ] 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 del ~10% del nitrógeno de fuentes no solares. [ 80 ] El carbono y el nitrógeno fijado serían necesarios para las actividades agrícolas dentro de una biosfera sellada . El aire en la Tierra es aproximadamente 78,08% nitrógeno en volumen.

Cambiar de sitio–(Y)

Regolito para la 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. [ 81 ] [ 82 ] El suelo lunar sin procesar , también llamado regolito , puede convertirse en componentes estructurales utilizables, [ 83 ] [ 84 ] a través de técnicas como la sinterización , el prensado en caliente, la licuefacción , el método del basalto fundido, [ 20 ] [ 85 ] y la impresión 3D . [ 81 ] El vidrio y la fibra de vidrio son fáciles de procesar en la Luna, y se descubrió que las resistencias del material de regolito pueden mejorarse utilizando fibra de vidrio, como una mezcla de 70 % de fibra de vidrio de basalto y 30 % de PETG . [ 81 ] Se han realizado pruebas exitosas en la Tierra utilizando algunos simuladores de regolito lunar , [ 86 ] incluyendo MLS-1 y MLS-2 . [ 87 ]

El suelo lunar , aunque plantea un problema para cualquier pieza mecánica móvil, puede mezclarse con nanotubos de carbono y epoxis en la construcción de espejos de telescopios de hasta 50 metros de diámetro. [ 88 ] [ 89 ] [ 90 ] Varios cráteres cerca de los polos son permanentemente oscuros y fríos, un entorno favorable para los telescopios infrarrojos . [ 91 ]

Algunas propuestas sugieren construir una base lunar en la superficie utilizando módulos traídos de la Tierra y cubriéndolos con suelo lunar . El suelo lunar está compuesto por una mezcla de sílice y compuestos que contienen hierro, los cuales pueden fundirse en un sólido similar al vidrio mediante radiación de microondas . [ 92 ] [ 93 ]

La Agencia Espacial Europea, en colaboración en 2013 con un estudio de arquitectura independiente, probó una estructura impresa en 3D que podría construirse con regolito lunar para su uso como base lunar. [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] El suelo lunar impreso en 3D proporcionaría aislamiento tanto contra la radiación como contra la temperatura . En su interior, una estructura inflable presurizada y ligera con la misma forma de cúpula sería el entorno habitable para los primeros colonos humanos en la Luna. [ 96 ]

A principios de 2014, la NASA financió un pequeño estudio en la Universidad del Sur de California para desarrollar aún más la técnica de impresión 3D Contour Crafting . Las posibles aplicaciones de esta tecnología incluyen la construcción de estructuras lunares con un material que podría consistir en hasta un 90 % de material lunar , de los cuales solo el 10 % requeriría el transporte desde la Tierra. [ 97 ] La NASA también está estudiando una técnica diferente que implicaría la sinterización de polvo lunar mediante radiación de microondas de baja potencia (1500 vatios). El material lunar se uniría calentándolo a entre 1200 y 1500 °C (2190 y 2730 °F) , ligeramente por debajo del punto de fusión, para fusionar el polvo de nanopartículas en un bloque sólido similar a la cerámica , que no requeriría el transporte de un material aglutinante desde la Tierra. [ 98 ]  

Minería

Existen varios modelos y propuestas sobre cómo explotar los recursos lunares, pero pocos consideran la sostenibilidad. [ 99 ] Se requiere una planificación a largo plazo para lograr la sostenibilidad y asegurar que las generaciones futuras no se enfrenten a un páramo lunar estéril debido a prácticas irresponsables. [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] Para ser verdaderamente sostenible, la minería lunar tendría que adoptar procesos que no utilicen ni produzcan materiales tóxicos y que minimicen los residuos mediante ciclos de reciclaje. [ 99 ] [ 82 ]

Exploración

Numerosas sondas orbitales han cartografiado la composición de la superficie lunar, entre ellas Clementine , LRO , LCROSS , la sonda Artemis , SELENE , Lunar Prospector , Chandrayaan-1 y Chang'e 1. Los programas soviéticos Luna y Apolo trajeron muestras lunares a la Tierra para su análisis. En 2019, se inició una nueva "carrera lunar" centrada en la prospección de recursos lunares para el establecimiento de bases tripuladas .

En el siglo XXI, el Programa Chino de Exploración Lunar [ 102 ] [ 103 ] está implementando un enfoque gradual para el desarrollo incremental de tecnología y la búsqueda de recursos para una base tripulada, proyectada para la década de 2030, según la agencia estatal china de noticias Xinhua . [ 104 ] 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 y en el sitio . El programa Luna-Glob de Rusia está planificando y desarrollando una serie de módulos de aterrizaje, vehículos exploradores y orbitadores para la prospección y la 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. [ 105 ] [ 106 ]

Estados Unidos lleva décadas estudiando la Luna y en 2019 comenzó a implementar el programa de Servicios Comerciales de Carga Lunar (CLPS, por sus siglas en inglés) 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 . [ 107 ] El rover Resource Prospector lunar de la NASA estaba planeado para explorar recursos en una región polar de la Luna, y su lanzamiento estaba previsto para 2022. [ 108 ] [ 109 ] El concepto de la misión se encontraba en su etapa de preformulación, y se estaba probando un prototipo del rover cuando se canceló en abril de 2018. [ 110 ] [ 108 ] [ 109 ] Sus instrumentos científicos volarán en su lugar 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 mediante el aterrizaje de 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, [ 111 ] [ 112 ] y volarán en misiones separadas. El CLPS informará y apoyará el programa Artemis de la NASA , lo que conducirá a un puesto avanzado lunar tripulado para estancias prolongadas. [ 107 ]

Una organización europea sin fines de lucro ha propuesto una colaboración sinérgica global entre todas las agencias espaciales y naciones en lugar de una "carrera lunar"; este concepto de colaboración se denomina Aldea Lunar . [ 113 ] La Aldea Lunar busca crear una visión donde tanto la cooperación internacional como la comercialización del espacio puedan prosperar. [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]

Algunas empresas privadas pioneras como Shackleton Energy Company , [ 117 ] Deep Space Industries , Planetoid Mines , Golden Spike Company , Planetary Resources , Astrobotic Technology y Moon Express están planeando proyectos privados de exploración y minería comercial en la Luna. [ 1 ] [ 118 ]

En 2024, una empresa emergente estadounidense llamada Interlune anunció planes para extraer helio-3 en la Luna y exportarlo de regreso a la Tierra. La primera misión planea utilizar el programa de Servicios Comerciales de Carga Lunar de la NASA para llegar a la Luna. [ 119 ] En agosto de 2025, Interlune indicó que el rover Astrobotic FLIP llevará una cámara multiespectral que diseñaron para buscar helio-3. [ 120 ]

Métodos de extracción

Los extensos mares lunares están compuestos de flujos de lava basáltica . Su mineralogía está dominada por una combinación de cinco minerales: anortitas (CaAl 2 Si 2 O 8 ), ortopiroxenos ( (Mg,Fe)SiO 3 ), clinopiroxenos ( Ca(Fe,Mg)Si 2 O 6 ), olivinos ( (Mg,Fe) 2 SiO 4 ) e ilmenita ( FeTiO 3 ), [ 1 ] [ 49 ] todos abundantes en la Luna. [ 121 ] 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. [ 122 ] La Agencia Espacial Europea ha otorgado financiación a Metalysis en 2020 para desarrollar aún más el proceso FFC Cambridge para extraer titanio del regolito mientras genera oxígeno como subproducto. [ 123 ] La anortita lunar cruda también podría usarse para fabricar fibra de vidrio y otros productos cerámicos. [ 122 ] [ 45 ] Otra propuesta contempla el uso de flúor traído de la Tierra como fluoruro de potasio para separar las materias primas de las rocas lunares. [ 124 ]

Aunque los módulos lunares esparcieron banderines de la Unión Soviética en la Luna, y los astronautas del Apolo plantaron simbólicamente banderas de Estados Unidos en sus lugares de aterrizaje , ninguna nación reclama la propiedad de ninguna parte de la superficie lunar a partir de 2025, [ 125 ] y el estatus legal internacional de la minería de recursos espaciales es incierto y controvertido. [ 126 ] [ 127 ]

Los cinco tratados y acuerdos [ 128 ] de derecho espacial internacional abarcan "la no apropiación del espacio ultraterrestre por ningún país, el control de armas, 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". [ 129 ]

Rusia, China y Estados Unidos son parte del Tratado del Espacio Ultraterrestre (TUS) de 1967, [ 130 ] que es el tratado más ampliamente adoptado, con 104 partes. [ 131 ] El TUS ofrece directrices imprecisas para actividades espaciales más recientes, como la minería lunar y de asteroides , [ 132 ] y, por lo tanto, sigue siendo objeto de debate si la extracción de recursos se enmarca dentro del lenguaje prohibitivo de apropiación o si el uso abarca el uso y la explotación comercial. Si bien su aplicabilidad a la explotación de recursos naturales sigue siendo objeto de controversia, los principales expertos generalmente 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". [ 133 ]

El Tratado de la Luna de 1979 es un marco jurídico propuesto para desarrollar un régimen de normas y procedimientos detallados para la explotación ordenada de los recursos. [ 134 ] [ 135 ] Este tratado regularía la explotación de los recursos si se rige por un régimen internacional de normas (Artículo 11.5), [ 136 ] pero no ha habido consenso y no se han establecido las normas precisas para la minería comercial. [ 137 ] El Tratado de la Luna fue ratificado por muy pocas naciones, por lo que se sugiere que tiene poca o ninguna relevancia en el derecho internacional. [ 138 ] [ 139 ] El último intento de definir normas detalladas aceptables para la explotación terminó en junio de 2018, después de que S. Neil Hosenball, quien era el Asesor Jurídico General de la NASA y principal negociador estadounidense para el Tratado de la Luna, decidiera que la negociación de las normas mineras del Tratado de la Luna debía posponerse hasta que se hubiera establecido la viabilidad de la explotación de los recursos lunares. [ 140 ]

Buscando directrices regulatorias más claras, las empresas privadas en los EE. UU. presionaron al gobierno estadounidense y legalizaron la minería espacial en 2015 mediante la introducción de la Ley de Competitividad de Lanzamientos Espaciales Comerciales de los EE. UU . de 2015. [ 141 ] Legislaciones nacionales similares que legalizan la apropiación extraterrestre de recursos están siendo replicadas ahora por otras naciones, incluyendo Luxemburgo, Japón, China, India y Rusia. [ 132 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 144 ] Esto ha creado una controversia legal internacional sobre los derechos mineros con fines de lucro. [ 142 ] [ 139 ] Un experto legal declaró en 2011 que los problemas internacionales "probablemente se resolverían durante el curso normal de la exploración espacial". [ 139 ] En abril de 2020, el presidente de los EE. UU . Donald Trump firmó una orden ejecutiva para apoyar la minería lunar. [ 145 ]

Véase también

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