מהו כריית ירח?

Send

מאז שהתחלנו לשלוח משימות צוותיות לירח, אנשים חולמים על היום בו נוכל יום אחד ליישב אותו. תארו לעצמכם, יישוב על פני הירח, שבו כולם מרגישים כל הזמן רק כ -15% כבדים כמו שהם עושים כאן על כדור הארץ. ובזמנם הפנוי, המתיישבים זוכים לעשות כל מיני טרקים מחקריים מגניבים על פני השטח במעילי הירח. חייבים להודות, זה נשמע כיף!

לאחרונה הוצע הרעיון של חיפושים וכרייה על הירח. זה נובע בחלקו מחקירת חלל מחודשת, אך גם עליית חברות התעופה והחלל הפרטיות ותעשיית NewSpace. עם משימות ללוחות הזמנים של הירח לשנים ועשרות השנים הבאות, נראה הגיוני לחשוב איך אפשר להקים שם גם כרייה ותעשיות אחרות?

שיטות מוצעות:

הוצעו מספר הצעות להקמת פעולות כרייה בירח; בתחילה על ידי סוכנויות חלל כמו נאס"א, אך לאחרונה על ידי אינטרסים פרטיים. רבות מההצעות המוקדמות ביותר התקיימו במהלך שנות החמישים, בתגובה למירוץ החלל, שראה במושבת ירח תוצאה הגיונית של חקר הירח.

לדוגמה, בשנת 1954 ארתור סי קלארק הציע בסיס ירחי שבו מודולים מתנפחים היו מכוסים באבק ירחי לבידוד ותקשורת סופקה על ידי תורן רדיו מתנפח. ובשנת 1959 הציע ג'ון ס. רינהרט - מנהל המעבדה לחקר הכרייה בבית הספר למכרות בקולורדו - בסיס צינורי ש"יצוף "על פני השטח.

מאז אותה תקופה פרסמו נאס"א, צבא ארה"ב וחיל האוויר וסוכנויות חלל אחרות הצעות להקמת ישוב ירחי. בכל המקרים, תוכניות אלה הכילו קצבאות לניצול משאבים כדי להפוך את הבסיס למספיק עצמאי ככל האפשר. עם זאת, תוכניות אלה קדמו לתוכנית אפולו, וננטשו ברובן לאחר סיומה. רק בעשורים האחרונים הועלו שוב הצעות מפורטות.

למשל, במהלך ממשל בוש (2001-2009), נאס"א הציגה אפשרות ליצור "מאחז ירחי". בהתאם לחזון שלהם לחקירת חלל (2004), התוכנית דרשה הקמת בסיס על הירח בין 2019 ל 2024. אחד ההיבטים המרכזיים בתוכנית זו היה השימוש בטכניקות ISRU לייצור חמצן מהרגולית שמסביב.

תוכניות אלה בוטלו על ידי ממשל אובמה והוחלפו בתוכנית למשימה של Mars Direct (המכונה "המסע למאדים" של נאס"א.) עם זאת, במהלך סדנה בשנת 2014, נפגשו נציגי נאס"א עם הגנטיקאי של הרווארד ג'ורג 'צ'רץ', פיטר דיאמנדיס מקרן פרס ה- X ומומחים נוספים כדי לדון באפשרויות בעלות נמוכה לחזרה לירח.

מאמרי הסדנא שפורסמו בגיליון מיוחד של חלל חדש, תאר כיצד ניתן לבנות יישוב על הירח עד שנת 2022 תמורת 10 מיליארד דולר בלבד. על פי המסמכים שלהם, בסיס בעלות נמוכה יתאפשר הודות להתפתחות עסק השיגור לחלל, הופעתה של תעשיית NewSpace, הדפסת תלת מימד, רובוטים אוטונומיים וטכנולוגיות אחרות שפותחו לאחרונה.

בדצמבר 2015 התקיים סימפוזיון בינלאומי שכותרתו "ירח 2020-2030 - עידן חדש של חקר אנוש ורובוטי מתואם" במרכז האירופי לחקר החלל והטכנולוגיה של החלל. באותה תקופה, מנכ"ל ESA (יאן ווורנר) ביטא את רצונה של הסוכנות ליצור בסיס ירחי בינלאומי באמצעות עובדים רובוטיים, טכניקות הדפסת תלת מימד וניצול משאבים במקום.

בשנת 2010 הקימה נאס"א את תחרות הכרייה הרובוטית, תחרות שנתית מבוססת תמריצים בה סטודנטים באוניברסיטה מתכננים ובונים רובוטים כדי לנווט בסביבה מאדים מדומה. אחד ההיבטים החשובים ביותר בתחרות הוא יצירת רובוטים שיכולים לסמוך על ISRU כדי להפוך את המשאבים המקומיים לחומרים שמישים. היישומים המיוצרים עשויים להיות שימושיים גם במהלך משימות ירח עתידיות.

לסוכנויות חלל אחרות יש גם תוכניות לבסיסי ירח בעשורים הקרובים. סוכנות החלל הרוסית (רוסקוסמוס) פרסמה תוכניות להקמת בסיס ירחי עד שנות העשרים, וסוכנות החלל הסינית (CNSA) הציעה לבנות בסיס כזה במסגרת זמן דומה, בזכות ההצלחה של תוכנית צ'אנג שלה.

ותעשיית NewSpace גם הפיקה כמה הצעות מעניינות של המאוחר. בשנת 2010, קבוצה של יזמים בעמק הסיליקון התאגדה כדי ליצור את Moon Express, חברה פרטית שמתכננת להציע שירותי הובלה ונתונים רובוטיים ירחיים מסחריים, כמו גם המטרה לטווח הארוך של כריית הירח. בדצמבר 2015 הם הפכו לחברה הראשונה שהתמודדה על פרס Lunar X שבנה ובחן נחת רובוטי - MX-1.

בשנת 2010 הושק ארקיד אסטרונאוטיקה (ששמה שונה למשאבים פלנטריים בשנת 2012) לצורך פיתוח ופריסה של טכנולוגיות לכריית אסטרואידים. בשנת 2013 הוקמה תעשיות חלל עמוק עם אותה מטרה בראש. למרות שחברות אלה מתמקדות בעיקר באסטרואידים, הערעור זהה כמעט לכריית ירח - מה שמרחיב את בסיס המשאבים של האנושות מעבר לכדור הארץ.

משאבים:

בהתבסס על מחקר סלעי ירח, שהוחזרו על ידי משימות אפולו, מדענים למדו כי פני הירח עשירים במינרלים. ההרכב הכללי שלהם תלוי אם הסלעים הגיעו ממרינה ירחית (מישורים גדולים, כהים, בזלתיים שנוצרו מהתפרצויות ירח) או מהאזור הגבוה של הירח.

סלעים שהתקבלו ממרינה ירחית הראו עקבות גדולים של מתכות, עם 14.9% אלומינה (Al²O³), 11.8% תחמוצת סידן (סיד), 14.1% תחמוצת ברזל, 9.2% מגנזיום (MgO), 3.9% טיטניום דו תחמוצת (TiO²) ו -0.6% נתרן תחמוצת (Na²O). אלו המתקבלים מיבשת הירח דומים בהרכבם, עם 24.0% אלומינה, 15.9% סיד, 5.9% תחמוצת ברזל, 7.5% מגנזיה ו -0.6% טיטניום דו תחמוצת ותחמוצת נתרן.

אותם מחקרים הראו כי סלעי הירח מכילים כמויות גדולות של חמצן, בעיקר בצורה של מינרלים מחומצנים. נערכו ניסויים שהראו כיצד ניתן לחלץ חמצן זה כדי לספק לאסטרונאוטים אוויר לנשימה, וניתן להשתמש בהם לייצור מים ואפילו דלק טילים.

לירח יש גם ריכוזים של מתכות אדמה נדירות (REM), שהם אטרקטיביים משתי סיבות. מצד אחד REMs הופכים חשובים יותר ויותר למשק העולמי, מכיוון שהם משמשים באופן נרחב במכשירים אלקטרוניים. לעומת זאת, 90% מהמאגרים הנוכחיים של REMs נשלטים על ידי סין; לכן גישה קבועה למקור חיצוני נתפסת בעיני חלקם כעניין ביטחון לאומי.

באופן דומה, לירח יש כמויות משמעותיות של מים שנמצאים בתוך רגולית הירח שלו ובאזורים המוצלים לצמיתות באזורי הקוטב הצפוני והדרומי. מים אלה יהיו גם בעלי ערך כמקור לדלק רקטות, שלא לדבר על שתיית מים לאסטרונאוטים.

בנוסף, סלעי הירח גילו כי פנים הירח עשוי להכיל גם מקורות מים משמעותיים. ומדגימות של אדמת ירח, מחושב שמים ספוגים יכולים להתקיים בריכוזי עקבות של 10 עד 1000 חלקים למיליון. בתחילה, היה זה אם כי ריכוזי מים בתוך סלעי הירח היו תוצאה של זיהום.

אך מאז אותה תקופה, משימות מרובות לא מצאו רק דגימות של מים על פני הירח, אלא חשפו עדויות לאן הן הגיעו. הראשון היה של הודו Chandrayaan-1 המשימה, ששלחה גורם מכה אל פני הירח ב -18 בנובמבר, 2008. במהלך ירידתו בת 25 הדקות, מצא בדיקת ההשפעה של צ'נדרה גובה ההרכב של צ'נדרה (CHACE) עדות למים באטמוספירה הדק של הירח.

במרץ 2010, מכשיר ה- Mini-RF על הסיפון Chandrayaan-1 גילו יותר מ -40 מכתשים חשוכים לצמיתות ליד הקוטב הצפוני של הירח, שעל פי ההשערה מכילים 600 מיליון טונות (661.387 מיליון טונות ארה"ב) קרח מים.

בנובמבר 2009, גשש החלל של נאס"א LCROSS מצא ממצאים דומים באזור הקוטב הדרומי, כגורם השפעה ששלח לפני השטח הרים חומר שהוכח כמכיל מים גבישיים. בשנת 2012, סקרים שנערכו על ידי האורביטר לסיור הירח (LRO) חשפו כי קרח מהווה עד 22% מהחומר על רצפת מכתש שאקלטון (ממוקם באזור הקוטב הדרומי).

תיאורטי היה שכל המים הללו הועברו על ידי שילוב של מנגנונים. ראשית, הפגזה רגילה על ידי שביטים נושאי מים, אסטרואידים ומטאורואידים על טווחי זמנים גיאולוגיים היו יכולים להפקיד חלק גדול ממנו. נטען גם כי הוא מיוצר באופן מקומי על ידי יוני המימן של רוח שמש המשלבים עם מינרלים נושאי חמצן.

אבל אולי הסחורה החשובה ביותר על פני הירח עשויה להיות הליום -3. הליום -3 הוא אטום הנפלט על ידי השמש בכמויות אדירות, והוא תוצר לוואי של תגובות ההיתוך המתרחשות בפנים. למרות שיש כיום מעט ביקוש להליום -3, פיזיקאים חושבים שהם ישמשו הדלק האידיאלי לכורי היתוך.

רוח השמש של השמש מסיעה את ההליום 3 מהשמש והחוצה לחלל - בסופו של דבר מתוך מערכת השמש לחלוטין. אבל חלקיקי הליום -3 יכולים להתרסק לחפצים שנמצאים בדרכם, כמו הירח. מדענים לא הצליחו למצוא מקורות של הליום -3 כאן על כדור הארץ, אך נראה שהוא נמצא על הירח בכמויות אדירות.

יתרונות:

מנקודת מבט מסחרית ומדעית, ישנן כמה סיבות לכך שכריית ירח תועיל לאנושות. בתור התחלה, זה חיוני לחלוטין לכל התוכנית לבנות יישוב על הירח, שכן ניצול משאבים במקום (ISRU) יהיה הרבה יותר חסכוני מאשר הובלת חומרים מכדור הארץ.

כמו כן, ניתן לחזות כי מאמצי החקר החלל המוצעים למאה ה -21 ידרשו כמויות גדולות של חומר. מה שמכורה על הירח ישוגר לחלל בשבריר מעלות מה שמכרה כאן על כדור הארץ, בגלל כוח הכבידה הנמוך הרבה יותר של הירח ומהירות הבריחה שלו.

בנוסף, לירח יש שפע של חומרי גלם שהאנושות מסתמכת עליהם. בדומה לכדור הארץ, הוא מורכב מסלעי סיליקט ומתכות המבדילים בין שכבות שונות מבחינה גיאוכימית. אלה מורכבים מליבה פנימית עשירה בברזל, וליבה חיצונית עשירה בברזל, שכבת גבול מותכת חלקית, ומעטפת וקרום מוצק.

בנוסף, הוכר מזה זמן כי בסיס ירחי - שיכלול פעולות משאבים - יהווה יתרון למשימות רחוקות יותר אל מערכת השמש. למשימות שיצאו למאדים בעשורים הקרובים, מערכת השמש החיצונית, או אפילו ונוס ומרקורי, היכולת לספק שוב ממאחז ירחי תקצץ בעלויות של משימות בודדות באופן דרסטי.

אתגרים:

באופן טבעי, הסיכוי להקמת אינטרסים מכורים על הירח מציב גם כמה אתגרים רציניים. לדוגמה, כל בסיס בירח היה צריך להגן מפני טמפרטורות פני השטח, הנעות בין נמוך מאוד לגובה - 100 K (-173.15 ° C; -279.67 ° F) ועד 390 K (116.85 ° C; 242.33 ° F) - בקו המשווה ובממוצע 150 K (-123.15 ° C; -189.67 ° F) באזורים הקוטביים.

חשיפת קרינה היא גם סוגיה. בגלל האטמוספרה הדלילה ביותר וחוסר שדה מגנטי, פני הירח חווים חצי קרינה כמו חפץ במרחב הבין-פלנטרי. משמעות הדבר היא כי אסטרונאוטים ו / או עובדי ירח היו בסיכון גבוה לחשיפה לקרניים קוסמיות, פרוטונים מרוח סולארית והקרינה הנגרמת על ידי זיקוקי שמש.

ואז יש את אבק הירח, שהוא חומר מזוגג שוחק במיוחד שנוצר על ידי מיליארדי שנים של השפעות של מיקרומטריט על פני השטח. בגלל היעדר בליה ושחיקה, אבק הירח אינו מוקף ויכול לשחק הרס במכונות, ומהווה סכנה בריאותית. והכי גרוע, המקלות שלו לכל מה שהוא נוגע בהם, והיוו מטרד גדול עבור צוותי אפולו!

ובעוד כוח המשיכה התחתון אטרקטיבי בכל הנוגע לשיגורים, לא ברור מה תהיה ההשפעה הבריאותית לטווח הארוך על בני האדם. כפי שהוכיח מחקרים חוזרים, חשיפה לכוח הכבידה לאורך תקופות ארוכות של חודשים גורמת להתנוונות שרירים ולאובדן צפיפות העצם, כמו גם לירידה בתפקוד האיברים ולמערכת חיסונית מדוכאת.

בנוסף, קיימים החסמים החוקיים הפוטנציאליים שכריית ירח יכולה להציע. זאת בשל "אמנת העקרונות המסדירה את פעילותן של מדינות בחקירה ושימוש בחלל החיצון, כולל הירח ושאר הגופים השמימיים" - הידוע בכינויו "אמנת החלל החיצון". בהתאם לחוזה זה, שמפקח על ידי משרד האו"ם לענייני חלל חיצוניים, אף מדינה אינה רשאית להחזיק בקרקע על הירח.

ואף על פי שיש המון ספקולציות לגבי "פרצה" שאינה אוסרת במפורש בעלות פרטית, אין על כך הסכמה משפטית. מכיוון שכך, ככל שהחיפוש אחר ירח וכרייה הופכים להיות יותר אפשרות, יהיה צורך לבצע מסגרת חוקית שמבטיחה שהכל יהיה למעלה ולמעלה.

למרות שזה עשוי להיות רחוק, זה לא בלתי סביר לחשוב שיום אחד אנחנו יכולים לכרות את הירח. ועם אספקת המתכות העשירה (הכוללת REMs) הופכת לחלק מהכלכלה שלנו, אנו יכולים להסתכל על עתיד המאופיין במחסור שלאחר המחסור!

כתבנו מאמרים רבים בנושא כריית ירח וקולוניזציה כאן במגזין החלל. הנה מי היו הגברים הראשונים על הירח ?, מה היו הנחיתה הראשונה של הירח ?, כמה אנשים הלכו על הירח? האם אתה יכול לקנות אדמה על הירח? ובניית בסיס חלל, חלק 1: למה שלי על הירח או אסטרואיד?

למידע נוסף, הקפד לבדוק מידע זה על כריית ירח ממעבדת ההנעה סילונית של נאס"א.

באסטרונומיה קאסט יש גם כמה פרקים מעניינים בנושא. האזינו כאן - פרק 17: מאיפה הגיע הירח? ופרק 113: הירח - חלק א.

מקורות: