¿Cómo desarrollar la idea de la luna?
En primer lugar, la luna es rica en recursos materiales. En la Luna hay todos los elementos y más de 60 minerales, 6 de los cuales no se encuentran en la Tierra. El suelo lunar contiene un 40% de oxígeno, un 20% de silicio y es rico en calcio, aluminio y hierro.
A través del análisis de muestras de rocas lunares, se descubrió que existen tres tipos principales de rocas en la Luna. El primero es el basalto maría, rico en hierro o titanio. Los basaltos de Dark Moon Mare están compuestos principalmente de clinopiroxeno, plagioclasa básica e ilmenita, que a veces contienen olivino y apatita, o pirohierros microsatélites y hierro metálico. Se han encontrado más de 20 tipos de basalto en rocas recuperadas del alunizaje. Según el contenido de óxido de titanio, el basalto de Guangdong se puede dividir en alto contenido de titanio, bajo contenido de titanio y muy bajo contenido de titanio. Estos basaltos se caracterizan por su riqueza en titanio y hierro, ausencia de minerales hidratados, baja fugacidad de oxígeno, ausencia de hierro férrico y una variedad de texturas de grano fino a grueso. La segunda es la plagioclasa, una roca rica en potasio, tierras raras y fósforo. La plagioclasa está compuesta por un 95% de plagioclasa y una pequeña cantidad de piroxeno bajo en calcio, y se distribuye principalmente en las tierras altas lunares. El tercer tipo es la brecha compuesta de partículas clásticas con un tamaño de 0,1 ~ 1 mm, que es producto del impacto. La brecha se puede dividir en plagioclasa rota, brecha parcialmente fundida, brecha clástica compleja y rocas extrusivas metamórficas profundas.
Según el análisis espectral, las rocas lunares contienen todos los elementos de la corteza terrestre y unos 60 minerales, de los cuales 6 minerales no se encuentran en la Tierra. Los elementos refractarios representan aproximadamente el 65% de la masa de la luna, y el líquido restante rico en hierro y elementos refractarios se condensó en una corteza lunar de 250 kilómetros de espesor. En el suelo lunar, el oxígeno representa el 40%, que es la fuente de oxígeno para los propulsores y los sistemas de soporte vital en entornos ecológicos controlados, el silicio representa el 20%, y el silicio es la materia prima para fabricar conjuntos de células solares. Las proporciones de otros elementos son: plomo 6% ~ 8%, magnesio 3% ~ 7%, hierro 5% ~ 11,3%, calcio 8% ~ 10,3%, titanio 5% ~ 6%, sodio, potasio y manganeso. una milésima Algunos, circonio, bario. Los científicos calentaron muestras de suelo lunar a 2000°C y descubrieron que del suelo lunar se escapaban gases inertes, incluidas partículas radiactivas como helio, argón, neón y xenón. La luna también es rica en helio-3, una fuente de energía poco común en la Tierra. El helio-3 es un combustible ideal para los reactores de fusión nuclear. También se encontró una película de hierro libre de óxido en muestras de rocas lunares. Al principio, los científicos especularon que este tipo de hierro se oxidaría y oxidaría inmediatamente si se dejara en las condiciones de la Tierra. Pero el resultado del experimento es que este tipo de hierro no se oxida y se conoce comúnmente como "hierro puro". El hierro puro es muy útil para los humanos. Se estima que en los países desarrollados las pérdidas anuales provocadas por la corrosión de los metales representan aproximadamente una décima parte de los ingresos económicos nacionales. Si se puede producir hierro puro en la Luna y transportarlo de regreso a la Tierra para su uso, no solo llenará un vacío, sino que también obtendrá enormes beneficios económicos. Sin duda, será una gran contribución para la humanidad.
Explotar los depósitos minerales naturales de la Luna resulta muy atractivo. Se espera que el procesamiento de materiales en la base lunar para convertirlos en productos finales para uso espacial y terrestre sea una industria altamente eficiente con perspectivas muy atractivas.
La energía es uno de los problemas más graves al que se enfrenta la supervivencia y el desarrollo humano. Hay dos formas de resolver la futura escasez de energía: la energía solar y la energía nuclear. Las pruebas y análisis de muestras lunares y el descubrimiento del helio 3 han inyectado un nuevo entusiasmo a la investigación y exploración lunar, atrayendo especialmente la atención de los expertos en energía. Sin embargo, la formación, distribución, almacenamiento y aplicación del helio-3 lunar siguen siendo cuestiones urgentes que deben resolverse en la investigación científica lunar. Sólo mediante exploraciones exhaustivas e investigaciones de campo en la Luna podremos obtener respuestas satisfactorias.
El suelo de la superficie lunar está compuesto por restos de roca, polvo, brechas y perlas de vidrio. Tiene una estructura suelta y es bastante blando. El suelo en el área del Mar de la Luna tiene generalmente de 4 a 5 metros de espesor, y el suelo en las tierras altas es más grueso, pero solo de unos 10 metros. El tamaño de las partículas del suelo lunar varía mucho, desde unos pocos centímetros hasta 1 milímetro o tan solo unas 10 micras. Esta fina tierra se llama generalmente polvo lunar. El suelo lunar está compuesto principalmente de finas brechas y perlas de vidrio, que representan aproximadamente el 70%, y basalto y gabro de grano pequeño que representan aproximadamente el 13%. El contenido de gases nobles en los basaltos lunares y las brechas de las tierras altas es extremadamente bajo, y en la atmósfera es aún menor, casi nulo. Sin embargo, el regolito lunar y las brechas son ricos en elementos aerófilos.
Esto se debe a la inyección de viento solar, que en realidad es un flujo constante de partículas expulsadas por el sol. En 1965, se midió directamente la composición química del viento solar utilizando el cohete Weiner 3. Los resultados muestran que las partículas del viento solar están compuestas principalmente de iones de hidrógeno, seguidos de iones de helio. Debido a la influencia de objetos extraños en la superficie lunar, el material del suelo lunar se mezcla y estos elementos aerófilos existen a una profundidad de decenas de metros. La profundidad de la superficie expuesta de un objeto al que se le han implantado iones solares suele ser inferior a 0,2 micras. Por lo tanto, estos elementos son más abundantes en las partículas más finas del regolito lunar, y la mayoría de las partículas del gas inyectado se acumulan y quedan atrapadas en la brecha del regolito lunar o en cuentas de vidrio.
Los resultados muestran que el contenido de helio en el suelo lunar es 1 ~ 63/107, y el contenido de helio 3 es 0,4 ~ 15/1010. El helio se concentra principalmente en el suelo lunar rico en ilmenita, de menos de 50 micrones, y se estima que toda la luna puede proporcionar 715.000 toneladas de helio 3. ¿Por qué la gente está interesada en el helio 3? Porque el helio 3 es la mejor opción para el futuro combustible de fusión nuclear. La fusión de deuterio y helio 3 se utiliza para producir helio. Esta reacción de fusión es segura, limpia y fácil de controlar. En la Tierra, los recursos conocidos de helio-3 en depósitos de gas natural sólo pueden sustentar una central eléctrica de 500 megavatios durante unos meses, y el helio-3 en el suelo lunar puede generar 40.000 veces la electricidad que Estados Unidos produjo en 1985. Teniendo en cuenta los costos de extracción del suelo lunar, extracción, separación de isótopos y transporte a la Tierra, se estima que el índice de amortización de energía del helio 3 puede llegar a 250. Este ratio de reembolso es bastante favorable en comparación con la producción de combustible nuclear a partir de uranio 235 (el ratio de reembolso es de aproximadamente 20) y la extracción de carbón en la Tierra (el ratio de reembolso es de aproximadamente 16). Además, extrayendo 1 tonelada de helio 3 del suelo lunar se pueden obtener aproximadamente 6.300 toneladas de hidrógeno, 70 toneladas de nitrógeno y 1.600 toneladas de carbono. Estos subproductos también son necesarios para mantener una base permanente en la Luna.
Además, se puede establecer una base de energía nuclear en la Luna para transmitir energía a los satélites de retransmisión en órbita geoestacionaria, luego a estaciones receptoras en la Tierra y luego distribuirla a varias regiones para que la utilicen los usuarios. Sólo a partir del desarrollo y utilización de los recursos lunares de helio-3, no es difícil comprender la importancia de largo alcance de regresar a la Luna.
Los científicos llevan mucho tiempo investigando formas de extraer oxígeno del suelo de la superficie lunar. Realizaron experimentos utilizando arena lunar recuperada por la nave espacial Apolo. A una temperatura alta de 1000 °C, la ilmenita del suelo lunar entra en contacto con el hidrógeno para generar agua, y luego se extrae oxígeno del agua mediante electrólisis. Las investigaciones muestran que se necesitan aproximadamente 70 toneladas de regolito lunar para extraer 1 tonelada de oxígeno. Teniendo en cuenta las circunstancias especiales de la producción en la Luna, se recomienda que mientras se construye una base lunar, un conjunto de pequeños equipos de procesamiento químico, alimentados por energía solar, puedan producir alrededor de 100 kilogramos de oxígeno líquido por día. El proceso específico consiste en utilizar rocas lunares para reaccionar con metano a altas temperaturas para generar monóxido de carbono e hidrógeno. En el segundo reactor, de menor temperatura, el monóxido de carbono reacciona con más hidrógeno y se reduce a metano y agua, luego el agua se condensa y se electroliza en oxígeno e hidrógeno. El oxígeno se almacena para su uso posterior y el hidrógeno se envía al reactor. Reciclar. Se predice que el equipo de generación de oxígeno lunar fue diseñado originalmente para proporcionar oxígeno a los astronautas en la superficie lunar, pero no necesitan mucho oxígeno. Una base de 12 personas sólo requiere 350 kilogramos de oxígeno al mes. Un conjunto de equipos generadores de oxígeno puede producir una cantidad considerable de oxígeno después de un funcionamiento continuo. Por lo tanto, al construir una base lunar, se debe construir al mismo tiempo un depósito permanente de almacenamiento de oxígeno líquido para suministrar a las naves espaciales combustible propulsor de baja temperatura.
Es muy significativo que en el proceso de producción de oxígeno, la "escoria" obtenida tras el tratamiento químico se ha convertido en un subproducto superior. Esto se debe a que es rico en silicio libre fundible y óxidos metálicos. Mientras se adopten métodos industriales apropiados, la fundición podrá continuar y se podrá extraer titanio, metal de gran valor industrial. El proceso propuesto por los científicos para producir titanio consiste en extraer óxido de titanio de la "escoria" mediante trituración mecánica y separación magnética, y luego hidrogenarlo a una temperatura alta de 1273 °C para producir óxido de titanio. El hierro que contiene se reemplaza por ácido sulfúrico, luego se mezcla con carbono y se hace circular cloro gaseoso a 700°C para generar tetracloruro de titanio después de una reacción química. Luego se calienta a una temperatura elevada de 2000°C, se añade magnesio para la decloración y finalmente se obtiene titanio fundido.
El método de refinar el aluminio es más novedoso. El aluminio de la superficie lunar está compuesto por una estructura compleja llamada plagioclasa. Después de repetidos experimentos e investigaciones, los científicos han propuesto un nuevo proceso de fundición de aluminio. El método específico es: triturar la piedra lunar, calentarla y fundirla a 1700°C, luego enfriarla en agua al 100% para hacer bolas multimasas, luego triturarla y agregar ácido sulfúrico a 100°C para lixiviar el aluminio. Después de la separación centrífuga y la filtración para eliminar los siliciuros, se obtiene mediante pirólisis a 900°C una mezcla de alúmina y sulfato de sodio.
Luego lave el sulfato de sodio y séquelo, luego mézclelo con carbón y caliéntelo, agregue cloro gaseoso y reaccione con él para formar cloruro de aluminio. Después de la electrólisis, se obtiene el producto final: aluminio puro.
La industria de la construcción no puede prescindir del vidrio, por lo que producir vidrio en la luna es particularmente importante. El vidrio común se compone de 71% ~ 73% de óxido de silicio, 12% ~ 14% de sulfato de sodio y 12% ~ 14% de óxido de calcio. El suelo lunar contiene entre un 40% y un 50% de sílice, que es el material principal para fabricar vidrio en la superficie lunar. Su método de extracción es relativamente sencillo. Se añaden varios aditivos traza al suelo lunar según sea necesario, y algunos componentes inútiles se disuelven con ácido sulfúrico y luego se funden a una temperatura de 1500 °C ~ 1700 °C, y luego se laminan y se enfrían para hacer vidrio lunar.
Lo más interesante son los datos enviados por el "Lunar Prospector" estadounidense lanzado el 6 de octubre. En 1998 hay más de 10 mil millones de toneladas de hielo de agua en los polos de la Luna. Dado que la presión atmosférica en la superficie de la luna es menos de un billón de veces la de la Tierra, donde el sol brilla sobre la luna, la temperatura en la superficie de la luna puede alcanzar 130°C ~ 150°C para el agua líquida lunar con un punto de ebullición. punto muy inferior a 100°C, hierve y se evapora fácilmente. Además, la pequeña masa de la luna y su débil gravedad no pueden retener el vapor de agua, y el agua gaseosa escapa sin dejar ningún rastro en la luna.
Sin embargo, los polos de la luna son muy especiales. Por ejemplo, en el polo sur de la Luna se encuentra la cuenca de Aiuken, con un diámetro de 2.500 kilómetros y una profundidad de 13 kilómetros. Se cree que la cuenca fue creada por meteoritos que se estrellaron contra la superficie lunar. Su interior es oscuro y profundo, y la temperatura siempre está por debajo de -150°C, lo que lo convierte en un escondite para el hielo de agua sólido.
Entonces, ¿de dónde viene el agua de la luna? Los científicos creen que la Luna suele ser golpeada por cometas. El contenido de agua de los cometas es de entre el 30% y el 80%, y el contenido de agua del vapor en la cola de los cometas llega al 90%. Esta agua externa se evapora cuando la superficie de la luna recibe la luz solar, y parte del vapor de agua se condensa en el fondo de cuencas extremadamente frías en los polos de la luna. Por lo tanto, el hielo no se condensa, sino lodo mezclado con polvo.
El agua está compuesta por dos elementos, hidrógeno y oxígeno. El agua y el oxígeno necesarios para que los humanos establezcan una base en la Luna en el futuro se pueden utilizar localmente en la Luna sin depender de suministros de la Tierra. Explotar los recursos naturales de la Luna en una base lunar y procesar materias primas para convertirlas en productos finales para su uso en el espacio es una empresa extremadamente atractiva.
En segundo lugar, la gravedad en la Luna es sólo 1/6 de la Tierra, y la velocidad de escape en la Luna es sólo 1/5 de la Tierra. Por lo tanto, la baja gravedad y el entorno libre de atmósfera de la Luna son muy propicios para el lanzamiento de naves espaciales. El establecimiento de una base espacial humana en la Luna para montaje, mantenimiento y suministros se convertirá en un punto de tránsito para que los humanos vuelen a otros planetas. La base espacial lunar reducirá en gran medida la dificultad y el costo de los vuelos interestelares, y aumentará considerablemente la profundidad y amplitud del acceso de los seres humanos al universo.
En tercer lugar, la Luna no está rodeada de atmósfera, las ondas sonoras no pueden propagarse y no hay interferencias de radio de la Tierra en la parte posterior de la Luna. Por lo tanto, la Luna tiene un entorno extremadamente silencioso, sin interferencias atmosféricas, sin ondas sonoras ni ondas de radio, lo que la convierte en una plataforma ideal y estable para experimentos científicos. Por supuesto, la baja gravedad y el entorno estéril al vacío de la luna son un lugar ideal para la ciencia de materiales y la investigación y producción médica.
En el futuro, con el avance de la tecnología, viajar a la luna será más seguro, cómodo y económico. Entonces, los viajes y la inmigración a la Luna se harán realidad. La luna será el "sexto continente" desarrollado por el hombre.