人類正返回月球,這一次,我們計劃留下。但是,對於長期的太空任務,太空人需要基礎設施來生存和工作,移動,與地球交流,以及產生對生存至關重要的氧氣和水。從地球上奪走所有這些基礎設施可能要昂貴得令人望而卻步。相反,我們需要想辦法使它在現場。歐空局的發現和準備支持了許多研究,以探索我們如何能夠做到這一點。
使用本地材料建造基礎設施和生產便利設施稱為就地資源利用(ISRU)。過去在這一領域的研究,利用勘探地點發現的資源和從地球帶來的材料,探索並論證了執行支助股的基本概念。
需要ISRU來建造一個保護太空人免受惡劣環境的環境,包括稀薄或不存在的大氣、極端溫度、強烈的輻射,甚至微流星體。它將使我們能夠建造道路,在地面上移動,並為往返地球提供發射和著陸平臺。它可以用於生產發電和儲存電能的設備,以及用於通信的天線塔。它還能產生大量的水和氧氣,以維持太空人的生命,並為繞地球旅行並最終返回地球創造推進劑。
1999年,第一批與ISRU相關的發現和準備研究的重點是推進和電力系統,評估了本世紀對先進推進的需求。這項研究的結論是,ISRU可以在提高我們能力的同時降低火星任務的成本,但是ISRU技術的研究和開發應該立即開始。
因此,在與歐空局所有方案的協調下,研究繼續進行。2000年完成的一項研究側重於未來太空探索所需的電力系統,包括設計一個ISRU化工廠來生產推進劑、用於維持生命的化學品和用於表面活動的燃料。
其他同時進行的研究對長期的太空探索進行了更廣泛的研究,其中一項研究考慮的是什麼。火星探測需要架構和技術。。這項研究研究了從火星大氣層和土壤中產生必要的推進劑和液體的可能性--包括氮、氧、氫和水。再論人類對長期行星際和行星環境的生存性和適應性還發現,執行支助股在生產推進劑和生命支持消耗品方面可能特別有用。
這項技術已經發展了13年,足以探索更具體的ISRU概念,包括一個從火星大氣層收集和儲存二氧化碳並將其送到推進系統的系統。研究空中巴士公司提出了從二氧化碳中去除灰塵和水的方法,以及如何將其液化儲存。
在過去的幾年裡,「發現與準備」已經支持了更多關於利用月球土壤建造基礎設施的研究,以及更具體的能量產生和儲存方法;最近的一項研究探討了如何利用月球隕石來建造基礎設施。儲存熱量並提供電力太空人,漫遊者和登陸者。
一項研究探討了月球模擬設施如何能夠支持執行支助股技術的發展,包括測試本地材料的挖掘和加工,以及如何使用3D列印等方法建造結構。
另一個確定了月壤作為建築材料的適用性,從中選擇了合適的印刷工藝,甚至設計了一個可列印的生境。。最近有三分之一的人更進一步,探討了如何任何必要的結構、設備和零件都可以3D列印。使用月球紅寶石,甚至選擇哪一種特定的印刷工藝最有效。
一組最近探索和定義歐空局月球的探索與準備研究IRSU示範任務它的目標是到2025年證明在月球上產生水或氧氣是可能的。這些研究調查了制度這將產生水和氧氣,提出了從土壤中提取氧氣並利用其產生水的一攬子方案,使用的是「碳熱反應堆」。另一位研究人員探討了該系統如何能夠依靠著陸器供電三分之一的人調查了與地球溝通.
為了執行月球執行支助股示範任務,歐空局打算從商業部門採購飛行任務-使能服務,包括有效載荷交付、通信和業務服務。在這樣做的過程中,歐空局將利用和進一步培育現行商業措施這可能會在未來的月球探索中得到廣泛的應用。
歐空局目前也在研究展望該任務將獲取和評估月球上的潛在資源,為今後提取這些資源可能使用的技術做準備。該公司將在南極附近的月球表面下鑽取樣本,這些樣本將包含凍結的水和其他化學物質,這些化學物質可能會在極低的溫度下被捕獲。然後鑽將樣品傳遞到化學實驗室,在那裡加熱以提取這些化學物質。這次任務將作為俄羅斯領導的一部分行動。露娜-27任務,並將測試過程,可應用於資源提取在未來。
為了支持到2040年由當地資源維持人類在月球上的存在的雄心,歐空局於2019年5月公布了空間資源戰略。該戰略考慮到我們需要發現和發展什麼來支持可持續的空間探索。該戰略所涵蓋的時期為2030年,屆時月球資源的潛力將通過月球測量確定,關鍵技術將得到開發和展示,並將確定將其引入國際任務架構的計劃。在該戰略公布之後,歐空局主辦了一次工作坊確定實現空間資源利用所需的下一步步驟。
歐空局最近設立了一個原型廠從模擬的月塵中產生氧氣。從月球土壤中除去氧氣會留下各種各樣的金屬;因此,另一項研究是研究從月球上產生的最有用的合金,以及如何在月球上使用它們。最終目標將是設計一個可以在月球上可持續運行的「試驗性工廠」,第一次技術演示將在20世紀20年代中期進行。
美國宇航局氏月球偵察軌道器已經表明在某些地點存在掩埋在月球土壤下的水冰。衛星發射時月球隕石坑觀測與遙感衛星這是從軌道器釋放並撞擊月球的;對由此產生的16公裡高的羽流的觀測顯示了月球表面的化學成分。
美國原子能機構也正在開發幾個立方體衛星軌道飛行任務,將訪問月球。月球手電筒, 魯納赫圖和月球冰立方目的是找出那裡有多少水冰,在哪裡可以找到。
美國宇航局的第一架火星著陸器維京號返回了有關火星大氣層的重要數據,顯示它是由95.9%的二氧化碳組成的。基於這一發現和隨後的機器人任務返回的信息,原子能機構開發了將火星大氣中的二氧化碳轉化為氧氣的技術,以造福人類前往這顆紅色行星的任務。最近,NASA選擇了火星氧原位資源利用試驗,或moxie,作為七種樂器中的一種,將放置在火星2020羅孚。
揮發物是一種很容易蒸發的物質,可能是月球上的一種水源。與其他太空機構一起,美國宇航局正在進行一項月球極地揮發物探測的國際協調為了增加科學知識,確定揮發性物質作為潛在資源的可行性,並利用月球作為火星執行支助股技術的試驗場。
未來中國國家航天局預計飛行任務還將以月球極揮發物為潛在資源。中國在20世紀20年代末和20世紀30年代初將建立一個國際月球研究站,作為科學和研究的機器人設施,這將為月球資源的利用提供一個早期的機會。
俄羅斯航天局,Roscosmos,正在與歐空局合作製作「三人」系列露娜任務,包括露娜-27,將主辦歐空局的前景一攬子計劃.這次任務的目標將是月球極地地區的測量,重點是可能在那裡發現的被冷捕獲的揮發物。
透過其開放空間創新平臺(奧西普),歐空局求思基礎設施和硬體的就地建造、製造和維護技術,以支持對行星體的長期探索。
提議的構想支持建造生境、流動基礎設施(例如道路和著陸點)、輔助基礎設施(例如用於通信和能源生產和儲存的基礎設施)和硬體(例如工具、內部設備、機械和服裝)。
這些想法包括許多新的融化方法和三維列印月壤的方法。太陽能電池從月球土壤,優化儲能,尋找方法生長植物從不需要土壤的有機廢物中,利用月球土壤建造作物友好型溫室,以及建設基礎設施利用空間碎片。若要了解更多信息,請訪問此呼籲的結果部分,以獲取想法。
由於我們在了解和了解月球和小行星方面取得了進展,國際和私營部門加強了對空間技術的參與,以及新技術的出現,現在可以利用空間資源進行探索。
開發利用當地資源支持未來太空人的技術和方法仍然是一項挑戰,但在這樣做的過程中,我們正在通過技術需求以及管理有限資源的新方法刺激地球上的創新。這有望幫助我們找到應對全球挑戰的新方法,並為陸地工業創造近期至中期的經濟回報。