Depuis que nous avons commencé à envoyer des missions avec équipage sur la lune, les gens ont rêvé du jour où nous pourrions un jour le coloniser. Imagine seulement, un règlement sur la surface lunaire, où tout le monde se sent constamment environ 15% aussi lourd qu'ici sur Terre. Et pendant leur temps libre, les colons peuvent effectuer toutes sortes de recherches intéressantes à travers la surface dans des rovers lunaires. Je dois admettre, ça a l'air amusant !

Plus récemment, l'idée de prospecter et d'exploiter la Lune a été proposée. Cela est dû en partie à la reprise de l'exploration spatiale, mais aussi la montée en puissance des entreprises aérospatiales privées et de l'industrie NewSpace. Avec des programmes de missions sur la lune pour les années et décennies à venir, Cela semble-t-il logique de réfléchir à la manière dont nous pourrions également y installer l'exploitation minière et d'autres industries ?

Méthodes proposées

Plusieurs propositions ont été faites pour établir des opérations minières sur la lune; initialement par des agences spatiales comme la NASA, mais plus récemment par des intérêts privés. Bon nombre des premières propositions ont eu lieu dans les années 1950, en réponse à la course à l'espace, qui considérait une colonie lunaire comme le résultat logique de l'exploration lunaire.

Par exemple, en 1954, Arthur C. Clarke a proposé une base lunaire où les modules gonflables étaient recouverts de poussière lunaire pour l'isolation et les communications étaient assurées par un mât radio gonflable. Et en 1959, John S. Rinehart – le directeur du Mining Research Laboratory de la Colorado School of Mines – a proposé une base tubulaire qui « flotterait » à la surface.

Depuis cette époque, Nasa, l'armée américaine et l'armée de l'air, et d'autres agences spatiales ont émis des propositions pour la création d'une colonie lunaire. Dans tous les cas, ces plans contenaient des allocations pour l'utilisation des ressources afin de rendre la base aussi autosuffisante que possible. Cependant, ces plans sont antérieurs au programme Apollo, et ont été largement abandonnés après sa conclusion. Ce n'est qu'au cours des dernières décennies que des propositions détaillées ont à nouveau été faites.

Par exemple, sous l'administration Bush (2001-2009), La NASA a retenu la possibilité de créer un "avant-poste lunaire". Conformément à leur vision de l'exploration spatiale (2004), le plan prévoyait la construction d'une base sur la lune entre 2019 et 2024. L'un des aspects clés de ce plan était l'utilisation des techniques ISRU pour produire de l'oxygène à partir du régolithe environnant.

Ces plans ont été annulés par l'administration Obama et remplacés par un plan pour une mission Mars Direct (connue sous le nom de "Journey to Mars" de la NASA). Cependant, lors d'un atelier en 2014, des représentants de la NASA ont rencontré le généticien de Harvard George Church, Peter Diamandis de la Fondation X Prize et d'autres experts pour discuter des options à faible coût pour retourner sur la lune.

Les papiers de l'atelier, qui ont été publiés dans un numéro spécial de New Space, décrire comment une colonie pourrait être construite sur la lune d'ici 2022 pour seulement 10 milliards de dollars US. D'après leurs papiers, une base low-cost serait possible grâce au développement de l'activité lancement spatial, l'émergence de l'industrie NewSpace, impression en 3D, robots autonomes, et d'autres technologies récemment développées.

En décembre 2016, un symposium international intitulé "Lune 2020-2030 - Une nouvelle ère d'exploration humaine et robotique coordonnée" a eu lieu au Centre européen de recherche et de technologie spatiales. À l'époque, le nouveau directeur général de l'ESA (Jan Woerner) a exprimé la volonté de l'agence de créer une base lunaire internationale utilisant des robots ouvriers, Techniques d'impression 3D, et l'utilisation des ressources in situ.

En 2010, La NASA a créé le Robotic Mining Competition, un concours annuel incitatif où les étudiants universitaires conçoivent et construisent des robots pour naviguer dans un environnement martien simulé. L'un des aspects les plus importants du concours est la création de robots qui peuvent s'appuyer sur l'ISRU pour transformer les ressources locales en matériaux utilisables. Les applications produites sont également susceptibles d'être utiles lors de futures missions lunaires.

D'autres agences spatiales ont également des plans pour des bases lunaires dans les décennies à venir. L'agence spatiale russe (Roscosmos) a publié des plans pour construire une base lunaire d'ici les années 2020, et l'Agence spatiale nationale chinoise (CNSA) a proposé de construire une telle base dans un délai similaire, grâce au succès de son programme Chang'e.

Et l'industrie du NewSpace a également produit des propositions intéressantes ces derniers temps. En 2010, un groupe d'entrepreneurs de la Silicon Valley s'est réuni pour créer moon Express, une entreprise privée qui prévoit d'offrir des services commerciaux de transport robotique lunaire et de données, ainsi que l'objectif à long terme d'exploiter la lune. En décembre 2016, ils sont devenus la première entreprise à concourir pour le prix Lunar X pour construire et tester un atterrisseur robotique - le MX-1.

En 2010, Arkyd Astronautics (rebaptisé Planetary Resources en 2012) a été lancé dans le but de développer et de déployer des technologies pour l'extraction d'astéroïdes. En 2013, Deep Space Industries a été formé dans le même but. Bien que ces entreprises se concentrent principalement sur les astéroïdes, l'attrait est à peu près le même que l'exploitation minière lunaire - qui élargit la base de ressources de l'humanité au-delà de la Terre.

Ressources

Basé sur l'étude des roches lunaires, qui ont été ramenés par les missions Apollo, les scientifiques ont appris que la surface lunaire est riche en minéraux. Leur composition globale dépend du fait que les roches proviennent de la mer lunaire (grande, foncé, plaines basaltiques formées à partir d'éruptions lunaires) ou les hautes terres lunaires.

Les roches obtenues à partir de maria lunaire ont montré de grandes traces de métaux, avec 14,9% d'alumine (Al²O³), 11,8% d'oxyde de calcium (chaux), 14,1% d'oxyde de fer, 9,2% de magnésie (MgO), 3,9% de dioxyde de titane (TiO²) et 0,6% d'oxyde de sodium (Na²O). Ceux obtenus à partir des hautes terres lunaires sont de composition similaire, avec 24,0% d'alumine, 15,9% de chaux, 5,9% d'oxyde de fer, 7,5% de magnésie, et 0,6% de dioxyde de titane et d'oxyde de sodium.

Ces mêmes études ont montré que les roches lunaires contiennent de grandes quantités d'oxygène, principalement sous forme de minéraux oxydés. Des expériences ont été menées qui ont montré comment cet oxygène pouvait être extrait pour fournir aux astronautes de l'air respirable, et pourrait être utilisé pour fabriquer de l'eau et même du carburant pour fusée.

La lune a également des concentrations de métaux des terres rares (REM), qui sont attrayants pour deux raisons. D'un côté, Les REM deviennent de plus en plus importants pour l'économie mondiale, car ils sont largement utilisés dans les appareils électroniques. D'autre part, 90 % des réserves actuelles des REM sont contrôlées par la Chine; ainsi, avoir un accès régulier à une source extérieure est considéré par certains comme une question de sécurité nationale.

De la même manière, la lune contient d'importantes quantités d'eau dans son régolithe lunaire et dans les zones ombragées en permanence dans ses régions polaires nord et sud. Cette eau serait également précieuse comme source de carburant pour fusée, sans parler de l'eau potable pour les astronautes.

En outre, les roches lunaires ont révélé que l'intérieur de la lune peut également contenir d'importantes sources d'eau. Et à partir d'échantillons de sol lunaire, il est calculé que l'eau adsorbée pourrait exister à des concentrations de traces de 10 à 1000 parties par million. Initialement, c'était cependant que les concentrations d'eau dans les roches lunaires étaient le résultat d'une contamination.

Mais depuis ce temps, plusieurs missions ont non seulement trouvé des échantillons d'eau sur la surface lunaire, mais a révélé des preuves d'où il venait. La première était la mission indienne Chandrayaan-1, qui a envoyé un impacteur à la surface lunaire le 18 novembre, 2008. Au cours de sa descente de 25 minutes, L'explorateur de composition altitudinale de Chandra (CHACE) de la sonde d'impact a trouvé des preuves d'eau dans la mince atmosphère de la lune.

En mars 2010, l'instrument Mini-RF à bord de Chandrayaan-1 a découvert plus de 40 cratères assombris en permanence près du pôle nord de la lune qui contiendraient jusqu'à 600 millions de tonnes métriques (661,387 millions de tonnes américaines) de glace d'eau.

En novembre 2009, la sonde spatiale LCROSS de la NASA a fait des découvertes similaires autour de la région polaire sud, en tant qu'impacteur, il a envoyé à la surface un matériau renversé contenant de l'eau cristalline. En 2012, des sondages menés par le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ont révélé que la glace constitue jusqu'à 22 % de la matière sur le fond du cratère Shakleton (situé dans la région polaire sud).

Il a été théorisé que toute cette eau a été délivrée par une combinaison de mécanismes. Pour un, bombardement régulier par des comètes aquifères, les astéroïdes et les météorites sur des échelles de temps géologiques pourraient en avoir déposé une grande partie. Il a également été avancé qu'il est produit localement par les ions hydrogène du vent solaire se combinant avec des minéraux contenant de l'oxygène.

Mais peut-être que le produit le plus précieux à la surface de la lune pourrait être l'hélium-3. L'hélium-3 est un atome émis par le soleil en quantités énormes, et est un sous-produit des réactions de fusion qui ont lieu à l'intérieur. Bien qu'il y ait peu de demande d'hélium-3 aujourd'hui, les physiciens pensent qu'ils serviront de combustible idéal pour les réacteurs à fusion.

Le vent solaire du soleil transporte l'hélium-3 loin du soleil et dans l'espace - finalement hors du système solaire entièrement. Mais les particules d'hélium-3 peuvent s'écraser sur des objets qui les gênent, comme la lune. Les scientifiques n'ont pu trouver aucune source d'hélium-3 ici sur Terre, mais il semble être sur la lune en quantités énormes.

Avantages

D'un point de vue commercial et scientifique, il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'exploitation minière de la lune serait bénéfique pour l'humanité. Pour commencer, il serait absolument essentiel à tout projet de construction d'une colonie sur la lune, car l'utilisation des ressources in situ (ISRU) serait beaucoup plus rentable que le transport de matériaux depuis la Terre.

Aussi, il est prévu que les efforts d'exploration spatiale proposés pour le 21e siècle nécessiteront de grandes quantités de matériel. Ce qui est extrait sur la lune serait lancé dans l'espace à une fraction du coût de ce qui est extrait ici sur Terre, en raison de la gravité et de la vitesse de fuite beaucoup plus faibles de la lune.

En outre, la lune regorge de matières premières sur lesquelles l'humanité compte. Tout comme la Terre, il est composé de roches silicatées et de métaux différenciés entre des couches géochimiquement distinctes. Ceux-ci se composent d'un noyau interne riche en fer, et un noyau externe de fluide riche en fer, une couche limite partiellement fondue, et un manteau et une croûte solides.

En outre, il est reconnu depuis un certain temps qu'une base lunaire - qui inclurait des opérations sur les ressources - serait une aubaine pour les missions plus loin dans le système solaire. Pour les missions à destination de Mars dans les prochaines décennies, le système solaire extérieur, ou encore Vénus et Mercure, la possibilité d'être ravitaillé à partir d'un avant-poste lunaire réduirait considérablement le coût des missions individuelles.

Défis

Naturellement, la perspective de créer des intérêts miniers sur la lune présente également de sérieux défis. Par exemple, toute base sur la lune devrait être protégée des températures de surface, qui vont de très bas à haut – 100 K (-173,15 °C;-279,67 °F) à 390 K (116,85 °C; 242,33 °F) – à l'équateur et en moyenne 150 K (-123,15 °C;-189,67 ° F) dans les régions polaires.

L'exposition aux rayonnements est également un problème. En raison de l'atmosphère extrêmement mince et de l'absence de champ magnétique, la surface lunaire subit deux fois moins de rayonnement qu'un objet dans l'espace interplanétaire. Cela signifie que les astronautes et/ou les travailleurs lunaires seraient exposés à un risque élevé d'exposition aux rayons cosmiques, protons du vent solaire, et le rayonnement causé par les éruptions solaires.

Puis il y a la poussière de lune, qui est une substance vitreuse extrêmement abrasive qui a été formée par des milliards d'années d'impacts de micrométéorites sur la surface. En raison de l'absence d'altération et d'érosion, la poussière de lune n'est pas arrondie et peut faire des ravages avec les machines, et présente un danger pour la santé. Le pire de tout, il colle à tout ce qu'il touche, et était une nuisance majeure pour les équipages d'Apollo !

Et tandis que la gravité inférieure est attrayante en ce qui concerne les lancements, on ne sait pas quels en seront les effets à long terme sur la santé des humains. Comme l'ont montré des recherches répétées, l'exposition à l'apesanteur sur des périodes d'un mois provoque une dégénérescence musculaire et une perte de densité osseuse, ainsi qu'une fonction organique diminuée et un système immunitaire déprimé.

En outre, il y a les obstacles juridiques potentiels que l'exploitation minière lunaire pourrait présenter. Cela est dû au « Traité sur les principes régissant les activités des États en matière d'exploration et d'utilisation de l'espace extra-atmosphérique, y compris la lune et les autres corps célestes" - autrement connu sous le nom de "Traité sur l'espace extra-atmosphérique". Conformément à ce traité, qui est supervisé par le Bureau des affaires spatiales des Nations Unies, aucune nation n'est autorisée à posséder des terres sur la lune.

Et bien qu'il y ait eu beaucoup de spéculations sur une "échappatoire" qui n'interdit pas expressément la propriété privée, il n'y a pas de consensus juridique à ce sujet. En tant que tel, alors que la prospection lunaire et l'exploitation minière deviennent de plus en plus possibles, un cadre juridique devra être élaboré pour garantir que tout se passe bien.

Bien que cela puisse être loin, il n'est pas déraisonnable de penser qu'un jour, nous pourrions exploiter la lune. Et avec ses riches réserves de métaux (qui incluent les REM) faisant partie de notre économie, nous pourrions envisager un avenir caractérisé par la post-rareté !