Recursos lunares

Um mosaico artificialmente colorido construído a partir de uma série de 53 imagens captadas através de três filtros espetrais pelo sistema de imagem da sonda Galileo enquanto esta sobrevoava as regiões norte da Lua a 7 de dezembro de 1992. As cores indicam diferentes materiais.
Uma rocha de Anortosito lunar recolhida pela tripulação da Apollo 16 perto da cratera Descartes

A Lua possui recursos naturais substanciais que poderiam ser explorados no futuro.[1][2] Potenciais recursos lunares podem abranger materiais processáveis, como voláteis e minerais, juntamente com estruturas geológicas, como tubos de lava que, juntos, poderiam permitir a habitação lunar. A utilização de recursos in-situ (ISRU) na Lua pode proporcionar um meio de reduzir o custo e o risco da exploração lunar e mais além.[3][4]

O mapeamento de recursos e as missões de retorno de amostras melhoraram a compreensão do potencial da ISRU lunar. Uma avaliação em 2019 concluiu que o conhecimento ainda não era suficiente para justificar o compromisso de grandes recursos financeiros para implementar uma campanha baseada em ISRU.[5] A determinação da disponibilidade de recursos impulsionará a seleção de locais para colonização humana.[6][7]

Visão geral

Os materiais lunares poderiam facilitar a exploração contínua da Lua, facilitar a atividade científica e económica nas proximidades da Terra e da Lua (o chamado espaço cislunar), ou poderiam ser importados para a superfície da Terra, onde contribuiriam diretamente para a economia global.[1] O rególito (solo lunar) é o produto mais fácil de obter; pode fornecer proteção contra radiação e micrometeoroides, bem como material de construção e pavimentação através da fusão.[8] O oxigénio proveniente dos óxidos do rególito lunar pode ser uma fonte para oxigénio metabólico e oxidante para propelente de foguetes. O gelo de água pode fornecer água para blindagem contra radiação, suporte de vida, oxigénio e matéria-prima para propelente de foguetes. Voláteis de crateras permanentemente sombreadas podem fornecer metano ( CH4), amoníaco ( NH3), dióxido de carbono ( CO2) e monóxido de carbono (CO).[9] Metais e outros elementos para a indústria local podem ser obtidos a partir dos vários minerais encontrados no rególito.

Sabe-se que a Lua é pobre em carbono e azoto, e rica em metais e em oxigénio atómico, mas a sua distribuição e concentrações são ainda desconhecidas. A exploração lunar adicional revelará concentrações adicionais de materiais economicamente úteis, e o facto de serem ou não economicamente exploráveis dependerá do valor que lhes for atribuído e da energia e infraestrutura disponíveis para apoiar a sua extração.[10] Para que a utilização de recursos in situ (ISRU) seja aplicada com sucesso na Lua, a seleção do local de aterragem é imperativa, bem como a identificação de operações de superfície e tecnologias adequadas.

O reconhecimento a partir da órbita lunar por algumas agências espaciais está em curso, e módulos de aterragem e rovers estão a sondar recursos e concentrações in situ (ver: Lista de missões à Lua).==Recursos==

Composição química da superfície lunar[11]
CompostoFórmulaComposição
MariaTerras Altas
sílicaSiO245,4%45,5%
aluminaAl2O314,9%24,0%
calCaO11,8%15,9%
Óxido de ferro (II)FeO14,1%5,9%
magnésiaMgO9,2%7,5%
Dióxido de titânioTiO23,9%0,6%
Óxido de sódioNa2O0,6%0,61%
 99,9%100,0%

A energia solar, o oxigénio e os metais são recursos abundantes na Lua.[12] Os elementos conhecidos por estarem presentes na superfície lunar incluem, entre outros, hidrogénio (H),[1][13] oxigénio (O), silício (Si), ferro (Fe), magnésio (Mg), cálcio (Ca), alumínio (Al), manganês (Mn) e titânio (Ti). Entre os mais abundantes estão o oxigénio, o ferro e o silício. O conteúdo de oxigénio atómico no rególito é estimado em 45% por peso.[14][15]

Estudos do Experimento de Composição Atmosférica Lunar (LACE) da Apollo 17 mostram que a exosfera lunar contém vestígios de hidrogénio (H2), hélio (He), árgon (Ar) e possivelmente amoníaco (NH3), dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Vários processos podem explicar a presença de vestígios de gases na Lua: fotões de alta energia ou ventos solares reagindo com materiais na superfície lunar, evaporação do rególito lunar, depósitos de material de cometas e meteoroides, e libertação de gases do interior da Lua. No entanto, estes são vestígios de gases em concentrações muito baixas.[16] A massa total da exosfera da Lua é de aproximadamente 25 000 quilogramas (55 000 lb) com uma pressão superficial de 3×10−15 bar (2×10−12 torr).[17] É improvável que as quantidades de vestígios de gases sejam úteis para a utilização de recursos in situ.

Energia solar

A luz do dia na Lua dura aproximadamente duas semanas, seguidas de aproximadamente duas semanas de noite, enquanto ambos os polos lunares são iluminados quase constantemente.[18][19][20] O polo sul lunar apresenta uma região com bordas de crateras expostas a iluminação solar quase constante, embora o interior das crateras esteja permanentemente na sombra.

Células solares poderiam ser fabricadas diretamente no solo lunar por um rover de tamanho médio (~200 kg) com capacidade para aquecer o rególito, evaporar os materiais semicondutores apropriados para a estrutura da célula solar diretamente no substrato de rególito, e depositar contactos metálicos e interconexões para terminar um painel de células solares completo diretamente no chão.[21] Este processo, no entanto, requer a importação de fluoreto de potássio da Terra para purificar os materiais necessários do rególito.[22]

Energia nuclear

O sistema de fissão nuclear Kilopower está a ser desenvolvido para a geração fiável de energia elétrica que poderia permitir bases tripuladas de longa duração na Lua, Marte e destinos além.[23][24] Este sistema é ideal para locais na Lua e em Marte onde a geração de energia a partir da luz solar é intermitente.[24][25] O urânio e o tório estão ambos presentes na Lua, mas devido à alta densidade energética dos combustíveis nucleares, poderá ser mais económico importar combustíveis adequados da Terra do que produzi-los in situ.

Os geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) são outra forma de energia nuclear que utiliza o decaimento natural de radioisótopos em vez da sua fissão induzida. Têm sido utilizados no espaço — incluindo na Lua — há décadas. O processo habitual é obter as substâncias adequadas da Terra, mas o plutónio-238 ou o estrôncio-90 poderiam ser produzidos na Lua se estivessem presentes matérias-primas como combustível nuclear irradiado (ou entregues da Terra para processamento ou produzidas por reatores de fissão locais). Os RTGs poderiam ser utilizados para fornecer energia independentemente da luz solar disponível, tanto para aplicações lunares como não lunares. Os RTGs contêm materiais tóxicos e radioativos nocivos, o que leva a preocupações sobre a distribuição não intencional desses materiais em caso de acidente. Protestos do público em geral focam-se, por isso, frequentemente na eliminação progressiva dos RTGs (recomendando fontes de energia alternativas), devido a uma sobrestimação dos perigos da radiação.

Um recurso lunar mais teórico são os potenciais combustíveis para fusão nuclear. O Hélio-3 tem recebido particular atenção mediática, pois a sua abundância no rególito lunar é superior à da Terra. No entanto, até à data, a fusão nuclear não foi empregue por humanos de forma controlada libertando energia líquida utilizável (dispositivos como o fusor são consumidores líquidos de energia, enquanto a bomba de hidrogénio não é uma reação de fusão controlada). Além disso, embora o hélio-3 seja necessário para uma via possível de fusão nuclear, outras baseiam-se em nuclídeos que são mais facilmente obtidos na Terra, como o trítio, o lítio ou o deutério.

Oxigénio

O conteúdo elementar de oxigénio no rególito é estimado em 45% por peso.[15][14] O oxigénio é frequentemente encontrado em minerais e vidros lunares ricos em ferro sob a forma de óxido de ferro. Tais minerais e vidros lunares incluem ilmenite, olivina, piroxena, vidro de impacto e vidro vulcânico.[26] Vários isótopos de oxigénio estão presentes na Lua sob a forma de 16O, 17O e 18O.[27]

Pelo menos vinte processos diferentes possíveis para extrair oxigénio do rególito lunar foram descritos,[28][29] e todos requerem um elevado consumo de energia: entre 2 a 4 megawatt-ano de energia (ou seja, (6–12)×1013 J) para produzir 1.000 toneladas de oxigénio.[1] Embora a extração de oxigénio a partir de óxidos metálicos também produza metais úteis, a utilização de água como matéria-prima não o faz.[1] Um método possível de produzir oxigénio a partir do solo lunar requer dois passos. O primeiro passo envolve a redução do óxido de ferro com gás hidrogénio (H2) para formar ferro elementar (Fe) e água (H2O).[26] A água pode então ser eletrolisada para produzir oxigénio que pode ser liquefeito a baixas temperaturas e armazenado. A quantidade de oxigénio libertada depende da abundância de óxido de ferro nos minerais e vidro lunares. A produção de oxigénio a partir do solo lunar é um processo relativamente rápido, ocorrendo em algumas dezenas de minutos. Em contraste, a extração de oxigénio do vidro lunar requer várias horas.[26]

O consumo humano de oxigénio depende da atividade física e é afetado pela dieta e também pela gravidade. Um número redondo comummente assumido para a produção de CO2 de humanos com atividade física baixa a moderada assume 2,2 quilogramas (4,9 lb) de CO2 sendo exalados por pessoa por dia. No ambiente de microgravidade da Estação Espacial Internacional, este valor pode ser tão baixo quanto 1 quilograma (2,2 lb) por pessoa por dia.[30] Se assumirmos conservadoramente que uma mole de oxigénio é consumida por mole de dióxido de carbono produzida (este rácio é verdadeiro para a glicose, mas menos oxigénio é consumido por unidade de dióxido de carbono produzida se a gordura ou a proteína forem a fonte de energia metabólica), 2,2 kg de dióxido de carbono produzidos são equivalentes a 1,6 quilogramas (3,5 lb) de oxigénio consumido. A necessidade anual de oxigénio de um humano seria, assim, de aproximadamente 584 quilogramas (1 287 lb) e, de acordo com os requisitos energéticos acima mencionados, cerca de 1,3–2,6 quilowatts seriam constantemente necessários por pessoa para produzir esta quantidade de oxigénio a partir de rochas lunares. Para comparação, o consumo médio de eletricidade per capita nos EUA em 2022 foi de 12 809 kWh (46 110 MJ) ou cerca de 1.462 Watts.

Água

A imagem mostra a distribuição de gelo superficial (mostrado em cor azul) no polo sul (esquerda) e no polo norte (direita) da Lua, conforme visto pelo espetrómetro Moon Mineralogy Mapper (M3) da NASA a bordo do orbitador indiano Chandrayaan-1

Evidências cumulativas de vários orbitadores indicam fortemente que o gelo de água está presente na superfície nos polos da Lua, mas principalmente na região do polo sul.[31][32] No entanto, os resultados destes conjuntos de dados nem sempre estão correlacionados.[33][34] Determinou-se que a área cumulativa da superfície lunar permanentemente na sombra é de 13.361 km2 no hemisfério norte e 17.698 km2 no hemisfério sul, totalizando uma área de 31.059 km2.[1] A extensão em que qualquer ou todas estas áreas permanentemente sombreadas contêm gelo de água e outros voláteis não é atualmente conhecida, pelo que são necessários mais dados sobre os depósitos de gelo lunar, a sua distribuição, concentração, quantidade, disposição, profundidade, propriedades geotécnicas e quaisquer outras características necessárias para conceber e desenvolver sistemas de extração e processamento.[34][35] O impacto intencional do orbitador LCROSS na cratera Cabeus foi monitorizado para analisar a nuvem de detritos resultante, e concluiu-se que o gelo de água deve estar sob a forma de pequenos pedaços discretos de gelo (< ~10 cm) distribuídos por todo o rególito, ou como um revestimento fino nos grãos de gelo.[36] Isto, juntamente com observações de radar monoestático, sugere que é improvável que o gelo de água presente nas regiões permanentemente sombreadas das crateras polares lunares esteja presente sob a forma de depósitos de gelo puros e espessos.[36]

A água pode ter sido entregue à Lua ao longo de escalas de tempo geológicas pelo bombardeamento regular de cometas, asteroides e meteoroides portadores de água[37] ou produzida continuamente in situ pelos iões de hidrogénio (protões) do vento solar que impactam minerais portadores de oxigénio.[1][38]

O polo sul lunar apresenta uma região com bordas de crateras expostas a iluminação solar quase constante, onde o interior das crateras está permanentemente na sombra, permitindo a retenção natural e a recolha de gelo de água que poderá ser explorado no futuro.

As moléculas de água ( H2O) podem ser decompostas para formar hidrogénio molecular ( H2) e oxigénio molecular ( O2) para serem usados como bi-propelente de foguetes ou produzir compostos para processos de produção metalúrgica e química.[3] Apenas a produção de propelente foi estimada por um painel conjunto de especialistas da indústria, governo e académicos, que identificou uma procura anual a curto prazo de 450 toneladas métricas de propelente derivado da Lua, o que equivale a 2.450 toneladas métricas de água lunar processada, gerando 2,4 mil milhões de dólares de receita anualmente.[25]

Hidrogénio

As encostas na superfície lunar voltadas para os polos da Lua apresentam uma maior concentração de hidrogénio. Isto deve-se ao facto de as encostas voltadas para os polos terem menos exposição à luz solar que causaria a vaporização do hidrogénio. Além disso, as encostas mais próximas dos polos da Lua mostram uma maior concentração de hidrogénio de cerca de 45 ppmw. Existem várias teorias para explicar a presença de hidrogénio na Lua. A água, que contém hidrogénio, poderia ter sido depositada na Lua por cometas e asteroides. Além disso, os ventos solares interagindo com compostos na superfície lunar podem ter levado à formação de compostos portadores de hidrogénio, como o hidroxilo e a água.[39] O vento solar implanta protões no rególito, formando um átomo protonado, que é um composto químico de hidrogénio (H). Embora o hidrogénio ligado seja abundante, restam questões sobre quanto dele se difunde para a subsuperfície, escapa para o espaço ou se difunde em armadilhas frias.[40] O hidrogénio seria necessário para a produção de propelente e tem uma infinidade de utilizações industriais. Por exemplo, o hidrogénio pode ser utilizado para a produção de oxigénio através da redução por hidrogénio da ilmenite.[41][42][43]

Metais

Ferro

Minerais lunares comuns[44]
MineralElementosAspeto da rocha lunar
Plagioclase feldspato Cálcio (Ca)
Alumínio (Al)
Silício (Si)
Oxigénio (O)		 Branco a cinzento transparente; geralmente como grãos alongados.
Piroxena Ferro (Fe),
Magnésio (Mg)
Cálcio (Ca)
Silício (Si)
Oxigénio (O)		 Castanho-avermelhado a preto; os grãos parecem mais alongados nos maria e mais quadrados nas terras altas.
Olivina Ferro (Fe)
Magnésio (Mg)
Silício (Si)
Oxigénio (O)		 Cor esverdeada; geralmente, aparece numa forma arredondada.
Ilmenite Ferro (Fe),
Titânio (Ti)
Oxigénio (O)		 Cristais quadrados pretos e alongados.

O Ferro (Fe) é abundante em todos os basaltos dos mares (~14–17% por peso), mas está maioritariamente retido em minerais de silicato (ou seja, piroxena e olivina) e no mineral de óxido ilmenite nas planícies.[1][45] A extração seria bastante exigente em termos energéticos, mas suspeita-se que algumas anomalias magnéticas lunares proeminentes se devam a detritos meteoríticos ricos em Fe sobreviventes. Apenas a exploração futura in situ determinará se esta interpretação está correta ou não, e quão exploráveis tais detritos meteoríticos podem ser.[1] A hematite, um mineral composto de óxido férrico (Fe2O3), foi encontrada na Lua. Este mineral é o produto de uma reação entre ferro, oxigénio e água líquida. O oxigénio da atmosfera da Terra pode causar esta reação, como indicado pelo facto de haver mais hematite no lado da Lua voltado para a Terra.[46]

O ferro livre também existe no rególito (0,5% por peso) naturalmente ligado ao níquel e ao cobalto e pode ser facilmente extraído por ímanes simples após a moagem.[45] Este pó de ferro pode ser processado para fabricar peças utilizando técnicas de metalurgia do pó,[45] como fabrico aditivo, impressão 3D, Sinterização seletiva a laser (SLS), Fusão seletiva a laser (SLM) e Fusão por feixe de eletrões (EBM).

Titânio

O Titânio (Ti) pode ser ligado com ferro, alumínio, vanádio e molibdénio, entre outros elementos, para produzir ligas fortes e leves para uso aeroespacial. Existe quase exclusivamente no mineral ilmenite (FeTiO3) numa proporção de 5–8% por peso.[1] A ilmenite é a principal fonte de titânio na Terra e processos como o processo de cloreto para extrair titânio da ilmenite estão bem estabelecidos à escala industrial. Os minerais de ilmenite na Lua também retêm hidrogénio (protões) do vento solar, pelo que o processamento da ilmenite também produzirá hidrogénio, um elemento valioso na Lua.[45] Os vastos basaltos de inundação no lado visível noroeste (Mare Tranquillitatis) possuem alguns dos teores de titânio mais elevados da Lua,[34] com 10 vezes mais titânio do que as rochas na Terra.[47]

Alumínio

O Alumínio (Al) é encontrado com uma concentração na faixa de 10–18% por peso, presente no mineral anortite ( CaAl2Si2O8),[45] o membro final de cálcio da série de minerais plagioclase feldspato.[1] O alumínio é um bom condutor elétrico, e o pó de alumínio atomizado também constitui um bom combustível sólido para foguetes quando queimado com oxigénio.[45] A extração de alumínio também exigiria a decomposição da plagioclase (CaAl2Si2O8).[1] A extração de alumínio exigiria grandes quantidades de eletricidade, ainda mais do que na Terra, porque o mineral de alumínio bauxite, que é a base da maior parte da produção de alumínio na Terra, não existe na Lua, uma vez que é formado por intemperismo químico envolvendo água líquida.

Silício

Foto de um pedaço de silício purificado

O Silício (Si) é um metaloide abundante em todo o material lunar, com uma concentração de cerca de 20% por peso. É de enorme importância para produzir matrizes de painéis solares para a conversão de luz solar em eletricidade, bem como vidro, fibra de vidro e uma variedade de cerâmicas úteis. Alcançar uma pureza muito elevada para utilização como semicondutor seria um desafio, especialmente no ambiente lunar.[1] A conversão de sílica em silício é um processo intensivo em energia. Na Terra, isto é geralmente feito através de redução carbotérmica, um processo que requer carbono, um elemento em escassez comparativa na Lua.

Cálcio

Cristais de Anortite num vug de basalto do Vesúvio, Itália (tamanho: 6,9 × 4,1 × 3,8 cm)

O Cálcio (Ca) é o quarto elemento mais abundante nas terras altas lunares, presente nos minerais de anortite (fórmula CaAl2Si2O8).[45][48] Os óxidos de cálcio e os silicatos de cálcio não são apenas úteis para cerâmicas, mas o metal de cálcio puro é flexível e um excelente condutor elétrico na ausência de oxigénio.[45] A anortite é rara na Terra[49] mas abundante na Lua.[45]

O cálcio também pode ser usado para fabricar células solares baseadas em silício, exigindo silício lunar, ferro, óxido de titânio, cálcio e alumínio.[50]

Quando combinada com água, a cal (óxido de cálcio) produz quantidades significativas de calor. Entretanto, a cal hidratada (hidróxido de cálcio) absorve dióxido de carbono, o que pode ser usado como um filtro (não renovável). O material resultante, carbonato de cálcio, é vulgarmente usado como material de construção na Terra.

Magnésio

O Magnésio (Mg) está presente em magmas e nos minerais lunares piroxena e olivina,[51] pelo que se suspeita que o magnésio seja mais abundante na crosta lunar inferior.[52] O magnésio tem múltiplas utilizações como ligas para os setores aeroespacial, automóvel e eletrónica. Na Terra, as ligas de alumínio são utilizadas particularmente onde são necessários baixo peso e alta resistência; exemplos incluem fuselagens de aviões, carruagens de comboios de alta velocidade e afins. A extração de magnésio das rochas lunares também requer grandes quantidades de energia.

Tório

A Anomalia de Tório Compton–Belkovich é um complexo vulcânico no Lado oculto da Lua.[53] Foi descoberto por um espetrómetro de raios gama em 1998 e é uma área de tório concentrado, um elemento fértil'.[53][54] Da mesma forma, o KREEP possui áreas com várias ppm de tório na rocha.

Elementos de terras raras

Os Elementos de terras raras são utilizados para fabricar tudo, desde veículos elétricos ou híbridos, turbinas eólicas, dispositivos eletrónicos e tecnologias de energia limpa.[55][56] Apesar do nome, os elementos de terras raras são – com exceção do promécio – relativamente abundantes na crosta terrestre. No entanto, devido às suas propriedades geoquímicas, os elementos de terras raras estão tipicamente dispersos e não são frequentemente encontrados concentrados em minerais de terras raras; como resultado, jazidas de minério economicamente exploráveis são menos comuns.[57] Existem reservas importantes na China, Califórnia, Índia, Brasil, Austrália, África do Sul e Malásia,[58] mas a China é responsável por mais de 95% da produção mundial de terras raras.[59] (Ver: Indústria de terras raras na China.)

Embora as evidências atuais sugiram que os elementos de terras raras são menos abundantes na Lua do que na Terra,[60] a NASA vê a mineração de minerais de terras raras como um recurso lunar viável[61] porque apresentam uma vasta gama de propriedades óticas, elétricas, magnéticas e catalíticas industrialmente importantes.[1] KREEP são partes da superfície lunar mais ricas em potássio (o "K" provém do símbolo químico), elementos de terras raras (rare earth elements) e fósforo (P). O potássio e o fósforo são dois dos três nutrientes essenciais para as plantas, sendo o terceiro o azoto fixado (daí o fertilizante NPK); qualquer atividade agrícola na Lua necessitaria de um fornecimento desses elementos — quer obtidos in situ quer trazidos de outro local, por exemplo, da Terra.

Hélio-3

O vento solar depositou mais de 1 milhão de toneladas de hélio-3 (3He) na superfície da Lua.[62] Os materiais na superfície da Lua contêm hélio-3 em concentrações estimadas entre 1,4 e 15 partes por bilião (ppb) em áreas iluminadas pelo sol,[1][63][64] e podem conter concentrações de até 50 ppb em regiões permanentemente sombreadas.[65] Para comparação, o hélio-3 na atmosfera da Terra ocorre em 7,2 partes por trilião (ppt).

Desde 1986,[66] têm sido apresentadas propostas para explorar o rególito lunar e utilizar o hélio-3 para fusão nuclear.[61] Embora, a partir de 2020, reatores experimentais de fusão nuclear funcionais existam há décadas,[67][68] nenhum deles forneceu ainda eletricidade comercialmente.[69][70] Devido às baixas concentrações de hélio-3, qualquer equipamento de mineração teria de processar grandes quantidades de rególito. Mais de 150 toneladas de rególito devem ser processadas para obter 1 grama (0,035 oz) de hélio-3.[71] A China iniciou o Programa Chinês de Exploração Lunar para explorar a Lua e está a investigar a perspetiva de mineração lunar, especificamente procurando o isótopo hélio-3 para utilização como fonte de energia na Terra.[72] Nem todos os autores consideram viável a extração extraterrestre de hélio-3,[69] e mesmo que fosse possível extrair hélio-3 da Lua, nenhum reator de energia de fusão útil produziu mais energia de saída do que a energia elétrica de entrada.[69][70] No entanto, a 13 de dezembro de 2022, o Departamento de Energia dos Estados Unidos anunciou que a National Ignition Facility "realizou a primeira experiência de fusão controlada na história a atingir este marco, também conhecido como breakeven de energia científica, o que significa que produziu mais energia da fusão do que a energia do laser utilizada para a impulsionar."[73] A desvantagem continua a ser que o hélio-3 é um recurso lunar limitado que pode ser esgotado uma vez minerado.[10]

Carbono e azoto

O Carbono (C) seria necessário para a produção de aço lunar, mas está presente no rególito lunar em quantidades vestigiais (82 ppm[74]), contribuído pelo vento solar e impactos de micrometeoritos.[75] Devido às temperaturas extremamente baixas, as regiões permanentemente sombreadas dos polos da Lua possuem armadilhas frias que possivelmente contêm dióxido de carbono sólido.[76] A presença de carbono deve-se maioritariamente ao carbono do vento solar implantado no rególito global. O carbono está presente em gelos contendo carbono nos polos lunares em concentrações de até 20% por peso. No entanto, a maioria dos gelos contendo carbono tem uma concentração de carbono de 0–3% por peso. Os compostos contendo carbono que poderiam existir incluem monóxido de carbono (CO), etileno (C2H4), dióxido de carbono (CO2), metanol (CH3OH), metano (CH4), sulfureto de carbonilo (OCS), cianeto de hidrogénio (HCN) e tolueno (C7H8). Estes compostos formam cerca de 5000 ppm de carbono elementar em amostras de solo trazidas da Lua. Estas regiões polares contêm C, H e O que podem servir como fontes de propelente para naves espaciais Methalox.[77]

O Azoto (N) foi medido a partir de amostras de solo trazidas para a Terra, e existe em quantidades vestigiais de menos de 5 ppm.[78] Foi encontrado sob a forma de isótopos 14N, 15N e 16N.[78][79] Até 87% do azoto encontrado no rególito lunar pode provir de fontes não solares (não provenientes do Sol) ou de outros planetas. Cometas e meteoritos contribuem com menos de ~10% do azoto de fontes não solares.[80] O carbono e o azoto fixado seriam necessários para atividades agrícolas dentro de uma biosfera artificial selada. O ar na Terra é composto por cerca de 78,08% de azoto por volume.

Changesite–(Y)

Rególito para construção

O desenvolvimento de uma economia lunar exigirá uma quantidade significativa de infraestrutura na superfície lunar, que dependerá fortemente das tecnologias de Utilização de recursos in situ (ISRU). Um dos principais requisitos será o fornecimento de materiais de construção para erguer habitats, depósitos de armazenamento, plataformas de aterragem, estradas e outras infraestruturas.[81][82] O solo lunar não processado, também chamado de rególito, pode ser transformado em componentes estruturais utilizáveis,[83][84] através de técnicas como sinterização, prensagem a quente, liquefação, o método de basalto fundido,[20][85] e Impressão 3D.[81] O vidro e a fibra de vidro são fáceis de processar na Lua, e descobriu-se que a resistência dos materiais do rególito pode ser melhorada utilizando fibra de vidro, como uma mistura de 70% de fibra de vidro de basalto e 30% de PETG.[81] Foram realizados testes bem-sucedidos na Terra utilizando alguns simulantes de rególito lunar,[86] incluindo MLS-1 e MLS-2.[87]

O solo lunar, embora represente um problema para quaisquer partes mecânicas móveis, pode ser misturado com nanotubos de carbono e epoxis na construção de espelhos de telescópios com até 50 metros de diâmetro.[88][89][90] Várias crateras perto dos polos são permanentemente escuras e frias, um ambiente favorável para telescópios de infravermelhos.[91]

Algumas propostas sugerem a construção de uma base lunar na superfície utilizando módulos trazidos da Terra e cobrindo-os com solo lunar. O solo lunar é composto por uma mistura de sílica e compostos contendo ferro que podem ser fundidos num sólido vítreo utilizando radiação de micro-ondas.[92][93]

A Agência Espacial Europeia, trabalhando em 2013 com uma empresa de arquitetura independente, testou uma estrutura impressa em 3D que poderia ser construída com rególito lunar para utilização como base lunar.[94][95][96] O solo lunar impresso em 3D proporcionaria "radiação e isolamento térmico. No interior, um insuflável pressurizado leve com o mesmo formato de cúpula seria o ambiente de vida para os primeiros colonos humanos na Lua."[96]

No início de 2014, a NASA financiou um pequeno estudo na Universidade do Sul da Califórnia para desenvolver ainda mais a técnica de impressão 3D Contour Crafting. As aplicações potenciais desta tecnologia incluem a construção de estruturas lunares de um material que poderia consistir em até 90 por cento de material lunar, com apenas dez por cento do material a exigir transporte a partir da Terra.[97] A NASA também está a estudar uma técnica diferente que envolveria a sinterização de poeira lunar utilizando radiação de micro-ondas de baixa potência (1500 watts). O material lunar seria aglutinado por aquecimento entre 1200 a 1500 C, um pouco abaixo do ponto de fusão, de modo a fundir a poeira de nanopartículas num bloco sólido semelhante a uma cerâmica, e não exigiria o transporte de um material aglutinante a partir da Terra.[98]

Mineração

Existem vários modelos e propostas sobre como explorar os recursos lunares, mas poucos deles consideram a sustentabilidade.[99] O planejamento a longo prazo é necessário para alcançar a sustentabilidade e garantir que as gerações futuras não se deparem com um deserto lunar estéril devido a práticas imprudentes.[99][100][101] Para ser verdadeiramente sustentável, a mineração lunar teria de adotar processos que não utilizem nem produzam materiais tóxicos, e que minimizem o desperdício através de ciclos de reciclagem.[99][82]

Prospecção

Inúmeras sondas orbitais mapearam a composição da superfície lunar, incluindo Clementine, LRO, LCROSS, a sonda Artemis, SELENE, Lunar Prospector, Chandrayaan-1 e Chang'e 1. O programa soviético Luna e o Programa Apollo trouxeram amostras lunares de volta à Terra para análise. A partir de 2019, está em curso uma nova "corrida à Lua" que inclui a prospecção de recursos lunares para apoiar bases tripuladas.

No século XXI, o Programa Chinês de Exploração Lunar,[102][103] está executando uma abordagem por etapas para o desenvolvimento tecnológico incremental e a prospecção de recursos para uma base tripulada, projetada para a década de 2030, de acordo com a agência de notícias estatal chinesa Xinhua.[104] O Programa Chandrayaan da Índia está focado em entender primeiro o ciclo da água lunar e em mapear a localização e concentrações de minerais a partir de órbita e in situ. O programa Luna-Glob da Rússia está planejando e desenvolvendo uma série de landers, rovers e orbitadores para prospecção e exploração científica, visando eventualmente empregar métodos de utilização de recursos in situ (ISRU) com a intenção de construir e operar sua própria base lunar tripulada na década de 2030.[105][106]

Os EUA estudam a Lua há décadas e em 2019 começaram a implementar o programa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) para apoiar o Programa Artemis tripulado, ambos visando a prospecção e exploração de recursos lunares para facilitar uma base tripulada de longo prazo na Lua e, dependendo das lições aprendidas, avançar para uma Missão tripulada a Marte.[107] O rover da NASA Resource Prospector foi planejado para prospectar recursos em uma região polar da Lua, com lançamento previsto para 2022.[108][109] O conceito da missão estava em estágio de pré-formulação e um protótipo do rover estava sendo testado quando foi cancelado em abril de 2018.[110][108][109] Em vez disso, seus instrumentos científicos voarão em várias missões de landers comerciais contratadas pelo programa CLPS da NASA, que visa focar no teste de vários processos de ISRU lunares ao pousar diversas cargas úteis em múltiplos landers e rovers robóticos comerciais. Os primeiros contratos de carga útil foram concedidos em 21 de fevereiro de 2019,[111][112] e voarão em missões separadas. O CLPS informará e apoiará o Programa Artemis da NASA, levando a um posto avançado lunar tripulado para estadias prolongadas.[107]

Uma organização europeia sem fins lucrativos apelou a uma colaboração sinérgica global entre todas as agências espaciais e nações em vez de uma "corrida à Lua"; este conceito colaborativo proposto é chamado de Moon Village.[113] A Moon Village busca criar uma visão onde tanto a cooperação internacional quanto a comercialização do espaço possam prosperar.[114][115][116]

Algumas empresas privadas pioneiras como Shackleton Energy Company,[117] Deep Space Industries, Planetoid Mines, Golden Spike Company, Planetary Resources, Astrobotic Technology, e Moon Express estão planejando empreendimentos privados comerciais de prospecção e mineração na Lua.[1][118]

Em 2024, uma startup americana chamada Interlune anunciou planos para minerar Hélio-3 na Lua para exportação de volta à Terra. A primeira missão planeja usar o programa Commercial Lunar Payload Services da NASA para chegar à Lua.[119] Em agosto de 2025, a Interlune indicou que o rover FLIP da Astrobotic transportará uma câmera multiespectral projetada por eles para buscar Hélio-3.[120]

Métodos de extração

Os extensos mares lunares são compostos de fluxos de lava basáltica. Sua mineralogia é dominada por uma combinação de cinco minerais: anortitas (CaAl2Si2O8), ortopiroxênios ((Mg,Fe)SiO
3), clinopiroxênios (Ca(Fe,Mg)Si
2O
6), olivinas ((Mg,Fe)
2SiO
4), e ilmenita (FeTiO
3),[1][49] todos abundantes na Lua.[121] Foi proposto que fundições poderiam processar o basalto para decompô-lo em cálcio puro, alumínio, oxigênio, ferro, titânio, magnésio e vidro de sílica.[122] A Agência Espacial Europeia concedeu financiamento à Metalysis em 2020 para desenvolver ainda mais o FFC Cambridge process para extrair titânio do regolito enquanto gera oxigênio como subproduto.[123] A anortita lunar bruta também poderia ser usada para fabricar fibra de vidro e outros produtos cerâmicos.[122][45] Outra proposta prevê o uso de flúor trazido da Terra como fluoreto de potássio para separar as matérias-primas das rochas lunares.[124]

Embora as sondas Luna tenham espalhado galhardetes da União Soviética na Lua, e bandeiras dos Estados Unidos tenham sido simbolicamente plantadas em seus locais de pouso pelos astronautas da Apollo, nenhuma nação reivindica a propriedade de qualquer parte da superfície da Lua até 2025,[125] e o status legal internacional da mineração de recursos espaciais é incerto e controverso.[126][127]

Os cinco tratados e acordos[128] do direito espacial internacional cobrem a "não apropriação do espaço exterior por qualquer país, controle de armas, liberdade de exploração, responsabilidade por danos causados por objetos espaciais, segurança e resgate de naves espaciais e astronautas, prevenção de interferência prejudicial com atividades espaciais e o meio ambiente, notificação e registro de atividades espaciais, investigação científica e a exploração de recursos naturais no espaço exterior e a solução de controvérsias."[129]

Rússia, China e os Estados Unidos são partes do Tratado do Espaço Exterior (OST) de 1967,[130] que é o tratado mais amplamente adotado, com 104 partes.[131] O tratado OST oferece diretrizes imprecisas para atividades espaciais mais novas, como mineração lunar e de asteroides,[132] e, portanto, permanece sob disputa se a extração de recursos se enquadra na linguagem proibitiva de apropriação ou se o uso engloba o uso comercial e a exploração. Embora sua aplicabilidade na exploração de recursos naturais permaneça em disputa, os principais especialistas geralmente concordam com a posição emitida em 2015 pelo Instituto Internacional de Direito Espacial (IISL) afirmando que, "em vista da ausência de uma proibição clara da coleta de recursos no Tratado do Espaço Exterior, pode-se concluir que o uso de recursos espaciais é permitido."[133]

O Tratado da Lua de 1979 é uma proposta de estrutura de leis para desenvolver um regime de regras e procedimentos detalhados para a exploração ordenada de recursos.[134][135] Este tratado regularia a exploração de recursos se fosse "regida por um regime internacional" de regras (Artigo 11.5),[136] mas não houve consenso e as regras precisas para mineração comercial não foram estabelecidas.[137] O Tratado da Lua foi ratificado por pouquíssimas nações e, portanto, sugerido como tendo pouca ou nenhuma relevância no direito internacional.[138][139] A última tentativa de definir regras detalhadas aceitáveis para a exploração terminou em junho de 2018, após S. Neil Hosenball, que foi o Conselheiro Geral da NASA e principal negociador dos EUA para o Tratado da Lua, decidir que a negociação das regras de mineração no Tratado da Lua deveria ser adiada até que a viabilidade da exploração dos recursos lunares tivesse sido estabelecida.[140]

Buscando diretrizes regulatórias mais claras, empresas privadas nos EUA instigaram o governo dos EUA e legalizaram a mineração espacial em 2015 ao introduzir o Commercial Space Launch Competitiveness Act of 2015.[141] Legislações nacionais semelhantes que legalizam a apropriação extraterrestre de recursos estão agora sendo replicadas por outras nações, incluindo Luxemburgo, Japão, China, Índia e Rússia.[132][142][143][144] Isso criou uma controvérsia legal internacional sobre os direitos de mineração para lucro.[142][139] Um especialista jurídico afirmou em 2011 que as questões internacionais "provavelmente seriam resolvidas durante o curso normal da exploração espacial."[139] Em abril de 2020, o presidente dos EUA, Donald Trump, assinou uma ordem executiva para apoiar a mineração na Lua.[145]

Ver também

  • Colonização da Lua — proposed establishment of a permanent human community or robotic industries on the Moon
  • Exploração da Lua — Várias missões para a Lua
  • Geologia da Lua — ciência que aplica métodos e técnicas da geologia à Lua
  • Utilização de recursos in situ

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