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在月球上开采稀有矿物对国家安全至关重要吗?

这张月球图像来自美国国家航空航天局在印度空间研究组织的月船1号任务中的月球矿物学测绘器。它是来自太阳的反射近红外辐射的三色合成物,说明了不同材料在月球面向地球一侧的映射程度。在月球表面的不同位置检测到少量的水和羟基(蓝色)。这张图片展示了它们在高纬度地区向两极的分布。

这个看似贫瘠的月球实际上可能是一个价值连城的资源宝库:一个潜在的丰富、矿产丰富但尚未开发的宇宙采石场。尽管如此,很少有人将月球视为一个诱人的采矿点,适合开采具有战略和国家安全重要性的稀有元素。

在地球上,中国最近阻止了向日本出口用于一系列产品的稀土元素;从风力涡轮机和用于混合动力汽车的太阳能电池板玻璃,甚至制导导弹和其他面向防御的产品。

中国正越来越多地限制此类人员出境的配额。随着这些宝贵矿产的稀缺性不断增加,其他国家对这种有限资源的可用性也越来越担忧。

例如,美国国会研究服务局最近的一份报告“美国国会的一项研究”回顾了稀土元素在国防中的广泛使用。

报告考察了美国以外的铕和钽等元素的生产情况,并指出了供应脆弱性的重要问题。

该研究指出,稀土元素用于新能源技术和国家安全应用,并问道:美国是否容易受到这些元素供应中断的影响?“它们对美国国家安全和经济福祉至关重要吗?”

国会研究服务评估中指出的政策选择包括建立政府运营的经济储备和/或私营部门的储备。该研究指出,这样做“可能是一项谨慎的投资”,并将包含“绿色倡议”和国防应用广泛需要的特定稀土元素的供应。

局部浓度

考虑到地球上所有的矿产危害,月球可能会成为重要资源的源泉,“但开采的质量、数量和支出如何”

位于罗德岛普罗维登斯的布朗大学地质科学系的顶尖行星科学家Carle Pieters提供了月球景观。

Pieters在接受太空网采访时表示:“是的,我们知道月球上存在局部REE浓度。”“我们还从返回的样本中知道,我们没有直接对这些REE浓度进行采样,但可以很容易地沿着混合线与我们现有的许多样本进行检测。”

Pietersis也是美国国家航空航天局月球矿物学测绘器M3的首席研究员,该测绘器搭载在印度的月船1号月球轨道航天器上。该探测器于2008年10月由印度空间研究组织发射升空,并绕月运行至2009年8月下旬。

在这些发现中,M3齿轮发现了一系列全新的月球矿物浓度过程,迄今为止尚未得到重视。

例如,M3实验探测到了一种新的月球岩石,“一种由地壳和月球高地中丰富的古老斜长石和粉红色尖晶石组成的独特混合物”,粉红色尖晶石是镁、铝和氧的一种特别美丽的排列,以其最纯净的形式被视为地球上的宝石。

在引力锁中,我们的天体邻居身上有哪些珍贵元素

Pieters说,月球科学家很清楚月球稀土元素是如何“集中”的,这是月球岩浆-海洋分异序列的一部分。但现在人们也认识到,“早期事件以我们仍在努力解决的方式扰乱并实质上重组了这一过程,”她补充道。

Pieters说,随着最近但有限的来自欧洲、日本、中国、印度和现在的美国的国际快速月球轨道飞行器和遥感仪器的月球新数据,“我们开始看到分离和浓缩不同矿物的地质过程活动的直接证据。”

在月球上,这些区域和露头都是局部的,而且很小。暴露在很大程度上取决于使用撞击坑作为内部探测器。

Pieters观察到,目前的数据只足以表明某些矿物浓度的存在,但不足以调查和绘制其特征和分布图。

LunarKREEP爬行

太空采矿专家、位于罗拉的密苏里科技大学岩石力学与爆炸研究中心副主任Leslie Gertsch也参与了月球矿物争夺。她对KREEP的评价很低。

Gertsch解释说,KREEP是基于富含钾(K)、稀土元素(REE)、磷(P)、钍和其他不相容元素的月球区地球化学成分的元素符号的首字母缩写。

Gertsch说:“在岩浆结晶过程中,这些元素没有被纳入常见的岩石形成矿物中,因此它们在残余岩浆和最终形成的岩石中富集。在月球上尤其如此。”

她解释说,月球形成的一个流行模型是,它是由年轻的地球撞击火星大小的行星后聚集的物质形成的全球岩浆海洋凝固而成的。

Gertsch说,KREEPis暴露在月球表面的某些区域。她补充道,尽管稀土元素本身目前无法通过远程仪器检测到,但由于类似的地球化学性质导致它们在相同条件下结晶,发现钍提高了在月球表面发现相关稀土元素的能力。

“然而,将稀土元素彼此分离是困难的,”Gertsch指出,“因为它们很少有显著不同的性质——至少通过标准方法可以有效地分选矿石颗粒。”

Gertsch说,稀土元素有时确实存在于其他金属的矿石中。

Gertsch总结道:“据推测,REE混合物可以在月球上生产并运往地球进行更具体的分离。据我所知,既没有研究潜在的采矿方法,也没有研究这种特殊方法的经济性。”

查找和提炼

Solet说月球上富含稀土元素

位于安大略省萨德伯里的加拿大北方先进技术中心股份有限公司创新总监DaleBoucher说:“我认为生产经济在这里占主导地位。”

Boucher说,月球上稀土元素的存在只能通过专门的月球探测计划来确定。这不仅需要轨道传感技术,还需要实际的岩芯和采样,其方式类似于地球上的标准采矿和矿物勘探实践。

Boucher解释说,这只会提供分级数据,但会解决月球上有价值的稀有元素的问题。

Boucher说,另一个问题不仅仅是挖掘它们,而是发现和提炼的整个过程。

Boucher说:“北美似乎有大量的稀土元素,只是提炼它们还没有盈利。‘我们能为此定价吗’中的战略元素有什么价值?如果是这样,开采月球和提取稀土元素在经济上可能是可行的。”

鲍彻说,最终,整个前提是用户前门的每磅成本。他总结道:“这是一个非常棘手的问题,非常适合小型经济学家。”

远程透视

一位专家认为,无论月球上的稀土元素可能会被争夺,也可能不会被争夺,月球上还有另一种高价值的资源。

休斯顿月球和行星研究所的行星科学家、月球探测的主要倡导者保罗·斯普迪斯说:“对于稀土来说,它们之所以被称为稀有,是因为它们的丰度低,而不是经济价值。然而,有些稀土在制造业中确实有实际用途,比如在超导体磁体中。”

研究表明,除西部近端的KREEP地形外,月球上的稀土元素丰度非常低。

Spudis建议道:“我听说过的唯一可能的用途是开采月球水族馆‘严格来说不是稀土,而是与之相关’,为月球基地的核反应堆提供燃料。我怀疑这是一个相当遥远的前景。”

对斯普迪斯来说,真正具有战略意义的月球商品是水。

斯普迪斯说:“它对生命支持、能量储存和推进剂都很有用。它可以在月球上提取并出口到顺月空间,以创建一个永久的运输系统。”“这就是你的策略!”

话虽如此,但有一个问题:在20到50年的时间框架内,月球上是否有价值或战略资源

Pieters说:“我们不可能完全预测未来什么是重要的,但我预计答案是肯定的。”

Pieters补充道:“资源知识是月球探测的一个方面,它肯定会推动非美国航天国家的发展。令人失望的是,我们太空计划的规划者没有在这个范围或时间尺度上进行投资。”“除了在月球极地阴影中寻找水源的混乱之外,人们还付出了巨大的努力来记录和评估地球最近邻居的矿产资源。令人沮丧!”


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