月の資源
1992 年 12 月 7 日にガリレオ宇宙船が月の北部地域を飛行した際に、同宇宙船の画像システムによって3 つのスペクトル フィルターを通して撮影された 53 枚の一連の画像から人工的に色付けされたモザイク。色は異なる物質を示しています。
アポロ16号の乗組員がデカルトクレーター付近から採取した月の斜長岩

月には、将来的に開発が期待される豊富な天然資源が埋蔵されています。 [ 1 ] [ 2 ]潜在的な月資源には、揮発性物質や鉱物などの加工可能な物質に加え、溶岩洞などの地質構造も含まれており、これらを組み合わせることで月面居住が可能となる可能性があります。月面資源の現地利用（ISRU）は、月面探査をはじめとする様々な活動のコストとリスクを軽減する手段となる可能性があります。[ 3 ] [ 4 ]

資源マッピングとサンプルリターンミッションにより、月面ISRUの可能性に関する理解が深まりました。2019年の評価では、ISRUに基づくキャンペーンを実施するために多額の資金を投入するだけの十分な知識がまだ得られていないと結論付けられました。[ 5 ]資源の可用性の判断は、人間の居住地選定を左右するでしょう。[ 6 ] [ 7 ]

概要

月面物質は、月面探査の継続や、地球と月周辺（いわゆる地球近傍空間）での科学・経済活動の促進に役立つ可能性があり、また、地球表面に持ち込まれて世界経済に直接貢献する可能性もあります。[ 1 ]レゴリス（月の土）は最も入手しやすい製品であり、溶解することで放射線や微小隕石からの保護、建設資材や舗装材として利用できます。[ 8 ]月面レゴリス酸化物からの酸素は、代謝酸素やロケット推進剤酸化剤の供給源となります。水氷は、放射線遮蔽、生命維持、酸素、ロケット推進剤の原料となる水を提供できます。永久影のクレーターからの揮発性物質は、メタン（CH4）、アンモニア（NH3）、二酸化炭素（CO2）および一酸化炭素（CO）。[ 9 ] レゴリスに含まれる様々な鉱物から、地域産業に必要な 金属やその他の元素が得られる可能性がある。

月は炭素と窒素に乏しく、金属と原子状酸素に富んでいることが知られていますが、それらの分布と濃度は未だ不明です。さらなる月探査によって、経済的に有用な物質のさらなる濃縮が明らかになるでしょう。これらの物質が経済的に採掘可能かどうかは、それらの価値と、採掘を支えるエネルギーとインフラの整備状況に左右されます。[ 10 ]月面で現場資源利用（ISRU）を成功させるには、着陸地点の選定に加え、適切な月面作業と技術の特定が不可欠です。

いくつかの宇宙機関による月周回軌道からの偵察が進行中で、着陸船と探査機がその場で資源と集中を偵察している(「月へのミッション一覧」を参照)。

リソース

月の表面の化学組成[ 11 ]
化合物式構成
マリア高地
シリカSiO2​45.4%45.5%
アルミナアルミニウム​​​14.9%24.0%
ライム酸化カルシウム11.8%15.9%
酸化鉄(II)FeO14.1%5.9%
マグネシア酸化マグネシウム9.2%7.5%
二酸化チタン二酸化チタン3.9%0.6%
酸化ナトリウムナトリウム2O​0.6%0.61%
 99.9%100.0%

月面には太陽エネルギー、酸素、金属が豊富に存在する。 [ 12 ] 月面に存在することが知られている元素には、水素（ H）、[ 1 ] [ 13 ]酸素（O）、ケイ素（Si）、鉄（Fe）、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）、アルミニウム（Al）、マンガン（Mn） 、チタン（Ti）などがある。特に豊富な元素としては、酸素、鉄、ケイ素が挙げられる。レゴリス中の原子状酸素含有量は、重量比で45%と推定されている。[ 14 ] [ 15 ]

アポロ17号の月大気組成実験（LACE）の研究によると、月の外気圏には微量の水素（H 2）、ヘリウム（He）、アルゴン（Ar）、そしておそらくアンモニア（NH 3）、二酸化炭素（CO 2）、メタン（CH 4）が含まれていることが示されている。月面での微量ガスの存在は、高エネルギー光子または太陽風が月面の物質と反応すること、月の表土の蒸発、彗星や流星体からの物質堆積、月内部からのガス放出など、いくつかのプロセスで説明できる。しかし、これらは非常に低濃度の微量ガスである。[ 16 ]月の外気圏の全質量はおよそ25,000キログラム（55,000ポンド）で、表面圧力は3×10 −15 bar（2×10 −12 torr）である。[ 17 ]微量ガスは、その場での資源利用には役立たない可能性が高い。

太陽光発電

月の昼は約2週間続き、その後約2週間夜が続きますが、月の両極はほぼ常に照らされています。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]月の南極には、クレーターの縁がほぼ常に太陽光にさらされている領域がありますが、クレーターの内部は太陽光から永久に遮られています。

太陽電池は、レゴリスを加熱し、太陽電池構造に適した半導体材料をレゴリス基板上に直接蒸発させ、金属接点と相互接続部を堆積させて地上で直接完全な太陽電池アレイを完成させる機能を備えた中型（約200kg）ローバーによって月の土壌上に直接製造することができます。[ 21 ]しかし、このプロセスでは、レゴリスから必要な材料を精製するために地球からフッ化カリウムを輸入する必要があります。[ 22 ]

原子力

キロパワー核分裂システムは、月、火星、およびそれ以降の目的地での長期有人基地を可能にする信頼性の高い電力生成のために開発されています。[ 23 ] [ 24 ]このシステムは、太陽光による発電が断続的な月や火星の場所に最適です。[ 24 ] [ 25 ]ウランとトリウムはどちらも月に存在しますが、核燃料のエネルギー密度が高いため、その場で生産するよりも地球から適切な燃料を輸入する方が経済的である可能性があります。

放射性同位元素熱電発電機（RTG）は、放射性同位元素の誘導核分裂ではなく自然崩壊を利用する原子力発電の別の形態です。月を含む宇宙空間で数十年にわたり利用されてきました。通常のプロセスでは、適切な物質を地球から調達しますが、使用済み核燃料などの原料があれば（地球から輸送して処理するか、現地の核分裂炉で生成するか）、プルトニウム238またはストロンチウム90を月で生成することができます。RTGは、月面および月面以外の用途において、利用可能な太陽光に依存せずに電力を供給できます。RTGには有害な有毒物質や放射性物質が含まれているため、事故の際にそれらの物質が意図せず拡散する懸念があります。そのため、放射線の危険性が 過大評価されているため、一般大衆による抗議活動は、RTGの段階的廃止（代わりに代替エネルギー源の推奨）に集中することがよくあります。

より理論的な月の資源としては、核融合のための潜在的な燃料があります。ヘリウム3は、月の表土中に地球よりも多く存在するため、特にメディアの注目を集めています。しかしながら、これまで核融合は、人類が制御された形で、正味の利用可能なエネルギーを放出する形で利用されたことはありません（核融合炉のような装置は正味のエネルギーを消費しますが、水素爆弾は制御された核融合反応ではありません）。さらに、ヘリウム3は核融合の可能性のある経路の一つに必要ですが、他の経路では、地球上でより容易に入手できる核種、例えば三重水素、リチウム、重水素などが利用されています。

酸素

レゴリス中の元素酸素含有量は重量比で45%と推定されています。[ 15 ] [ 14 ]酸素は、鉄分を多く含む月の鉱物やガラスに酸化鉄としてよく見られます。このような月の鉱物やガラスには、イルメナイト、オリビン、輝石、衝突ガラス、火山ガラスなどがあります。[ 26 ]月には、16 O、17 O、18 Oといった様々な酸素同位体が存在します。 [ 27 ]

月のレゴリスから酸素を抽出するための少なくとも20種類の異なるプロセスが報告されているが[ 28 ] [ 29 ]、いずれも2～4メガワット年のエネルギー（すなわち1,000 トンの酸素を生成するのに、約1000Jの電気エネルギーが必要です。[ 1 ]金属酸化物からの酸素抽出でも有用金属が生成されますが、水を原料として使用しても有用金属は生成されません。[ 1 ]月の土壌から酸素を生成する可能性のある方法の1つは、2つのステップを必要とします。最初のステップでは、酸化鉄を水素ガス（H2）で還元して、元素鉄（Fe）と水（H2O）を生成します。 [ 26 ]次に、水を電気分解して酸素を生成します。酸素は低温で液化して貯蔵できます。放出される酸素の量は、月の鉱物やガラスに含まれる酸化鉄の量に依存します。月の土壌からの酸素生成は比較的速いプロセスで、数十分で起こります。対照的に、月のガラスからの酸素の抽出には数時間かかります。[ 26 ]

人間の酸素消費量は身体活動に依存し、食事や重力の影響を受ける。低～中程度の身体活動をする人間の二酸化炭素排出量として一般的に想定される概算値は、1人1日あたり2.2キログラム（4.9ポンド）の二酸化炭素を吐き出すと仮定している。国際宇宙ステーションの微小重力環境では、この値は1人1日あたり1キログラム（2.2ポンド）まで低下する可能性がある。[ 30 ]生成される二酸化炭素1モルあたり1モルの酸素が消費されると控えめに想定すると（この比率はグルコースにも当てはまるが、脂肪やタンパク質が代謝エネルギー源である場合は、生成される二酸化炭素1単位あたりの酸素消費量は少なくなる）、生成される二酸化炭素2.2kgは消費される酸素1.6キログラム（3.5ポンド）に相当します。したがって、人間の年間酸素必要量は約584キログラム（1,287ポンド）となり、前述のエネルギー要件に基づくと、月の岩石からこの量の酸素を生成するには、一人当たり約1.3～2.6キロワットの電力が継続的に必要となります。参考までに、 2022年の米国における一人当たりの平均電力消費量は12,809kWh（46,110MJ）、つまり約1,462ワットでした。

水

月の南極を飛行する LCROSS 探査機が撮影した画像には、永久影の領域が写っている。
この画像は、インドのチャンドラヤーン1号探査機に搭載されたNASAの月鉱物マッピング装置（M3 ）分光計によって観測された、月の南極（左）と北極（右）の表面氷（青色で表示）の分布を示しています。

いくつかの探査機からの累積的な証拠は、月の両極の表面に水氷が存在することを強く示唆しているが、そのほとんどは南極地域にある。[ 31 ] [ 32 ]しかし、これらのデータセットの結果は必ずしも相関しているわけではない。[ 33 ] [ 34 ]月の永久影になっている表面の累積面積は、北半球で13,361 km 2 、南半球で17,698 km 2であり、合計面積は 31,059 km 2であると判明している。[ 1 ]これらの永久影になっている領域の一部またはすべてが水氷やその他の揮発性物質を含んでいる範囲は現在不明であるため、月の氷の堆積物、その分布、濃度、量、配置、深さ、地質工学的特性、および抽出および処理システムの設計と開発に必要なその他の特性について、より多くのデータが必要である。[ 34 ] [ 35 ] LCROSS探査機がカベウス・クレーターに意図的に衝突した際、発生したデブリの噴出をモニタリングし、水氷はレゴリス全体に分散した小さな（10cm未満）個別の氷片、または氷粒の薄いコーティングの形で存在するはずであると結論付けられました。[ 36 ]このことは、モノスタティックレーダーの観測と相まって、月の極地クレーターの永久影の領域に存在する水氷が、厚い純粋な氷の堆積物の形で存在する可能性は低いことを示唆しています。[ 36 ]

水は、地質学的な時間スケールで、水を含む彗星、小惑星、流星体の定期的な衝突によって月に運ばれてきた可能性がある[ 37 ] 、または太陽風の水素イオン（陽子）が酸素を含む鉱物に衝突することで、その場で継続的に生成された可能性がある。[ 1 ] [ 38 ]

月の南極には、クレーターの縁がほぼ常に太陽光にさらされている地域があり、クレーターの内部は永久に日光から遮られているため、将来採掘できる可能性のある水の氷が自然に閉じ込められ、収集される可能性がある。

水分子（H2O ) は分解されて分子状水素 ( H2）と分子状酸素（O2）は、ロケットの二液推進剤として使用したり、冶金や化学生産プロセス用の化合物を生産したりするために使用されています。[ 3 ]推進剤の生産だけでも、業界、政府、学術の専門家の合同委員会によって推定され、近い将来、年間450トンの月由来推進剤の需要が特定され、これは2,450トンの処理済み月水に相当し、年間24億ドルの収益を生み出します。[ 25 ]

水素

月の表面のうち、月の極に面した斜面では、水素の濃度が高くなっています。これは、極に面した斜面では、水素の蒸発を引き起こす太陽光への露出が少ないためです。さらに、月の極に近い斜面では、約45 ppmwという高い水素濃度を示しています。月に水素が存在する理由については、様々な説があります。水素を含む水は、彗星や小惑星によって月に堆積した可能性があります。さらに、太陽風が月面の化合物と相互作用して、水酸基や水などの水素含有化合物が形成された可能性があります。[ 39 ]太陽風はレゴリスに陽子を注入し、水素（H）の化合物である陽子化原子を形成します。結合水素は豊富ですが、そのうちどれだけが地下に拡散し、宇宙に逃げ、コールドトラップに拡散するかについては疑問が残ります。[ 40 ]水素は推進剤の製造に必要であり、産業用途も多岐にわたります。例えば、水素はイルメナイトの水素還元によって酸素を生成するために使用することができます。[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]

金属

鉄

月の一般的な鉱物[ 44 ]
ミネラル要素月の岩石の出現
斜長石カルシウム（Ca）アルミニウム（Al）シリコン（Si）酸素（O） 白色から透明な灰色で、通常は細長い粒状です。
輝石鉄 （Fe）、マグネシウム （Mg）、カルシウム （Ca）、ケイ素 （Si）、酸素 （O） 栗色から黒色。木目はマリア地方ではより細長く、高地ではより四角く見える。
オリビン鉄 （Fe）マグネシウム （Mg）ケイ素 （Si）酸素 （O） 緑がかった色で、一般的には丸い形をしています。
イルメナイト鉄 （Fe）、チタン （Ti）、酸素 （O） 黒くて細長い四角い結晶。

鉄（Fe）は海の玄武岩中に豊富に含まれている（重量比で約14～17%）が、そのほとんどはケイ酸塩鉱物（輝石やカンラン石）や低地の酸化鉱物イルメナイトに閉じ込められている。 [ 1 ] [ 45 ]抽出には非常に多くのエネルギーが必要となるが、月の顕著な磁気異常の一部は、残存する鉄を豊富に含む隕石の破片によるものと考えられている。この解釈が正しいかどうか、またそのような隕石の破片がどの程度利用可能かは、現地でのさらなる探査によってのみ判断できる。 [ 1 ]酸化鉄（Fe 2 O 3）からなる鉱物であるヘマタイトが月で発見されている。この鉱物は、鉄、酸素、および液体の水の反応によって生成される。地球の大気中の酸素がこの反応を引き起こしている可能性があり、月の地球側にヘマタイトが多いことがそれを示している。[ 46 ]

レゴリス中には遊離鉄も存在し（重量比0.5％）、ニッケルやコバルトと自然に合金化しており、粉砕後に単純な磁石で簡単に抽出できます。[ 45 ]この鉄粉は、粉末冶金技術（[ 45 ]積層造形、3Dプリント、選択的レーザー焼結法（SLS）、選択的レーザー溶融法（SLM）、電子ビーム溶融法（EBM）など）を使用して部品を製造するために処理できます。

チタン

チタン（Ti）は、鉄、アルミニウム、バナジウム、モリブデンなどの元素と合金にして、航空宇宙用の高強度で軽量な合金を製造することができる。チタンは、ほぼ独占的に鉱物イルメナイト（FeTiO 3）に重量比で5～8％の範囲で存在する。[ 1 ]イルメナイトは地球上のチタンの主な供給源であり、塩化物法など、イルメナイトからチタンを抽出するプロセスは工業規模で確立されている。また、月のイルメナイト鉱物は太陽風から水素（陽子）を捕捉するため、イルメナイトを加工処理すると、月では貴重な元素である水素も生成される。[ 45 ]月北西側の広大な洪水玄武岩（静かの海）は、チタン含有量が最も高い岩石の10倍に相当し、[ 34 ]地球上の岩石の10倍に相当する。[ 47 ]

アルミニウム

アルミニウム（Al）は、鉱物の灰長石（CaAl）中に、重量比10～18％の濃度で存在しています。2シ2お8）、[ 45 ]斜長石鉱物シリーズのカルシウム端成分である。 [ 1 ]アルミニウムは良質の導電体であり、噴霧されたアルミニウム粉末は酸素と燃焼すると良質の固体ロケット燃料になる。[ 45 ]アルミニウムの抽出には斜長石（CaAl 2 Si 2 O 8）の分解も必要となる。[ 1 ]地球上でのアルミニウム生産の大半の基礎となっているアルミニウム鉱物ボーキサイトは、液体の水が関与する化学的風化によって形成されるため月には存在しないため、アルミニウムの抽出には地球上よりも大量の電力が必要となる。

シリコン

精製されたシリコン片の写真

シリコン（Si）は、月面物質全体に豊富に含まれる半金属で、重量比で約20%の濃度で含まれています。太陽光を電気に変換する太陽電池アレイ、ガラス、グラスファイバー、そして様々な有用なセラミックスの製造において、Siは極めて重要です。半導体として使用するために非常に高い純度を達成することは、特に月面環境では困難です。[ 1 ]シリカをシリコンに変換するには、大量のエネルギーを消費するプロセスが必要です。地球上では、通常、炭素熱還元によって行われますが、このプロセスには月では比較的不足している元素である炭素が必要です。

カルシウム

イタリア、ベスビオ火山の玄武岩の空洞内の灰長石結晶（サイズ：6.9 × 4.1 × 3.8 cm）

カルシウム（Ca）は月の高地で4番目に豊富な元素であり、灰長石鉱物（化学式CaAl2シ2お8）。[ 45 ] [ 48 ]酸化カルシウムとケイ酸カルシウムはセラミックスに有用なだけでなく、純粋なカルシウム金属は柔軟性があり、酸素がない場合でも優れた導電体です。 [ 45 ]アノーサイトは地球上では希少ですが[ 49 ]、月には豊富に存在します。[ 45 ]

カルシウムはシリコンベースの太陽電池の製造にも使用でき、月面のシリコン、鉄、酸化チタン、カルシウム、アルミニウムが必要となる。[ 50 ]

石灰（酸化カルシウム）は水と混合すると、かなりの熱を発生します。一方、消石灰（水酸化カルシウム）は二酸化炭素を吸収し、（非補充性の）フィルターとして利用できます。このようにして得られる炭酸カルシウムは、地球上で建築材料として広く使用されています。

マグネシウム

マグネシウム（Mg）はマグマや月の鉱物である輝石やカンラン石に存在しており[ 51 ]、月の下部地殻にマグネシウムがより多く含まれていると考えられています[ 52 ] 。マグネシウムは航空宇宙、自動車、電子機器の合金として様々な用途があります。地球上では、軽量かつ高強度が求められる用途でアルミニウム合金が特に使用されており、例えば飛行機の胴体や高速鉄道の車両などが挙げられます。月の岩石からのマグネシウムの抽出にも同様に大量のエネルギーが必要です。

トリウム

コンプトン・ベルコビッチ・トリウム異常は月の裏側にある火山群です。[ 53 ]これは1998年にガンマ線分光計によって発見されたもので、「肥沃な」元素であるトリウムが濃縮された領域です。[ 53 ] [ 54 ]同様に、KREEPにも岩石中に 数ppmのトリウムを含む領域があります。

希土類元素

希土類元素は、電気自動車やハイブリッド自動車、風力タービン、電子機器、クリーンエネルギー技術など、あらゆるものの製造に使用されています。 [ 55 ] [ 56 ]その名前にもかかわらず、希土類元素は、プロメチウムを除いて、地球の地殻に比較的豊富に存在しています。しかし、その地球化学的特性のため、希土類元素は通常分散しており、希土類鉱物に集中して見つかることはあまりありません。その結果、経済的に採掘可能な鉱床はあまり一般的ではありません。[ 57 ]主要な埋蔵量は中国、カリフォルニア、インド、ブラジル、オーストラリア、南アフリカ、マレーシアに存在しますが、[ 58 ]中国は世界の希土類生産量の95％以上を占めています。[ 59 ]（参照：中国の希土類産業）

現在の証拠は、希土類元素が地球よりも月では豊富ではないことを示唆しているが、[ 60 ] NASAは、希土類鉱物の採掘を、実行可能な月の資源と見なしている[ 61 ]。なぜなら、希土類鉱物は、産業上重要な幅広い光学的、電気的、磁気的、触媒的特性を示すからである。[ 1 ] KREEPは、カリウム（「K」は元素記号を表す）が豊富な月の表面の部分であり、 rは土の元素とリンである。カリウムとリンは、3つの必須植物栄養素のうちの2つであり、3つ目は固定窒素（したがってNPK肥料）である。月でのあらゆる農業活動には、これらの元素の供給が必要である。その場所で調達するか、地球など他の場所から持ち込むかは関係ない。

ヘリウム3

太陽風は月面に100万トン以上のヘリウム3（3He ）を堆積させています。 [ 62 ]月面の物質には、太陽光が当たる場所で1.4～15ppb （ 10億分の1 ）の濃度のヘリウム3が含まれていると推定されており、[ 1 ] [ 63 ] [ 64 ]永久影の地域では50ppbもの濃度になることもあります。[ 65 ]比較すると、地球の大気中のヘリウム3は7.2ppt（1兆分の1）です。

1986年以来[ 66 ]、月の表土を開発し、ヘリウム3を核融合に利用する提案が提出されてきた。[ 61 ] 2020年の時点で、機能している実験用の核融合炉は何十年も存在しているが[ 67 ] [ 68 ]、いずれもまだ商業的に電力を供給していない。[ 69 ] [ 70 ]ヘリウム3の濃度が低いため、採掘設備は大量の表土を処理する必要がある。1グラム（0.035オンス）のヘリウム3を得るには、150トン以上の表土を処理する必要がある。[ 71 ]中国は月を探査するための中国月探査計画を開始しており、地球のエネルギー源として使用するための同位体ヘリウム3の探索を中心に、月採掘の可能性を調査している。 [ 72 ]すべての著者が地球外からのヘリウム3の抽出が実現可能だと考えているわけではない。[ 69 ]また、たとえ月からヘリウム3を抽出することができたとしても、実用的な核融合炉で電気エネルギー入力よりも多くのエネルギー出力を生成したものはない。[ 69 ] [ 70 ]しかし、2022年12月13日、米国エネルギー省は、国立点火施設が「科学的エネルギー損益分岐点としても知られるこのマイルストーンを達成するために、史上初の制御された核融合実験を実施した。これは、核融合を駆動するために使用されたレーザーエネルギーよりも多くのエネルギーを核融合から生成したことを意味する」と発表した。[ 73 ]ヘリウム3は限られた月の資源であり、採掘されると枯渇する可能性があるという欠点が残る。[ 10 ]

炭素と窒素

炭素（C）は月の鋼鉄の製造に必要だが、月の表土中に太陽風や微小隕石の衝突によって微量（82 ppm [ 74 ] ）存在している。 [ 75 ]極度に低温のため、月の極の永久影の領域にはコールドトラップがあり、その中に固体二酸化炭素が含まれている可能性がある。[ 76 ]炭素の存在は主に、表土中に埋め込まれた太陽風の炭素によるものである。月の極の炭素含有氷には、重量の20％もの濃度で炭素が存在する。しかし、ほとんどの炭素含有氷の炭素濃度は重量の0～3％である。存在する可能性のある炭素含有化合物には、一酸化炭素（CO）、エチレン（C 2 H 4）、二酸化炭素（CO 2）、メタノール（CH 3 OH）、メタン（CH 4）、硫化カルボニル（OCS）、シアン化水素（HCN）、トルエン（C 7 H 8）などがあります。これらの化合物は、月から持ち帰られた土壌サンプル中に約5000ppmの元素炭素を含んでいます。これらの極地にはC、H、Oが含まれており、メタロックス宇宙船の推進剤源として利用できます。[ 77 ]

窒素（N）は地球に持ち帰った土壌サンプルから測定され、5 ppm未満の微量として存在しています。[ 78 ]これは、同位体14 N、15 N、および16 Nとして発見されました。 [ 78 ] [ 79 ]月のレゴリスで見つかった窒素の最大87％は、太陽以外の発生源（太陽に由来しない）または他の惑星に由来している可能性があります。彗星と隕石は、太陽以外の発生源からの窒素の約10％未満です。[ 80 ]炭素と固定窒素は、密閉された生物圏内での農業活動に必要になります。地球の空気は、体積の約78.08％が窒素です。

変化部位–(Y)

建設用レゴリス

月面経済の発展には、月面に相当量のインフラを整備する必要があるが、その開発には現場資源利用（ISRU）技術に大きく依存する。主な要件の1つは、居住地、貯蔵庫、着陸パッド、道路、その他のインフラを建設するための建設資材を提供することである。 [ 81 ] [ 82 ]レゴリスとも呼ばれる未処理の月の土壌は、焼結、ホットプレス、液化、鋳造玄武岩法、[ 20 ] [ 85 ]および3Dプリンティングなどの技術によって、使用可能な構造部品に変えることができる。 [ 83 ] [ 84 ]ガラスとガラス繊維は月面で簡単に加工でき、70%の玄武岩ガラス繊維と30%のPETG混合物などのガラス繊維を使用することで、レゴリス材料の強度を向上できることがわかっている。[ 81 ]地球上では、MLS-1やMLS-2などの月のレゴリス模擬物を使ったテストが成功している。[ 86 ]

月の土壌は、機械の可動部品にとっては問題となるものの、直径50メートルまでの望遠鏡の鏡の製造において、カーボンナノチューブやエポキシ樹脂と混ぜることができる。 [ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]極地付近のいくつかのクレーターは常に暗く冷たいため、赤外線望遠鏡にとっては好ましい環境である。[ 91 ]

いくつかの提案では、地球から持ち込んだモジュールを用いて月面に基地を建設し、それを月の土で覆うという提案がなされている。月の土はシリカと鉄を含む化合物の混合物で構成されており、マイクロ波照射によってガラスのような固体に融合される可能性がある。[ 92 ] [ 93 ]

欧州宇宙機関は2013年に独立系建築会社と協力し、月面基地として使用するために月のレゴリスから構築できる3Dプリント構造物をテストしました。 [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] 3Dプリントされた月の土壌は、「放射線と温度の断熱性の両方を提供します。内部には、同じドーム形状の軽量で加圧されたインフレータブルがあり、これが最初の月面移住者の居住環境となります。」[ 96 ]

2014年初頭、NASAは南カリフォルニア大学において、コンタークラフティング3Dプリンティング技術のさらなる開発を目指した小規模研究に資金提供を行いました。この技術の潜在的な応用例としては、最大90%の月面物質を含む材料で月面構造物を建設し、そのうちわずか10%の材料のみを地球から輸送する必要があることが挙げられます。[ 97 ] NASAはまた、低出力（1500ワット）のマイクロ波放射を用いて月の塵を焼結する別の技術も検討しています。月の塵は融点よりやや低い1200～1500℃（2190～2730℉）に加熱することで結合され、ナノ粒子の塵をセラミックのような固体ブロックに融合させます。この技術により、地球から結合材を輸送する必要がなくなります。[ 98 ]

鉱業

月の資源開発方法についてはいくつかのモデルや提案があるが、持続可能性を考慮したものはほとんどない。[ 99 ]持続可能性を達成し、将来の世代が無謀な慣行によって月の不毛な荒れ地に直面しないようにするためには、長期的な計画が必要である。[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]真に持続可能であるためには、月面採掘は有毒物質を使用または生成しないプロセスを採用し、リサイクルループを通じて廃棄物を最小限に抑える必要がある。[ 99 ] [ 82 ]

スカウティング

クレメンタイン、LRO、エルクロス、アルテミス探査機、セレーネ、ルナ・プロスペクター、チャンドラヤーン1号、嫦娥1号など、数多くの探査機が月面の組成をマッピングしてきました。ソ連のルナ計画とアポロ計画では、月のサンプルを地球に持ち帰り、分析を行いました。2019年現在、有人基地の建設を支える月資源の探査を目的とした新たな「ムーンレース」が進行中です。

21世紀には、中国の中国月探査計画[ 102 ] [ 103 ]が、段階的な技術開発と資源探索を実施しており、2030年代に建設が予定されている有人基地建設に向けて取り組んでいると、中国国営メディアの新華社が伝えている。[ 104 ]インドのチャンドラヤーン計画は、まず月の水循環を理解し、軌道上および現地から鉱物の位置と濃度をマッピングすることに重点を置いている。ロシアのルナ・グロブ計画は、探査と科学探査のための一連の着陸機、ローバー、オービターを計画・開発しており、最終的には現場資源利用（ISRU）手法を採用し、2030年代に独自の有人月面基地を建設・運営することを目指している。[ 105 ] [ 106 ]

米国は数十年にわたり月を研究しており、2019年には有人宇宙船アルテミス計画を支援する商業月面ペイロードサービス（CLPS）プログラムの実施を開始した。両計画は月面資源の偵察と開発を目的としており、月面での長期有人基地の建設を容易にし、得られた教訓に応じて火星への有人ミッションへと進むことを目指している。[ 107 ] NASAの月面資源探査車は月の極地で資源を探査するために計画され、2022年に打ち上げられる予定だった。[ 108 ] [ 109 ]ミッションのコンセプトは策定前の段階で、プロトタイプの探査車がテストされていたが、2018年4月にキャンセルされた。[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]その科学機器は代わりに、NASAのCLPSプログラムによって契約されたいくつかの商業着陸機ミッションで飛行する。このプログラムは、複数の商業ロボット着陸機と探査車にいくつかのペイロードを着陸させることで、さまざまな月面ISRUプロセスをテストすることに焦点を当てることを目的としている。最初のペイロード契約は2019年2月21日に締結され、[ 111 ] [ 112 ]別々のミッションで飛行する予定である。 CLPSはNASAのアルテミス計画に情報を提供し、支援し、長期滞在のための有人月面基地の建設につながるだろう。[ 107 ]

ヨーロッパの非営利団体は、「月面競争」の代わりに、すべての宇宙機関と国家による地球規模の相乗効果のある協力を求めており、この提案された協力コンセプトはムーンビレッジと呼ばれています。[ 113 ]ムーンビレッジは、国際協力と宇宙の商業化の両方が繁栄できるビジョンの創造を目指しています。[ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]

シャクルトン・エナジー・カンパニー、[ 117 ]ディープ・スペース・インダストリーズ、プラネトイド・マインズ、ゴールデン・スパイク・カンパニー、プラネタリー・リソーシズ、アストロボティック・テクノロジー、ムーン・エクスプレスなどの初期の民間企業は、月面での民間商業偵察および採掘事業を計画している。[ 1 ] [ 118 ]

2024年、アメリカのスタートアップ企業インタールーンは、月面でヘリウム3を採掘し、地球に輸出する計画を発表しました。最初のミッションは、NASAの商業月面ペイロードサービス（CMPS）プログラムを利用して月面に到着する予定です。[ 119 ] 2025年8月、インタールーンは、アストロボティック社のFLIPローバーに、ヘリウム3探査用に設計したマルチスペクトルカメラを搭載することを発表しました。 [ 120 ]

抽出方法

月の広大な海は玄武岩質の溶岩流で構成されている。その鉱物学的特徴は、灰長石（CaAl 2 Si 2 O 8）、斜方輝石（（Mg,Fe）SiO 3）、単斜輝石（Ca（Fe,Mg）Si 2 O 6）、オリビン（（Mg,Fe）2 SiO 4）、イルメナイト（FeTiO 3）の5種類の鉱物の組み合わせが支配的であり、[ 1 ] [ 49 ]いずれも月面に豊富に存在する。[ 121 ]精錬所で玄武岩質溶岩を処理し、純粋なカルシウム、アルミニウム、酸素、鉄、チタン、マグネシウム、シリカガラスに分解することが提案されている。 [ 122 ]欧州宇宙機関（ESA）は、レゴリスからチタンを抽出しながら副産物として酸素を生成するFFCケンブリッジ法のさらなる開発のため、2020年にメタリシスに資金提供を行った。 [ 123 ]月の灰長石の原料は、ガラス繊維やその他のセラミック製品の製造にも使用できる可能性があります。[ 122 ] [ 45 ]別の提案では、地球からフッ化カリウムとして持ち込まれたフッ素を使用して、月の岩石から原料を分離することが想定されています。[ 124 ]

月面着陸船はソ連の国旗を月面に撒き散らし、アポロ宇宙飛行士は着陸地点に象徴的にアメリカ合衆国の国旗を立てたが、2025年現在、月面のいかなる部分の所有権も主張する国はなく[ 125 ] 、宇宙資源の採掘に関する国際的な法的地位は不明確で議論の余地がある。[ 126 ] [ 127 ]

国際宇宙法の5つの条約と協定[ 128 ]は、「一国による宇宙空間の占有の禁止、軍備管理、探査の自由、宇宙物体による損害に対する責任、宇宙船と宇宙飛行士の安全と救助、宇宙活動と環境への有害な干渉の防止、宇宙活動の通知と登録、科学的調査、宇宙空間における天然資源の開発、紛争の解決」をカバーしています。[ 129 ]

ロシア、中国、アメリカ合衆国は1967年の宇宙条約（OST）[ 130 ]の締約国であり、これは104カ国が加盟する最も広く採択された条約である[ 131 ] 。OST条約は、月面採掘や小惑星採掘といった新しい宇宙活動に対するガイドラインが明確ではないため[ 132 ]、資源の採取が宇宙利用の禁止条項に該当するのか、それともその利用が商業利用や開発を含むのかについては依然として議論が続いている。天然資源の開発への適用については依然として議論が続いているものの、主要な専門家は、2015年に国際宇宙法研究所（ISSL）が発表した「宇宙条約に資源の採取に関する明確な禁止規定がないことを踏まえると、宇宙資源の利用は許可されていると結論付けることができる」という見解に概ね​​同意している[ 133 ] 。

1979年の月条約は、秩序ある資源開発のための詳細な規則と手続きの体制を策定するための法律の枠組みを提案したものである。[ 134 ] [ 135 ]この条約は、資源開発が「国際的な制度によって統治される」場合（第11条5項）には資源開発を規制することになるが、[ 136 ]コンセンサスは得られておらず、商業採掘に関する正確な規則は確立されていない。[ 137 ]月条約は批准国が非常に少なかったため、国際法における関連性はほとんどないか全くないとされている。[ 138 ] [ 139 ]開発に関する受け入れ可能な詳細な規則を定義する最後の試みは、NASAの法務顧問で月条約の米国首席交渉官であったS・ニール・ホーゼンボールが、月資源開発の実現可能性が確立されるまで月条約の採掘規則の交渉を延期すべきだと決定したことで、2018年6月に終了した。[ 140 ]

より明確な規制ガイドラインを求めて、米国の民間企業は米国政府に働きかけ、2015年に米国商業宇宙打ち上げ競争力法を導入し、宇宙採掘を合法化した。[ 141 ]地球外資源の収奪を合法化する同様の国内法は、現在、ルクセンブルク、日本、中国、インド、ロシアを含む他の国々によって模倣されている。[ 132 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 144 ]これは、営利目的の採掘権に関する国際的な法的論争を引き起こした。[ 142 ] [ 139 ]ある法律専門家は2011年に、国際的な問題は「おそらく宇宙探査の通常の過程で解決されるだろう」と述べた。[ 139 ] 2020年4月、ドナルド・トランプ米大統領は月採掘を支援する大統領令に署名した。[ 145 ]

参照

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