Лунная кора формируется преимущественно из кислородсодержащих силикатов — плагиоклаза, пироксенов и оливина, с примесями железа, титана и магния. Особую ценность представляют реголитные слои, состоящие из пылевидного материала, обломков базальтовых пород и стекловидных микросферы. Реголит отличается высокой пористостью и богатством редкоземельных элементов (REE), титана в виде рутиловой фазы и циркониевых минералов, что делает его перспективным для промышленных извлечений.
Наличие водяного льда в затенённых кратерах полярных областей Луны открывает новые возможности для создания автономных лунных баз. Вода может быть разделена на водород и кислород методом электролиза, что позволяет получать как ракетное топливо, так и кислород для дыхания. Водород, как редкий компонент на поверхности Луны, может использоваться также для химического синтеза и в ядерных термоядерных реакциях.
Лунная поверхность обладает высокой экспозицией к солнечному излучению, что делает возможным использование фотоэлектрических панелей с высокой эффективностью. Концентрация энергии на экваториальных регионах позволяет создавать солнечные электростанции, которые могут снабжать энергией как лунные базы, так и потенциальные орбитальные станции.
Реголит содержит значительные концентрации железа, титана, алюминия и кремния, которые могут быть извлечены через методы пирометаллургии или электролиза. Железо и титан могут использоваться для производства конструкционных материалов и деталей техники, а кремний — для производства солнечных элементов. Использование лунного бетона (реголит + связующие вещества, включая синтезированные на Луне полимеры) позволяет строить защитные купола и инфраструктуру без доставки материалов с Земли.
Луна является потенциальным источником лития, цезия, европия и редких изотопов гелия-3. Гелий-3 особенно интересен для термоядерной энергетики, так как его использование в реакторах уменьшает количество радиоактивных отходов. Редкоземельные элементы необходимы для производства высокотехнологичной электроники, лазеров и магнитных систем.
Методы добычи включают механическое рыхление реголита, с последующим магнитным и гравитационным разделением минералов, а также вакуумный плавильный электролиз для выделения металлов. Перспективна технология синтеза кислородсодержащих соединений из реголита, которая позволяет использовать материалы как для дыхательной смеси, так и для ракетного топлива. Ключевой задачей является минимизация энергозатрат при высоком КПД извлечения элементов из минеральных концентратов.
Развитие технологий лунной добычи и переработки создаёт основу для самоподдерживающихся лунных баз, производства топлива для межпланетных миссий и разработки новых материалов для строительства космических станций. Возможность переработки лунных ресурсов снижает зависимость от поставок с Земли и открывает перспективы долгосрочной колонизации.
Добыча и переработка лунных ресурсов требует учета контакта с реголитной пылью, которая высоко абразивна и может вступать в химические реакции при взаимодействии с водой и кислородом. Необходимо разрабатывать системы фильтрации и изоляции, а также контролировать образование оксидов металлов и перекисей, которые могут влиять на химическую чистоту материалов и долговечность оборудования.
Лунные ресурсы представляют собой естественный лабораторный объект для исследования геохимических процессов вне земной атмосферы. Химический состав реголита и распределение элементов позволяют изучать историю формирования Солнечной системы, процессы дифференциации коры и взаимодействие солнечного ветра с поверхностью.
Использование лунных ресурсов объединяет космохимию, материализацию и инженерные технологии, создавая платформу для будущих миссий к Марсу и астероидам, а также для исследований физики и химии в условиях низкой гравитации и вакуума.