美國宇航局（NASA）已經公布重返月球並建造月球永久基地的計劃。對於長期的太空任務，宇航員需要基礎設施來生活和工作，並生產對生存至關重要的氧氣和水。從地球上帶走所有這些基礎設施，可能是非常昂貴的。相反，研究人員可能需要弄清楚如何在現場製造。歐空局的 “探索& 準備”（Discovery & Preparation ）項目支持多項研究，以探索如何能夠做到這一點。
使用其他天體上已有的材料來建造基礎設施和生產便利設施被稱為原地資源利用（ISRU）。過去在這一領域的研究已經探索和證明了基本的ISRU概念，使用在探索地點發現的資源和從地球帶來的材料的組合。
需要ISRU來建立一個棲息地，使宇航員免受惡劣環境的影響，包括稀薄或不存在的大氣層、極端溫度、強烈輻射，甚至微流星體。它將使人類能夠建造在地表活動的道路，以及往返地球的發射和着陸平台。它可以被用來生產能夠產生和儲存能量的設備，用於生產電力，以及用於通信的天線塔。而且，它可以生產大量的水和氧氣，用於維持宇航員的生命，並製造推進劑，用於四處旅行並最終返回地球。
探索&準備活動
1999年，首批與ISRU相關的 “探索& 準備”研究之一側重於推進和動力系統，評估了本世紀對先進推進力的需求。該研究的結論是，ISRU可以降低火星任務的成本，同時提高人類的能力，但ISRU技術的研究和開發應立即開始。
於是，在與歐空局所有項目的協調下，研究繼續進行。2000年完成的一項研究側重於未來空間探索所需的動力系統，包括設計一個ISRU化學工廠，以生產推進劑、生命支持的化學品和表面活動的燃料。
同時進行的其他研究對長期空間探索進行了更廣泛的考察，其中一項研究考慮了火星探索需要哪些架構和技術。該研究調查了從火星大氣和土壤中生產推進劑和乘員生存所需液體的可能性–包括氮氣、氧氣、氫氣和水。另一項關於人類對長期行星際和行星環境的生存能力和適應性的研究也發現，ISRU對於生產推進劑和生命支持消耗品可能特別有用。
快進13年，技術已經發展到足以探索更具體的ISRU概念，包括一個從火星大氣中收集和儲存二氧化碳並將其輸送到推進系統的系統。由空中客車公司進行的這項研究提出了從二氧化碳中去除灰塵和水的方法，以及如何將其液化以便儲存。
在過去的幾年裡，“探索& 準備”項目支持更多關於利用月球土壤建設基礎設施的研究，以及更具體的能源生成和儲存方法；最近的一項研究探討了如何利用月壤來儲存熱量，並為宇航員、漫遊車和登陸車提供電力。
一項研究探討了月球模擬設施如何支持ISRU技術的發展，包括測試當地材料的挖掘和加工，以及如何利用3D打印等工藝將這些材料用於建造結構。
另一個確認了月壤作為建築材料的適用性，選擇了一個合適的工藝來打印結構，甚至還設計了一個可打印的居住環境。而第三項研究最近更進一步，探討了如何利用月球泥土3D打印任何必要的結構、設備和備件，甚至選擇了哪種特定的打印工藝效果最好。
作為現有3D打印技術的替代方案，2019年的一項研究着眼於將月壤轉化為纖維，以構建堅固的結構。研究人員製作了一個材料樣本，以表明有可能使用這種工藝來製造局部不透水的結構。
一組“探索& 準備”研究最近探討並確定了歐空局的月球IRSU示範任務，該任務旨在到2025年證明在月球上生產水或氧氣是可能的。這些研究探討了實際生產水和氧氣的系統，提出了一個使用”碳熱反應器”從土壤中提取氧氣並利用它來生產水的方案。另一項研究探討了該系統如何依靠着陸器作為電源，第三項研究了它如何與地球進行通信。
歐空局還在做什麼？
為了實施月球ISRU示範任務，歐空局打算從商業部門採購任務執行服務，包括有效載荷交付、通信和運營服務。在這樣做的過程中，歐空局將利用並進一步採用現有的商業舉措，這些舉措可能會在未來的月球探索方案中找到廣泛的應用。
歐空局目前還在進行PROSPECT任務，該任務將訪問和評估月球上的潛在資源，為未來可能用於提取這些資源的技術做準備。PROSPECT將在月球南極附近的地表下進行鑽探，並提取預計含有水冰和其他可能在極低溫度下被困的化學物質的樣本。然後，鑽頭將把樣品送到一個化學實驗室，在那裡對它們進行加熱以提取這些化學物質。這項任務將作為俄羅斯領導的Luna-27任務的一部分，並將測試未來可能應用於資源提取的過程。
為了支持到2040年人類在月球上的存在由當地資源維持的雄心，2019年5月，歐空局發布了空間資源戰略。該戰略考慮了我們需要發現和開發什麼來支持可持續的太空探索。該戰略涵蓋到2030年，屆時將通過在月球上的測量確定月球資源的潛力，關鍵技術將被開發和展示，並確定將其引入國際任務架構的計劃。在該戰略公布后，歐空局主辦了一個研討會，以確定使空間資源利用成為現實所需的下一步措施。
2020年，歐空局建立了一個原型工廠，用模擬的月塵生產氧氣。從月壤中去除氧氣會留下各種金屬；因此，另一個研究方向是看看哪些是可以從它們中生產的最有用的合金，以及它們如何在月球上使用。最終的目標是設計一個可以在月球上可持續運行的“試驗工廠”，並在2020年代中期進行首次技術示範。
其他空間機構在這一領域正在做什麼？
美國宇航局的月球勘測軌道飛行器(LRO) 已經表明，在月壤下的某些位置存在着水冰。該軌道器發射的月球CRater觀測和傳感衛星從軌道器上釋放出來並撞擊了月球；對由此產生的16公里高的羽流的觀察顯示了月球表面的化學構成。
美國一些機構還在開發幾個將訪問月球的立方體衛星軌道任務。 Lunar Flashlight、LunaH-MAP和Lunar IceCube將旨在找出有多少水冰，以及到底在哪裡可以找到它。
美國宇航局的第一個火星登陸器，維京號，返回了關於火星大氣的重要數據，揭示了它是由95.9%的二氧化碳組成的。基於這一發現和隨後的機器人任務返回的信息，美國宇航局已經開發了將火星大氣中的二氧化碳轉化為氧氣的技術，以利於人類在紅色星球上的任務。最近，美國宇航局選擇了火星氧氣原位資源利用實驗，或MOXIE，作為火星毅力號探測器上的七個儀器之一。
揮發性物質是容易汽化的物質，可能是月球上的水源。美國宇航局與其他空間機構一起，正在進行月球極地揮發物探索的國際協調，以增加科學知識，確定揮發物作為潛在資源的可行性，並將月球作為火星ISRU技術的試驗場。
預計中國國家航天局未來的任務也將以月球極地揮發物作為潛在資源。中國對國際月球科研站的設想，最初將在2020年代末和2030年代初作為科學和研究的機器人設施建立，可能為月球資源的利用提供一個早期機會。
俄羅斯航天局（Roscosmos）正在與歐空局合作進行一系列的三個月球任務，包括 Luna-27，它將承載歐空局的PROSPECT包。該任務將以月球極地地區的測量為目標，重點關注可能在那裡發現的冷困揮發物。
歐空局的下一步是什麼？
通過其開放空間創新平台（OSIP），歐空局尋求關於基礎設施和硬件的原地建設、製造和維護的有利技術的想法，以支持對行星體的長期探索。
建議的想法支持棲息地、移動基礎設施（如道路和着陸場）、輔助基礎設施（如用於通信和能源生產和儲存）以及硬件（如工具、內部設備、機械等）的建設。
這些想法包括許多新穎的方法，用於熔化和3D打印月球土壤，用月球土壤製造太陽能電池，優化能源儲存，尋找不需要土壤就能用有機廢物種植植物的方法，利用月球土壤建造作物友好型溫室，以及利用空間碎片建造基礎設施。許多想法現在正由歐空局作為研究、共同資助的研究項目或早期技術發展項目來實施。要了解更多信息，請訪問本次創意徵集的結果部分。
由於研究人員對月球和小行星的知識和理解的進步，國際研究機構和私企對空間技術參與的增加，以及新技術的出現，利用空間資源進行探索現在已經觸手可及。