Siamo decisamente in ritardo sulla costruzione di una base lunare, ma dal ’72 ad oggi è mancata la volontà politica di progredire nella conquista del nostro satellite naturale, soprattutto a causa degli alti costi necessari per inviare navicelle ed astronauti, per non parlare del materiale per costruire fisicamente la base: il pozzo gravitazionale della Terra è troppo profondo e troppo forte per portare tutto sulla Luna con i razzi. Quindi qual è la soluzione?
Secondo l’ESA , la soluzione si chiama Additive Manufacturing (AM) e In-Situ Resource Utilization (ISRU).
L’ESA sta conducendo un progetto per scoprire come AM, o la stampa 3D, possa essere utilizzata ora e in futuro per rendere più praticabile la costruzione di una base lunare. Il progetto si chiama “Concepire una base lunare usando le tecnologie di stampa 3D“. AM e ISRU dovrebbero limitare la dipendenza logistica dalla Terra, permettendo di realizzare gran parte di ciò che servirà per costruire una base lunare con le risorse disponibili sulla Luna; vale a dire, la regolite, la polvere della luna stessa.
Secondo l’ESA, una grande varietà dei materiali e delle attrezzature necessarie per costruire una base lunare può essere stampata in 3D quando e dove è necessario. Tutto, dai materiali da costruzione ai pannelli solari, attrezzature e strumenti per gli abiti, potrebbe essere potenzialmente stampato in 3D sulla Luna. È possibile che anche i nutrienti e gli ingredienti alimentari possano essere forniti dalla stampa 3D.
La stampa 3D non solo ridurrebbe il costo di una base lunare, ma renderebbe l’intera impresa più reattiva e personalizzabile. Non solo è possibile utilizzare la regolite lunare per creare il maggior numero possibile di strutture e oggetti, ma può essere utilizzata per riciclare e riutilizzare gli oggetti portati dalla Terra.
Il progetto “Conceiving a Lunar Base …” vede un piano in tre fasi per realizzare una base lunare che si basa in gran parte sulla stampa 3D:
- Fase uno: Sopravvivenza. Questa realizza le strutture necessarie per consentire a un piccolo equipaggio di sopravvivere sulla Luna, come gli alloggi.
- Fase due: sostenibile. Comincia l’espansione della base lunare per ospitare più personale, costruire aree di fabbricazione e strutture di ricerca.
- Fase tre: operativa. In questa fase, la base lunare è pienamente operativa e adatta per essere abitata a lungo termine da astronauti in grado di lavorarci.
“I processi di stampa selezionati consentiranno il riciclaggio dei materiali disponibili per scopi diversi“, spiega Antonella Sgambati di OHB System AG, che gestisce il progetto. “Un altro importante vantaggio della stampa 3D, altrimenti nota come produzione additiva, è l’ampiezza delle opzioni di progettazione che consente. Componenti, prodotti e il processo di stampa possono essere ridisegnati in base all’utilizzo finale previsto nella base lunare. Le decisioni possono essere prese sul modo migliore per collegare i materiali disponibili con l’hardware da stampare ”
Le radici del progetto risalgono al 2013, quando l’ESA incaricò uno studio di architettura di progettare una struttura in grado di resistere all’ambiente lunare. La struttura doveva essere costituita di regolite, o in questo caso, di regolite simulata. Lo studio di architettura Foster and Partners realizzò un blocco elementare di 1,5 tonnellate. Il blocco di costruzione era una struttura vuota, a cellule chiuse simile alle ossa di uccello.
“Come pratica, siamo abituati a progettare per climi estremi sulla Terra e sfruttare i vantaggi ambientali dell’utilizzo di materiali locali e sostenibili“, ha osservato Xavier De Kestelier del Foster + Partners Specialist Modeling Group. “La nostra abitazione lunare segue una logica simile.”
I ricercatori dell’ESA stanno sperimentando la regolite lunare simulata per stampare in 3D piccoli oggetti come viti e ingranaggi e persino una moneta. La regolite non è troppo difficile da simulare e contiene cose come silicio, alluminio, calcio e ossidi di ferro. La presenza di questi materiali significa che la regolite può essere modellata in forme utilizzabili.
Come si potrebbe sfruttare la polvere lunare come materiale da costruzione? Per quanto riguarda la regolite lunare simulata, questa viene triturata e ridotta ad un polvere finissima. Quindi viene miscelata con un agente legante che reagisce alla luce. L’oggetto viene stampato dalla miscela risultante ed esposto alla luce per indurirlo, e infine cotto in forno. Secondo l’ESA, il prodotto finito è come un pezzo di ceramica.
Bio-stampa 3D
Uno dei più interessanti potenziali usi futuri della stampa 3D nell’esplorazione spaziale, sta nel campo dell’assistenza medica e si chiama “bio-printing“. Gli astronauti che effettuarono le missioni lunari, portarono con loro un piccolo kit di pronto soccorso. Ma per il tipo di permanenze a lungo termine che gli astronauti sosterranno nella futura base lunare, sarà necessario un livello maggiore di assistenza medica.
“Ci stiamo chiedendo di cosa gli astronauti avrebbero bisogno nel breve, medio e lungo termine e quali passaggi sono necessari per portare la biostampa 3D a un livello in cui possa essere utile nello spazio.” Spiega Tommaso Ghidini, responsabile delle strutture, dei meccanismi e della Divisione materiali dell’ESA.
L’ESA sta esaminando come la stampa 3D potrebbe aiutare a fornire assistenza medica agli astronauti sulla Luna o altrove. Gli astronauti in missione nello spazio profondo potrebbero ricevere trattamenti medici utilizzando pelle stampata in 3D, protesi ortopediche e, un giorno, interi organi, realizzati con la stampa 3D. Questo secondo un gruppo di esperti di bioprinting 3D che si sono riuniti in un workshop ESA di due giorni sulla stampa 3D medica.
Questa idea ruota attorno all’idea dei “bioinchiostri“. Sono basati su cellule umane e nutrienti, materiali necessari per far crescere tessuti come la pelle, le ossa e la cartilagine. Nel futuro si pensa che sarà possibile stampare interi organi. Qui siamo nel campo della speculazione pura ma la stampa 3D medica, probabilmente, arriverà a questi livelli in un futuro non molto lontano.
“Ci stiamo chiedendo di cosa gli astronauti avrebbero bisogno nel breve, medio e lungo termine, e quali passaggi sono necessari per maturare la biostampa 3D ad un livello tale da essere utile nello spazio“, spiega Ghidini. “Stiamo definendo una roadmap di sviluppo e una tempistica, con l’obiettivo che questo gruppo diventi un gruppo di lavoro scientifico in futuro, accelerando i progressi“.
La bio-stampa 3D consentirà agli equipaggi isolati nello spazio di prepararsi per un numero maggiore di emergenze di quanto sia possibile con la tecnologia attuale. Nelle navicelle spaziali, o sulla Luna o su un altro pianeta, lo spazio all’interno degli alloggi è un lusso. Un centro medico ben fornito sarà un lusso che gli astronauti difficilmente potranno permettersi. L’ESA utilizza un’ustione come esempio per illustrare i vantaggi della bio-stampa 3D.
Le lesioni da ustioni gravi vengono in genere trattate con trapianti di pelle di altre parti del corpo di un paziente. Ciò comporta un danno secondario all’area trapiantata, lontano dall’ideale quando la ricerca dimostra che l’ambiente orbitale rende le ferite più difficili da guarire. Invece, nuova pelle potrebbe essere coltivata e biostampata in 3D dalle cellule del paziente stesso, quindi trapiantata direttamente.
L’entusiasmo della base lunare
C’è un crescente entusiasmo nell’ESA per l’idea di una base lunare. È un passo logico e integrerà il Lunar Gateway come supporto logistico per ulteriori esplorazioni verso Marte e altri punti del Sistema Solare. Ci sono una miriade di tecnologie che promuovono l’intero sforzo, di cui la produzione additiva o la stampa 3D sono solo una. Ma per ora, il test della maggior parte di queste tecnologie deve aver luogo qui sulla Terra, in ambienti che simulano aspetti importanti dell’ambiente lunare.
Alcune di queste tecnologie sono state testate presso la base Pangea-X Moon dell’ESA a Lanzarote, nelle Isole Canarie. Lanzarote è l’ambiente ideale per testare alcuni degli aspetti geologici di una missione sulla Luna o su Marte. Nello specifico, per testare le tecnologie per prelevare campioni di roccia.
Anche qualcosa che sembra semplice come prelevare campioni di roccia sarà complicato da molteplici difficoltà in sulla superficie lunare. In particolare, i ritardi nelle comunicazioni possono rendere tutto più impegnativo. Un esperimento chiamato Analog-1 ha testato gli aspetti scientifici, operativi e di comunicazione di una missione esplorativa. L’astronauta dell’ESA Matthias Maurer, stando a Pangea-X ha pilotato a distanza un rover situato nei Paesi Bassi. Per fare ciò, ha fatto uso della tecnologia chiamata Electronic Field Book.
L’Electronic Field Book è uno strumento che integra il posizionamento in tempo reale, la condivisione dei dati, la chat vocale e molto altro. È stato un test per un esperimento che l’astronauta dell’ESA Luca Parmitano realizzerà dalla Stazione Spaziale Internazionale. Il Field Book consente agli scienziati esperti di guidare gli astronauti nella raccolta dei campioni migliori.
Che si tratti di stampa 3D di strutture, di stampa 3D biomedica o di tutte le altre tecnologie che devono essere sviluppate e perfezionate, l’ESA punta a costruire una base lunare, i cui lavori inizieranno, se i programmi saranno rispettati, nel 2030.
