La NASA ha annunciato che invierà un robot mobile, il Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) al Polo Sud della Luna per trovare la posizione e la concentrazione esatte del ghiaccio d'acqua nella regione. "La chiave per vivere sulla Luna è l'acqua, proprio come sulla Terra".
La Luna ha acqua. Questa è una grande notizia per il sostentamento di una futura base lunare, ma anche per l’alimentazione di futuri missili che saranno lanciati dalla Luna.
La scorsa settimana la NASA ha annunciato che invierà un robot mobile, il Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) al Polo Sud della Luna per trovare la posizione e la concentrazione esatte del ghiaccio d’acqua nella regione. “La chiave per vivere sulla Luna è l’acqua, proprio come sulla Terra“, ha dichiarato Daniel Andrews, project manager della missione VIPER e direttore dell’ingegneria presso il Centro ricerche Ames della NASA nella Silicon Valley. “Dalla conferma del ghiaccio d’acqua lunare dieci anni fa, la domanda ora è se la Luna potrebbe davvero contenere la quantità di risorse di cui abbiamo bisogno per vivere fuori dal nostro mondo“.
Un’altra teoria afferma che se riusciamo ad utilizzare l’acqua della luna, che esiste solo sotto forma di ghiaccio, per alimentare i veicoli spaziali che invieremo molto più lontano nel cosmo e avviare una corsa alle risorse minerarie del sistema solare.
La presenza di abbastanza acqua sulla Luna renderebbe le future missioni su Marte più accessibili e potrebbe alimentare le imprese commerciali che collegano la Terra e la Luna. “La creazione di depositi di carburante spaziale consentirebbe ai veicoli spaziali di viaggiare molto più lontano e consentirebbe a missioni e satelliti di sostenere le operazioni“, afferma Karen Panetta, IEEE Fellow, Decano per l’istruzione universitaria, Tufts University. “Invece di portare l’acqua nello spazio con i razzi, speriamo di poterla estrarre dalla luna e dagli asteroidi“.
Un momento. Acqua nel carburante per missili?
Sicuramente non puoi alimentare un razzo con l’acqua; i razzi a combustibile liquido usano ossigeno liquido e cherosene o idrogeno liquido…
Ah… Ossigeno e idrogeno.
Allora, qual è la scienza alla base della produzione di carburante per missili dall’acqua lunare e dal ghiaccio di asteroidi?
Il lancio di un Falcon 9 della SpaceX. – NURPHOTO VIA GETTY IMAGES
Come si fa a produrre carburante per missili dall’acqua?
“L’acqua – H2O – è costituita da idrogeno e ossigeno, che possono essere estratti per ottenere un combustibile ad alta efficienza“, afferma Panetta.
Si fa attraverso l’elettrolisi dell’acqua, una tecnica che utilizza la corrente elettrica (nello spazio, ricavata da pannelli solari) per scomporre i composti e convertirli in qualcos’altro. In questo caso, combustibile a idrogeno.
“L’elettrolisi è un approccio che è stato utilizzato nello spazio per separare l’H2O per fornire riserve di ossigeno per le missioni spaziali con equipaggio, che ha contribuito ad alleviare la necessità di serbatoi di stoccaggio dell’ossigeno ad alta pressione“, afferma. Sulla Stazione Spaziale Internazionale gli astronauti usano l’elettrolisi dell’acqua per dividere l’ossigeno dall’idrogeno.
Perché non produciamo già carburante per missili dall’acqua sulla Terra?
Potremmo, ma l’acqua è un bene prezioso sulla Terra. Inoltre non è economico e, in ogni caso, stiamo parlando di quantità piuttosto ridotte di carburante necessarie per i veicoli spaziali. “La propulsione di un oggetto a gravità zero non richiede molto carburante, quindi l’acqua offre una soluzione praticabile nello spazio“, afferma Panetta.
Tuttavia, le molecole d’acqua sono già utilizzate in molti sistemi di lancio, anche se nel loro stato liquido criogenico per aumentare la loro densità. “Abbinala all’energia solare e otterrai potenza adeguata per aprire nuove strade non solo all’esplorazione dello spazio, ma anche a operazioni di estrazione autonoma“, afferma Panetta.
Sì, l’estrazione autonoma è ciò di cui tratta il dibattito sull’acqua nel carburante per missili.
L’immagine mostra la distribuzione del ghiaccio superficiale sul polo sud della Luna (a sinistra) e sul polo nord nord (a destra). – NASA
Come sarà estratto il ghiaccio d’acqua al Polo Sud della luna
Qui entrano in gioco i robot autonomi sulla luna. Sarà necessario molto lavoro per lo sviluppo di tecniche di estrazione autonome affidabili per attracco, perforazione, rilevamento e riparazione di attrezzature. “I robot useranno l’intelligenza artificiale per raccogliere informazioni e comunicare tra loro ciò che apprendono, quindi ogni robot non deve riapprendere tutto da zero, ma semplicemente aggiornare i propri modelli di conoscenza e dati“, spiega Panetta.
Quanti anni ha il ghiaccio d’acqua al Polo Sud della Luna?
Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Icarus suggerisce che mentre la maggior parte di questi depositi di ghiaccio ha probabilmente miliardi di anni, alcuni potrebbero essere molto più recenti.
Mentre la maggior parte dei depositi di ghiaccio si trovano stoccati sui pavimenti di grandi crateri formatisi circa 3,1 miliardi di anni o più fa, i ricercatori hanno anche trovato prove di ghiaccio in crateri più piccoli e relativamente giovani.
Si pensa che il ghiaccio più vecchio provenga da comete e asteroidi che hanno impattato la luna, mentre il ghiaccio d’acqua più recente potrebbe provenire dal bombardamento di micrometeoriti delle dimensioni di un pisello.
Che dire delle miniere di asteroidi?
È probabile che la tecnologia verrà perfezionata direttamente sulla luna. “L’atterraggio e il decollo da un asteroide aggiungono un’altra dimensione alle sfide“, afferma Panetta.
Tuttavia, gli asteroidi sono una prospettiva molto più eccitante. “Gli asteroidi di tipo C contengono potenzialmente fino al 20% di acqua in massa e saranno buoni obiettivi per l’estrazione (e) gli asteroidi di tipo M contengono metalli strutturali come ferro, nichel e cobalto che possono essere utilizzati per costruire strutture nello spazio utilizzando la stampa 3D“. Sarebbe quindi possibile fabbricare pezzi di ricambio in loco a partire da materiali estratti, consentendo ai robot di ripararsi a vicenda e mantenere efficienti le attrezzature.
Man mano che le risorse naturali della Terra si esauriranno, estrarle dagli asteroidi e trasportarle con successo potrebbe diventare un grande affare.
Qualcosa di tutto questo accadrà presto?
Dipende dalla tecnologia. “La combinazione di energia solare, intelligenza artificiale, robotica e scienza dei materiali giocherà una parte fondamentale per consentire alle miniere nello spazio di diventare realtà“, afferma Panetta. “Non sarà una sorpresa se la prima operazione di estrazione sulla luna sarà annunciata entro i prossimi cinque anni“.
