Viviamo in un mondo in cui le decisioni importanti vengono prese da persone spesso senza previdenza. Ma alcune cose sono prevedibili, incluso il fatto che se consumi continuamente una risorsa senza riciclarla, alla fine si esaurirà.
Tuttavia, mentre puntiamo a tornare sulla luna, porteremo con noi tutte le nostre cattive abitudini, inclusa la nostra voglia di consumo sfrenato.
Dalla scoperta del ghiaccio d’ acqua sulla luna nel 1994 da parte della navicella spaziale Clementine, ha regnato l’eccitazione alla prospettiva di un ritorno sulla luna. Ciò seguì due decenni di stasi dopo la fine di Apollo, un malessere che era sintomatico di una sottostante mancanza di incentivo a tornare.
Quell’acqua ha cambiato tutto. I depositi di ghiaccio d’acqua si trovano ai poli della luna nascosti nelle profondità di crateri che sono sempre privi di luce solare.
Da allora, grazie anche alla Stazione Spaziale Internazionale, abbiamo sviluppato tecniche avanzate che ci consentono di riciclare acqua e ossigeno con alta efficienza. Ciò rende più debole il valore della fornitura di acqua locale per il consumo umano, ma se la popolazione umana sulla Luna cresce, lo farà anche la domanda. Allora, cosa fare con l’acqua sulla luna?
Ci sono due risposte comunemente proposte: accumulo di energia con celle a combustibile e carburante e ossidante per la propulsione. Il primo è facilmente eliminabile: le celle a combustibile riciclano il loro idrogeno e ossigeno attraverso l’elettrolisi quando vengono ricaricate, con pochissime perdite.
Energia e carburante
Il secondo — attualmente la principale ragion d’essere per l’estrazione di acqua sulla luna — è più complesso ma non più avvincente. Vale la pena notare che SpaceX utilizza una miscela di metano/ossigeno nei suoi razzi, quindi non richiederebbero il propellente a idrogeno.
Quindi, ciò che viene proposto è di estrarre una risorsa preziosa e finita e bruciarla, proprio come abbiamo fatto con il petrolio e il gas naturale sulla Terra. La tecnologia per l’estrazione e l’utilizzo delle risorse nello spazio ha un nome tecnico: utilizzo delle risorse in situ.
E mentre l’ossigeno non è scarso sulla luna (circa il 40% dei minerali lunari comprende ossigeno), l’idrogeno lo è sicuramente.
Estrarre l’acqua dalla luna
L’idrogeno è molto utile come riducente e come combustibile. La luna è un vasto deposito di ossigeno all’interno dei suoi minerali, ma richiede idrogeno o altri riducenti per essere liberato.
Ad esempio, l’ilmenite è un ossido di ferro e titanio ed è un minerale comune sulla luna. Riscaldandolo a circa 1.000 C con idrogeno si riduce ad acqua, ferro metallico (da cui si può sfruttare una tecnologia a base di ferro) e ossido di titanio. L’acqua può essere elettrolizzata in idrogeno, che viene riciclato, e ossigeno; quest’ultimo effettivamente liberato dall’ilmenite. Bruciando l’idrogeno estratto dall’acqua, compromettiamo le prospettive per le generazioni future: questo è il nodo della sostenibilità.
Ma ci sono altre questioni più pragmatiche che emergono. Come accediamo a queste risorse di ghiaccio d’acqua sepolte vicino alla superficie lunare? Si trovano in un terreno ostile in ogni senso della parola, in profondi crateri nascosti dalla luce solare – non è disponibile energia solare – a temperature di circa 40 Kelvin, o -233 C. A tali temperature criogeniche, non abbiamo esperienza per condurre estese operazioni minerarie.
I picchi di luce eterna sono picchi montuosi situati nella regione del polo sud che sono esposti alla luce solare quasi costante. Una proposta del Jet Propulsion Lab della NASA prevede l’ irradiazione di luce solare da riflettori giganti situati su queste vette in crateri.
Questi specchi giganti devono essere trasportati dalla Terra, atterrati su queste vette e installati e controllati a distanza per illuminare i profondi crateri. Quindi i veicoli minerari robotici possono avventurarsi nei profondi crateri ora illuminati per recuperare il ghiaccio d’acqua utilizzando l’energia solare riflessa.
Il ghiaccio d’acqua può essere sublimato in vapore per il recupero mediante riscaldamento termico diretto o a microonde – a causa della sua elevata capacità termica, questo consumerà molta energia, che deve essere fornita dagli specchi. In alternativa, può essere estratta fisicamente e successivamente fusa a temperature appena più modeste.
Usando l’acqua
Dopo aver recuperato l’acqua, deve essere elettrolizzata in idrogeno e ossigeno. Per conservarli, dovrebbero essere liquefatti per il volume minimo del serbatoio di stoccaggio.
Sebbene l’ossigeno possa essere liquefatto facilmente, l’idrogeno si liquefa a 30 Kelvin (-243 C) ad una pressione minima di 15 bar. Ciò richiede energia extra per liquefare l’idrogeno e mantenerlo liquido senza evaporare. L’idrogeno e ossigeno raffreddati criogenicamente (LH2/LOX) devono essere trasportati nel luogo di utilizzo mantenendo la loro bassa temperatura.
Quindi, ora abbiamo le nostre scorte di propellente per il lancio di cose dalla luna.
Ciò richiederà un trampolino di lancio, che può essere situato all’equatore della luna per la massima flessibilità di lancio in qualsiasi inclinazione orbitale poiché un sito di lancio polare sarà limitato ai lanci polari – solo al Lunar Gateway pianificato. Un trampolino di lancio lunare richiederà un ampio sviluppo delle infrastrutture.
In sintesi, l’apparente facilità di estrarre ghiaccio d’acqua dai poli lunari smentisce una complessa infrastruttura necessaria per realizzarlo. I costi di installazione dell’infrastruttura annulleranno la logica di risparmio sui costi per l’utilizzo delle risorse in situ.
Alternative all’estrazione
Ci sono opzioni più preferibili. La riduzione dell’idrogeno dell’ilmenite per produrre ferro metallico, rutilo e ossigeno offre la maggior parte dei vantaggi dello sfruttamento dell’acqua. L’ossigeno costituisce la parte del leone della miscela LH2/LOX. Non si tratta di grandi infrastrutture: la potenza termica può essere generata da concentratori solari di modeste dimensioni integrati nelle unità di elaborazione. Ogni unità può essere schierata dove è richiesta – non c’è bisogno di lunghi viaggi tra i siti di domanda e offerta.
Quindi, possiamo ottenere quasi la stessa funzione attraverso un percorso diverso e più facilmente realizzabile per l’utilizzo delle risorse in situ che è anche sostenibile estraendo abbondanti ilmenite e altri minerali lunari.
Non continuiamo a ripetere gli stessi errori insostenibili che abbiamo commesso sulla Terra: abbiamo la possibilità di farlo bene mentre ci diffondiamo nel sistema solare.
