Sono passati quarantacinque anni dall'ultima volta che gli umani hanno messo piede su un corpo extraterrestre. Ora, la luna è tornata al centro degli sforzi non solo per esplorare lo spazio, ma per creare un permanente, società spaziale indipendente.

Pianificare spedizioni verso il vicino celeste più prossimo della Terra non è più solo uno sforzo della NASA, anche se l'agenzia spaziale degli Stati Uniti ha in programma una stazione spaziale in orbita attorno alla luna che fungerebbe da base di partenza per le missioni su Marte nei primi anni 2030. La United Launch Alliance, una joint venture tra Lockheed Martin e Boeing, sta progettando una stazione di rifornimento lunare per veicoli spaziali, in grado di supportare 1, 000 persone che vivono nello spazio entro 30 anni.

Il miliardario Elon Musk, Jeff Bezos e Robert Bigelow hanno tutti aziende che mirano a consegnare persone o merci sulla luna. Diverse squadre in competizione per una parte del premio in denaro di 30 milioni di dollari di Google stanno pianificando di lanciare rover sulla luna.

Noi e altri 27 studenti da tutto il mondo abbiamo recentemente partecipato al Caltech Space Challenge 2017, proponendo progetti di come potrebbe essere una stazione di lancio e rifornimento lunare per missioni nello spazio profondo, e come funzionerebbe.

Le materie prime per il carburante per missili

In questo momento tutte le missioni spaziali si basano su, e lanciato da, Terra. Ma l'attrazione gravitazionale della Terra è forte. Per entrare in orbita, un razzo deve percorrere 11 chilometri al secondo - 25, 000 miglia all'ora!

Qualsiasi razzo in partenza dalla Terra deve trasportare tutto il carburante che utilizzerà mai per raggiungere la sua destinazione e, se necessario, di nuovo indietro. Quel carburante è pesante e farlo muovere a velocità così elevate richiede molta energia. Se potessimo fare rifornimento in orbita, quell'energia di lancio potrebbe portare in orbita più persone o merci o attrezzature scientifiche. Quindi la navicella spaziale potrebbe fare rifornimento nello spazio, dove la gravità terrestre è meno potente.

La luna ha un sesto della gravità della Terra, che lo rende un'attraente base alternativa. La luna ha anche il ghiaccio, che sappiamo già come trasformare in un propellente idrogeno-ossigeno che usiamo in molti razzi moderni.

Luna vagante

Le missioni Lunar Reconnaissance Orbiter e Lunar Crater Observation and Sensing Satellite della NASA hanno già trovato notevoli quantità di ghiaccio in crateri permanentemente in ombra sulla luna.

Quelle posizioni sarebbero difficili da estrarre perché sono più fredde e non offrono luce solare per alimentare i veicoli itineranti. Però, potremmo installare grandi specchi sui bordi dei crateri per illuminare i pannelli solari nelle regioni permanentemente in ombra.

Rover del concorso Lunar X Prize di Google e del Lunar Resource Prospector della NASA, previsto per il lancio nel 2020, contribuirebbe anche a trovare buone posizioni per estrarre il ghiaccio.

Immaginando una base lunare

A seconda di dove si trovano le migliori riserve di ghiaccio, potremmo aver bisogno di costruire diverse piccole basi lunari robotiche. Ognuno estrae il ghiaccio, fabbricare propellente liquido e trasferirlo a veicoli spaziali di passaggio. Il nostro team ha sviluppato piani per svolgere tali compiti con tre diversi tipi di rover. I nostri piani richiedono anche alcune piccole navette robotiche per incontrarsi con i vicini veicoli per missioni nello spazio profondo in orbita lunare.

un rover, che chiamiamo il Prospettore, esplorerebbe la luna e troverebbe luoghi ricchi di ghiaccio. Un secondo rover, il Costruttore, seguirebbe dietro, costruire una piattaforma di lancio e abbattere le strade per facilitare i movimenti per il terzo tipo di rover, i minatori, che effettivamente raccolgono il ghiaccio e lo consegnano ai serbatoi di stoccaggio vicini e a un impianto di trattamento dell'elettrolisi che divide l'acqua in idrogeno e ossigeno.

Il Costruttore costruirebbe anche una piattaforma di atterraggio dove arriverebbe la piccola navicella spaziale per il trasporto vicino alla luna che chiamiamo Lunar Resupply Shuttles per raccogliere il carburante per la consegna mentre i veicoli spaziali appena lanciati passano vicino alla luna. Le navette brucerebbero carburante lunare e avrebbero sistemi di guida e navigazione avanzati per viaggiare tra le basi lunari e il loro veicolo spaziale bersaglio.

Una stazione di servizio nello spazio

Quando viene prodotto abbastanza carburante, e il sistema di consegna della navetta è testato e affidabile, il nostro piano prevede la costruzione di una stazione di servizio nello spazio. Le navette consegnerebbero il ghiaccio direttamente al deposito di carburante orbitante, dove verrebbe trasformato in carburante e dove i razzi diretti su Marte o altrove potrebbero attraccare per ricaricarsi.

The depot would have large solar arrays powering an electrolysis module for melting the ice and then turning the water into fuel, and large fuel tanks to store what's made. NASA is already working on most of the technology needed for a depot like this, including docking and fuel transfer. We anticipate a working depot could be ready in the early 2030s, just in time for the first human missions to Mars.

To be most useful and efficient, the depot should be located in a stable orbit relatively near both the Earth and the moon. The Earth-moon Lagrangian Point 1 (L1) is a point in space about 85 percent of the way from Earth to the moon, where the force of Earth's gravity would exactly equal the force of the moon's gravity pulling in the other direction. It's the perfect pit stop for a spacecraft on its way to Mars or the outer planets.

Leaving Earth

Our team also found a fuel-efficient way to get spacecraft from Earth orbit to the depot at L1, requiring even less launch fuel and freeing up more lift energy for cargo items. Primo, the spacecraft would launch from Earth into Low Earth Orbit with an empty propellant tank.

Quindi, the spacecraft and its cargo could be towed from Low Earth Orbit to the depot at L1 using a solar electric propulsion tug, a spacecraft largely propelled by solar-powered electric thrusters.

This would let us triple the payload delivery to Mars. Attualmente, a human Mars mission is estimated to cost as much as US$100 billion, and will need hundreds of tons of cargo. Delivering more cargo from Earth to Mars with fewer rocket launches would save billions of dollars and years of time.

A base for space exploration

Building a gas station between Earth and the moon would also reduce costs for missions beyond Mars. NASA is looking for extraterrestrial life on the moons of Saturn and Jupiter. Future spacecraft could carry much more cargo if they could refuel in space – who knows what scientific discoveries sending large exploration vehicles to these moons could enable?

By helping us escape both Earth's gravity and dependence on its resources, a lunar gas station could be the first small step toward the giant leap into making humanity an interplanetary civilization.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.