Viviamo in un mondo in cui le decisioni importanti sono prese da persone spesso senza previdenza. Ma alcune cose sono prevedibili, incluso che se consumi continuamente una risorsa limitata senza riciclarla, alla fine si esaurirà.

Tuttavia, mentre ci prefiggiamo di imbarcarci per tornare sulla luna, porteremo con noi tutte le nostre cattive abitudini, inclusa la nostra voglia di consumo sfrenato.

Dalla scoperta nel 1994 del ghiaccio d'acqua sulla luna da parte della navicella spaziale Clementine, l'eccitazione ha regnato alla prospettiva di un ritorno sulla luna. Ciò seguì due decenni di stasi dopo la fine di Apollo, un malessere 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 per sempre privi di luce solare.

Da allora, anche grazie 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 sarà anche la domanda. Allora, cosa fare con l'acqua sulla luna?

Ci sono due risposte comunemente proposte:accumulo di energia utilizzando celle a combustibile e combustibile 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 perdite molto ridotte.

Energia e carburante

La seconda, attualmente la principale ragion d'essere per l'estrazione di acqua sulla luna, è più complessa ma non più convincente. Vale la pena notare che SpaceX utilizza una miscela metano/ossigeno nei suoi razzi, quindi non richiederebbero il propellente a idrogeno.

Quindi, ciò che viene proposto è di estrarre una risorsa preziosa e limitata e bruciarla, proprio come abbiamo fatto con il petrolio e il gas naturale sulla Terra. La tecnologia per l'estrazione e l'utilizzo di risorse nello spazio ha un nome tecnico:utilizzo delle risorse in situ.

E mentre l'ossigeno non è scarso sulla luna (circa il 40 percento dei minerali della luna contiene ossigeno), l'idrogeno lo è sicuramente.

Estrarre acqua dalla luna

L'idrogeno è molto utile sia come riducente che come combustibile. La luna è un vasto deposito di ossigeno all'interno dei suoi minerali, ma richiede idrogeno o altro riducente 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 l'idrogeno si riduce ad acqua, ferro metallo (da cui si può sfruttare una tecnologia basata sul 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, stiamo compromettendo le prospettive per le generazioni future:questo è il nocciolo 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 in condurre vaste operazioni minerarie.

I picchi di luce eterna sono cime montuose situate nella regione del polo sud che sono esposte alla luce solare quasi costante. Una proposta del Jet Propulsion Lab della NASA prevede di trasmettere la luce solare da giganteschi riflettori situati a questi picchi nei crateri.

Questi specchi giganti devono essere trasportati dalla Terra, atterrati su queste cime e installati e controllati a distanza per illuminare i crateri profondi. 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.

Usare 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) a una pressione minima di 15 bar. Ciò richiede energia extra per liquefare l'idrogeno e mantenerlo liquido senza evaporare. Questo idrogeno e ossigeno (LH2/LOX) raffreddati criogenicamente deve essere trasportato nel luogo di utilizzo mantenendo la sua bassa temperatura.

Quindi, ora abbiamo le nostre scorte di propellenti per il lancio di roba dalla luna.

Ciò richiederà un trampolino di lancio, che potrebbe essere posizionato all'equatore lunare per la massima flessibilità di lancio in qualsiasi inclinazione orbitale poiché un sito di lancio polare sarà limitato ai lanci polari, solo al previsto Lunar Gateway. Un trampolino di lancio lunare richiederà un ampio sviluppo delle infrastrutture.

In sintesi, l'apparente facilità di estrarre il ghiaccio d'acqua dai poli lunari smentisce una complessa infrastruttura necessaria per raggiungerlo. I costi di installazione dell'infrastruttura annulleranno la logica del risparmio sui costi per l'utilizzo delle risorse in situ.

Alternative all'estrazione

Ci sono più opzioni preferibili. La riduzione dell'idrogeno dell'ilmenite per produrre ferro, 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 comporta grandi infrastrutture:l'energia termica può essere generata da concentratori solari di modeste dimensioni integrati nelle unità di elaborazione. Ogni unità può essere implementata dove è necessario:non sono necessarie lunghe traversate tra i siti della domanda e dell'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 abbondante 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.