Da millenni gli esseri umani scavano nel sottosuolo, sulla Terra. È da lì che estraiamo alcune delle nostre risorse più preziose che hanno fatto progredire la società. Ad esempio, non ci sarebbe stata un'età del bronzo senza stagno e rame, entrambi trovati principalmente sotto terra. Ma quando si scava nel sottosuolo dei corpi celesti, abbiamo avuto momenti molto più difficili. Ciò dovrà cambiare se mai speriamo di utilizzare le potenziali risorse disponibili sotto la superficie. Un articolo di Dariusz Knez e Mitra Kahlilidermani dell'Università di Cracovia spiega perché è così difficile trivellare nello spazio e cosa potremmo fare al riguardo.
Nel loro articolo del 2021, pubblicato sulla rivista Energies , gli autori descrivono in dettaglio due principali categorie di difficoltà durante la trivellazione fuori dal mondo:sfide ambientali e sfide tecnologiche. Analizziamo innanzitutto le sfide ambientali.
Una differenza evidente tra la Terra e la maggior parte degli altri corpi rocciosi nei quali vorremmo potenzialmente praticare dei buchi è la mancanza di atmosfera. Ci sono alcune eccezioni, come Venere e Titano, ma anche Marte ha un'atmosfera abbastanza sottile da non poter supportare uno dei materiali fondamentali utilizzati per le trivellazioni qui sulla Terra:i fluidi.
Se hai mai provato a praticare un foro nel metallo, probabilmente hai utilizzato del fluido refrigerante. In caso contrario, ci sono buone probabilità che la punta del trapano o il pezzo si surriscaldino e si deformino fino al punto in cui non è più possibile forare. Per alleviare questo problema, la maggior parte dei macchinisti spruzza semplicemente del lubrificante nel foro e continua a premere. Una versione su scala più ampia di questo fenomeno si verifica quando le società di costruzione perforano il terreno, in particolare la roccia, utilizzando liquidi per raffreddare i punti in cui stanno perforando.
Ciò non è possibile su un corpo celeste senza atmosfera. Almeno non utilizzando le tradizionali tecnologie di perforazione. Qualsiasi liquido esposto alla mancanza di atmosfera sublimerebbe immediatamente, fornendo un effetto di raffreddamento minimo o nullo all'area di lavoro. E dato che molte operazioni di perforazione avvengono in modo autonomo, la trivella stessa, solitamente collegata a un rover o un lander, deve sapere quando interrompere il processo di perforazione prima che i frammenti si sciolgano. Si tratta di un ulteriore livello di complessità e non è una soluzione a cui molti progetti hanno ancora trovato una soluzione.
Un simile problema relativo ai fluidi ha limitato l’adozione di una tecnologia di perforazione onnipresente utilizzata sulla Terra:l’idraulica. Sbalzi estremi di temperatura, come quelli osservati sulla Luna durante il ciclo giorno/notte, rendono estremamente difficile fornire un liquido da utilizzare in un sistema idraulico che non congeli durante le notti fredde o evapori durante le giornate torride. Pertanto, i sistemi idraulici utilizzati in quasi tutti i grandi impianti di perforazione sulla Terra sono estremamente limitati se utilizzati nello spazio.
Possono sorgere anche altri problemi come la regolite abrasiva o appiccicosa, come la mancanza di campo magnetico durante l'orientamento del trapano. In definitiva, queste sfide ambientali possono essere superate con le stesse cose che gli esseri umani usano sempre per superarle, indipendentemente dal corpo planetario su cui si trovano:la tecnologia.
Tuttavia, ci sono molte sfide tecnologiche anche per la trivellazione fuori dal pianeta. Il più ovvio è il vincolo di peso, una considerazione cruciale per fare qualsiasi cosa nello spazio. I grandi impianti di perforazione utilizzano materiali pesanti, come rivestimenti in acciaio, per sostenere i pozzi che perforano, ma questi sarebbero proibitivi se si utilizzassero le attuali tecnologie di lancio.
Inoltre, la dimensione del sistema di perforazione stesso è il fattore limitante della forza del trapano:come affermato nel documento, "la forza massima trasmessa alla punta non può superare il peso dell'intero sistema di perforazione". Questo problema è aggravato dal fatto che i tipici trapani rover vengono sfruttati su un braccio robotico anziché posizionati direttamente sotto dove può essere applicata la massima quantità di peso. Questa limitazione della forza limita anche il tipo di materiale che il trapano può attraversare:ad esempio, sarà difficile perforare un masso significativo. Anche se riprogettare i rover tenendo presente la posizione di perforazione potrebbe essere utile, anche in questo caso entra in gioco la limitazione del peso di lancio.
Un altro problema tecnologico è la mancanza di energia. I motori alimentati da idrocarburi alimentano le più grandi piattaforme di perforazione sulla Terra. Ciò non è fattibile fuori dalla Terra, quindi il sistema deve essere alimentato da celle solari e dalle batterie che forniscono. Questi sistemi soffrono anche della stessa tirannia dell’equazione del razzo, quindi sono in genere di dimensioni relativamente limitate, rendendo difficile per i sistemi di perforazione sfruttare alcuni dei vantaggi dei sistemi interamente elettrici rispetto a quelli alimentati da idrocarburi, come una coppia più elevata .
Indipendentemente dalle difficoltà che questi sistemi di perforazione dovranno affrontare, saranno vitali per il successo di qualsiasi futuro programma di esplorazione, compresi quelli con equipaggio. Se mai volessimo creare città scavate nella roccia lavica sulla Luna o attraversare la calotta glaciale di Enceladeus per raggiungere l'oceano, avremo bisogno di tecnologie e tecniche di perforazione migliori. Fortunatamente, ci sono molti sforzi di progettazione per realizzarli.
Il documento descrive in dettaglio quattro diverse categorie di modelli di perforazione:
Per ciascuna categoria, il documento elenca diversi progetti a vari stadi di completezza. Molti di loro hanno idee nuove su come procedere con la perforazione, ad esempio utilizzando un sistema "inchworm" o l'uso degli ultrasuoni.
Ma per ora, perforare fuori dal pianeta, e soprattutto su asteroidi e comete, che presentano le proprie sfide gravitazionali, rimane un compito difficile ma necessario. Man mano che l’umanità acquisirà maggiore esperienza, miglioreremo senza dubbio. Data l'importanza di questo processo per i grandi progetti degli esploratori spaziali di tutto il mondo, il momento in cui potremo perforare efficacemente qualsiasi corpo roccioso o ghiacciato nel sistema solare non arriverà abbastanza presto.
Fornito da Universe Today
