Guinguette Marais Poitevin

Gli appassionati di estrazione mineraria sulla Luna sono stati particolarmente felici questa settimana quando i ricercatori hanno affermato di aver trovato la prova definitiva dell’esistenza di ghiaccio d’acqua sulla superficie della Luna. Lassù c’è anche più ghiaccio d’acqua di quanto pensassimo, e sappiamo esattamente dove ce n’è molto. Questo potrebbe rendere ancora più facile estrarre quest’acqua in futuro.

Per molto tempo prima di questa scoperta, i ricercatori sono stati ansiosi di raccogliere l’acqua che potrebbe essere in agguato sulla superficie lunare. È una risorsa che potrebbe essere incredibilmente preziosa per le future missioni a lungo termine sulla Luna, poiché l’acqua è essenziale per il funzionamento della vita qui sulla Terra. Potrebbe essere riciclata all’interno di un habitat lunare o usata per l’acqua potabile o per fare il bagno. Potrebbe anche essere usata per aiutare le piante a crescere sulla Luna, che sono necessarie per nutrire i futuri abitanti lunari.

Ma forse l’applicazione più grande e immediata per l’acqua lunare è la produzione di propellente per razzi. I componenti principali dell’acqua – idrogeno e ossigeno – sono due dei principali materiali utilizzati per alimentare i razzi in questo momento. E la produzione di propellente per razzi dall’acqua sulla Luna potrebbe ridurre drasticamente il costo di missioni ambiziose nello spazio. In questo momento, i razzi che lasciano la Terra devono portare con sé tutto il propellente di cui hanno bisogno. Ma sfruttando il ghiaccio lunare, i razzi potrebbero potenzialmente fare rifornimento una volta arrivati nello spazio, permettendo loro di raggiungere luoghi lontani con meno soldi.

“L’idea sarebbe quella di avviare una sorta di catena di approvvigionamento al di fuori della Terra per alcuni prodotti – in particolare, per l’acqua come propellente – in modo che possa essere molto più facile navigare nello spazio da un corpo all’altro”, dice a The Verge Julie Brisset, un ricercatore associato presso il Florida Space Institute.

Portare qualcosa nello spazio è costoso. Se vuoi che il tuo satellite si liberi dalla gravità della Terra, hai bisogno di molto propellente per alimentare il viaggio verso l’orbita. Infatti, la maggior parte del peso di un razzo al momento del lancio è solo il propellente necessario per portare la cosa nello spazio. E più in profondità nello spazio si vuole andare, più propellente serve. È necessaria una maggiore energia per allontanarsi sempre di più dall’attrazione del pianeta. Così le missioni nello spazio più profondo diventano ancora più costose per pagare tutto il propellente extra necessario per arrivarci e il razzo più grande per ospitare quel propellente.

Ma se invece di portare tutto il propellente necessario dalla Terra, si riempisse il serbatoio di gas con il propellente che è già nello spazio? Allora le missioni nello spazio profondo diventerebbero più simili a viaggi in macchina attraverso il paese. “Immagina se dovessi guidare fino a Denver e non ci fossero stazioni di servizio lungo la strada e dovessi portare con te tutta la benzina da New York”, dice a The Verge George Sowers, professore alla Colorado School of Mines ed ex vicepresidente della United Launch Alliance. “Probabilmente non potresti farlo con la tua auto. Dovresti trainare tutto il carburante necessario”. Ecco perché l’idea dell’estrazione mineraria lunare è così allettante. L’acqua della Luna potrebbe essere estratta, scomposta in carburante per razzi e trasportata in un deposito di propellente vicino alla Luna o nell’orbita terrestre bassa. Allora i razzi non dovrebbero essere così grandi per contenere tutto il loro propellente. Potrebbero semplicemente attraccare a un deposito e fare rifornimento per viaggi più lunghi nello spazio.

Trasportare il propellente dalla Luna ad altre località nello spazio non è neanche lontanamente così costoso come trasportarlo dalla Terra. La Luna ha un sesto della gravità della Terra, il che significa che ci vuole meno energia per staccarsi dalla superficie. Sowers ha recentemente fatto un’analisi su quanto costerebbe trasportare dallo spazio il propellente lunare in diverse località. E portare l’acqua lunare nell’orbita terrestre bassa, per esempio, è ancora più economico che inviarla dalla Terra, anche se il nostro pianeta è più vicino. “Se devi usare quel propellente nell’orbita terrestre bassa, è ancora forse un risparmio del 20 o 30 per cento, usando il propellente lunare rispetto a quello terrestre”, dice Sowers.

Gli scienziati fantasticano di trasformare l’acqua lunare in carburante per razzi da decenni ormai, poiché sono emerse prove che i poli lunari potrebbero essere ideali per le miniere. Nel 1994, una sonda congiunta della NASA e dell’esercito americano chiamata Clementine ha trovato la prova che l’acqua esiste nei crateri ai poli della Luna. Questi luoghi non vedono mai la luce del Sole e non raggiungono mai temperature superiori ai -250 gradi Fahrenheit. Molteplici missioni sulla Luna da allora hanno indicato che l’acqua potrebbe essere presente anche in questi luoghi. Nel 2009, la NASA ha sbattuto un veicolo spaziale chiamato LCROSS in un cratere al polo sud della Luna, per vedere che tipo di materiali ha cacciato l’impatto. La NASA ha scoperto che c’era circa il 5% di acqua in ciò che è stato espulso.

Tuttavia, una ricerca pubblicata questa settimana nei Proceedings of the National Academy of Sciences indica che alcune aree della Luna potrebbero essere traboccanti di acqua. I ricercatori dell’Università delle Hawaii e della Brown University hanno analizzato i dati raccolti dal veicolo spaziale indiano Chandrayaan-1, lanciato sulla Luna nel 2008. Utilizzando uno degli strumenti del veicolo, sono stati in grado di individuare aree di ghiaccio sulla Luna misurando la riflettività dell’acqua. Hanno anche osservato queste posizioni nella luce infrarossa, che ha permesso loro di determinare se l’acqua era in forma di ghiaccio e non di vapore o liquido. Non solo hanno confermato che l’acqua ghiacciata è esposta sulla superficie lunare, ma alcune aree del suolo sono composte dal 20 al 30% di ghiaccio. A seconda di quanto in profondità va il ghiaccio sulla superficie, questo potrebbe essere un ampio mangime per il propellente dei razzi.

“Non abbiamo davvero bisogno di essere così concentrati ovunque”, dice Phil Metzger, fisico planetario presso l’Università della Florida Centrale e co-fondatore di Swamp Works della NASA al Kennedy Space Center. “Abbiamo solo bisogno che alcuni luoghi siano ad alta concentrazione per avere abbastanza acqua per fornire tutte le esigenze di trasporto spaziale per i prossimi 30 anni.”

Un deposito di propellente in orbita terrestre bassa apre un sacco di opportunità per nuovi tipi di missioni nello spazio. Un’idea è qualcosa chiamato rimorchiatore spaziale – un razzo che rimane nello spazio, rifornendosi più e più volte, per traghettare i satelliti alle loro destinazioni finali. In questo momento, i satelliti che vanno in orbite alte sopra la Terra vengono dispiegati in un’orbita di trasferimento iniziale e poi passano da sei mesi a un anno a sollevarsi lentamente più in alto con i propulsori di bordo. Durante questo periodo, il satellite non può fare il suo lavoro, quindi non guadagna nulla. Ma con un rimorchiatore spaziale, i satelliti potrebbero essere distribuiti in orbite molto più basse con razzi più piccoli, e poi un razzo riutilizzabile già nello spazio potrebbe “rimorchiare” la sonda alla sua orbita finale in pochi giorni. Questo fa risparmiare soldi agli operatori satellitari: non hanno bisogno di un razzo così grande per portare il loro carico utile nello spazio, e hanno più tempo per fare soldi con le loro sonde.

Quindi sì, l’acqua lunare come carburante è attraente, ma non sarà facile iniziare a estrarre l’acqua nello spazio. In primo luogo, ci deve essere una vasta campagna di prospezione. Grazie allo studio PNAS, i ricercatori hanno praticamente creato una mappa che mostra dove trovare i pezzi più succosi di ghiaccio d’acqua ai poli lunari. Il prossimo passo è quello di inviare lander e rover in quelle aree per capire quale sia la posizione migliore a cui mirare e quale sia la consistenza del ghiaccio. Gli scienziati non sanno ancora se il ghiaccio è sotto forma di fanghiglia mescolata alla terra o se è come mattoni solidi fusi insieme ad altri materiali della superficie. “Sappiamo come progettare l’attrezzatura per estrarlo. Solo che non sappiamo quale serie di attrezzature usare”, dice Metzger.

Un’idea è quella di raccogliere il suolo lunare con un robot di scavo che trasporta i materiali ad un processore. Questo processore poi separa il ghiaccio dal suolo attraverso il riscaldamento e rompe l’acqua nelle sue parti fondamentali con l’elettricità. Parte del combustibile risultante viene poi utilizzato per lanciare il resto dell’acqua fuori dalla Luna su un veicolo di trasporto, inviandolo a qualsiasi deposito di propellente ne abbia bisogno nello spazio.

Naturalmente, tutto questo sarà costoso. “Si tratta di un’analisi dei costi”, dice Metzger. “È più economico lanciare il carburante per razzi dalla Terra, o è più economico lanciare l’attrezzatura nello spazio una sola volta e poi mantenere quell’attrezzatura e usarla per creare continuamente carburante per razzi nello spazio? In base all’analisi fatta da Metzger, Brisset e Sowers, essi stimano che ci vorrà un decennio perché l’investimento nell’estrazione mineraria sulla Luna sia redditizio. Ma poiché l’estrazione mineraria lunare è così rischiosa, è possibile che non ci siano molti capitalisti di ventura che vogliano buttarsi subito.

Ecco perché il team suggerisce che la NASA dovrebbe essere coinvolta finanziando parzialmente i primi sforzi di sviluppo minerario. In questo modo, gli investitori commerciali saranno più propensi a partecipare se un’agenzia governativa credibile è coinvolta e sostiene alcuni dei costi.

NASA non farebbe solo un favore agli investitori: l’agenzia spaziale ha suggerito che potrebbe aver bisogno fino a 100 tonnellate metriche di propellente ogni anno per alimentare i veicoli che lasciano la superficie lunare da una base, secondo l’analisi di Sowers. Se dovessero spedire tutto questo dalla Terra, costerebbe circa 3,5 miliardi di dollari all’anno. Il risparmio derivante dalla produzione di carburante lunare potrebbe rendere più economiche le missioni sulla Luna e su Marte. “Renderebbe le missioni su Marte meno costose, e rende accessibile praticamente tutto ciò che facciamo oltre la Terra”, dice Sowers. Per esempio, usare il propellente lunare per rifornire i razzi abbasserebbe il costo di andare sulla Luna dalla Terra di un fattore tre, secondo Sowers. Questo è un dettaglio importante, dato che la NASA sta cercando di fare missioni umane sulla Luna ancora una volta.

“Sono anni che dico che l’acqua è il petrolio dello spazio”, dice Sowers, aggiungendo: “Se i piani della NASA sono di creare una presenza umana permanente sulla Luna, la prima cosa che la NASA deve fare è costruire un impianto di produzione di propellente.”