Sappiamo tutti che il tempo è scaduto per una base lunare. Ma il costo di inviare tutto il necessario dalla Terra per costruire una base è proibitivo. Il pozzo gravitazionale della Terra è troppo profondo e troppo forte per portare tutto lì con i razzi. Quindi qual è la soluzione?
Secondo l'ESA, la soluzione è la produzione additiva (AM) e l'utilizzo delle risorse in situ (ISRU).
L'ESA sta conducendo un progetto per escogitare modi in cui la stampa AM o 3D può essere utilizzata ora e in futuro per rendere più fattibile una base lunare. Il progetto si chiama "Concepire una base lunare usando le tecnologie di stampa 3D". Questo è il vecchio spirito pionieristico di vivere fuori terra, ma riavviato con tecnologia moderna e avanzata. AM e ISRU limiteranno la nostra dipendenza logistica dalla Terra e consentiranno gran parte di ciò che una base lunare deve essere costruita con le risorse disponibili sulla Luna; vale a dire, la polvere di luna stessa.
"La stampa 3D offre un potenziale mezzo per facilitare l'insediamento lunare con una logistica ridotta dalla Terra." -Scott Hovland del team di voli spaziali umani dell'ESA.
Alla fine, secondo l'ESA, un'ampia varietà di materiali e attrezzature necessari per una base lunare può essere stampata in 3D quando e dove è necessario. Tutto, dai materiali da costruzione ai pannelli solari, dalle attrezzature e dagli strumenti ai vestiti, potrebbe essere potenzialmente stampato in 3D sulla Luna. È possibile che anche i nutrienti e gli ingredienti alimentari possano essere forniti dalla stampa 3D.
La stampa 3D non solo riduce il costo di una base Moon, ma rende l'intera impresa più reattiva e personalizzabile. Non solo la regolite lunare può essere utilizzata per creare il maggior numero possibile di strutture e oggetti, ma può anche essere utilizzata per riciclare e riutilizzare gli oggetti portati dalla Terra.
Il progetto "Conceiving a Lunar Base ..." prevede un piano trifase per una base lunare che si basa fortemente sulla stampa 3D:
- Fase uno: sopravvivibile. Questo affronta le basi necessarie per consentire a un piccolo equipaggio di sopravvivere sulla Luna, come gli alloggi.
- Fase due: sostenibile. In questo modo la base lunare viene ampliata per includere più quartieri dell'equipaggio, aree di fabbricazione e strutture di ricerca.
- Fase tre: operativa. In questa fase, la base lunare è pienamente operativa e costruita per l'abitazione a lungo termine.
"I processi di stampa selezionati consentirebbero di riciclare i materiali disponibili per scopi diversi", spiega Antonella Sgambati di OHB System AG, che gestisce il progetto. “Un altro grande vantaggio della stampa 3D - altrimenti noto come produzione additiva - è l'ampiezza delle opzioni di progettazione che consente. Componenti, prodotti e il processo di stampa stesso possono essere riprogettati in base all'utilizzo finale previsto nella base lunare. È possibile prendere decisioni sul modo migliore per collegare i materiali disponibili con l'hardware da stampare. "
Le radici del progetto risalgono al 2013, quando l'ESA ha assunto uno studio di architettura per progettare una struttura in grado di resistere all'ambiente lunare. Il kicker era che doveva essere fatto di terreno lunare, o in questo caso, simulato terreno lunare. Lo studio di architettura Foster and Partners ha costruito un campione di 1,5 tonnellate di campione. Il blocco era una struttura a celle chiuse simile a ossa di uccelli.
"Come pratica, siamo abituati a progettare per climi estremi sulla Terra e sfruttare i benefici ambientali derivanti dall'uso di materiali locali e sostenibili", ha osservato Xavier De Kestelier del gruppo di specialisti di Foster + Partners. "La nostra abitazione lunare segue una logica simile."
I ricercatori dell'ESA stanno sperimentando simulazioni regolate lunari per stampare in 3D piccoli oggetti come viti e ingranaggi e persino una moneta. La regolite non è troppo difficile da simulare e contiene elementi come silicio, alluminio, calcio e ossidi di ferro. La presenza di questi materiali significa che la regolite può essere formata in forme utilizzabili.
Certo, non è così semplice come versare lo sporco lunare in una stampante e poi escono oggetti tanto necessari. Innanzitutto, la regolite lunare simulata viene macinata fino alla dimensione delle particelle. Quindi viene miscelato con un agente legante che reagisce alla luce. L'oggetto viene stampato dalla miscela risultante, quindi esposto alla luce per indurirlo, quindi infine cotto in forno. Secondo l'ESA, il prodotto finito è come un pezzo di ceramica Moon-dust.
Uno degli usi potenziali più interessanti del futuro della stampa 3D nell'esplorazione spaziale è nel campo dell'assistenza medica e si chiama "bio-stampa". Gli astronauti che andarono sulla Luna nelle missioni Apollo se ne andarono per circa 12 giorni e portarono con sé un piccolo kit di pronto soccorso. Ma per il tipo di soggiorni a lungo termine che gli astronauti alla base lunare dureranno, sarà probabilmente necessario un livello più elevato di cure mediche.
"Chiediamo quali astronauti avrebbero bisogno a breve, medio e lungo termine e quali passi sono necessari per far maturare la bioprinting 3D a un livello in cui possa essere utile nello spazio". - Tommaso Ghidini, capo della divisione Strutture, meccanismi e materiali dell'ESA.
L'ESA sta esaminando la stampa 3D e come potrebbe aiutare a fornire assistenza medica agli astronauti sulla Luna o altrove. Gli astronauti che si avventurano in profondità nello spazio potrebbero ricevere trattamenti medici usando pelle, ossa e - un giorno - stampati in 3D interi organi, secondo un gruppo leader di esperti di bioprinting 3D che si sono riuniti in un seminario di due giorni dell'ESA sulla stampa medica 3D.
Questa idea ruota attorno all'idea dei "bioinchiostri". Si basano su cellule umane e sui nutrienti e sui materiali necessari per ricrescere i tessuti del corpo come pelle, ossa e cartilagine. Più avanti nel futuro è l'idea di stampare interi organi. Questo è piuttosto speculativo a questo punto, ma la stampa medica 3D probabilmente ci arriverà ad un certo punto in futuro.
"Chiediamo quali astronauti avrebbero bisogno a breve, medio e lungo termine e quali passi sono necessari per far maturare la bioprinting 3D a un livello in cui possa essere utile nello spazio", ha affermato Tommaso Ghidini, responsabile Strutture, Meccanismi dell'ESA, e divisione materiali. "Stiamo definendo una tabella di marcia e una tempistica di sviluppo, con l'obiettivo che questo gruppo diventi un gruppo di lavoro scientifico in futuro, spingendo avanti i progressi".
La bio-stampa 3D consente agli equipaggi isolati nello spazio di prepararsi per un numero maggiore di emergenze rispetto a quanto sia possibile con la tecnologia attuale. Nello spazio, o sulla Luna o in un altro pianeta, lo spazio all'interno degli alloggi è un premio. Un centro medico completamente fornito è un lusso che gli astronauti difficilmente potranno permettersi. L'ESA utilizza una lesione da ustioni come esempio per illustrare i vantaggi della bio-stampa 3D.
Le lesioni da ustioni gravi sono in genere trattate utilizzando innesti cutanei di altre parti del corpo di un paziente. Ciò comporta una lesione secondaria dell'area trapiantata, tutt'altro che ideale quando la ricerca mostra che l'ambiente orbitale rende le ferite più difficili da curare. Invece, la nuova pelle potrebbe essere coltivata e bioprintata dalle stesse cellule del paziente, quindi trapiantata direttamente.
C'è un crescente entusiasmo nell'ESA per una base lunare. È il prossimo passo logico e completa il Deep Space Gateway come punto di partenza per ulteriori esplorazioni del Sistema Solare. Ci sono una serie di tecnologie che spingono l'intero sforzo in avanti, di cui la produzione additiva o la stampa 3D è solo una. Ma per ora, i test della maggior parte di queste tecnologie devono aver luogo qui sulla Terra, in ambienti che simulano importanti aspetti dell'ambiente lunare.
Alcune di queste tecnologie sono in fase di test presso la base Pangea-X Moon dell'ESA a Lanzarote, nelle Isole Canarie. Lanzarote è l'ambiente perfetto per testare alcuni degli aspetti geologici di una missione sulla Luna o su Marte. In particolare, testerà le tecnologie per il prelievo di campioni di roccia.
Anche qualcosa che sembra semplice come prendere campioni di roccia è confuso da molteplici difficoltà in un ambiente spaziale. In particolare, i ritardi nelle comunicazioni possono rendere tutto più impegnativo. Un esperimento della scorsa settimana chiamato Analog-1 ha testato gli aspetti scientifici, operativi e di comunicazione di una missione esplorativa. L'astronauta dell'ESA Matthias Maurer si troverà a Pangaea-X e piloterà a distanza un rover situato nei Paesi Bassi. Per fare ciò, utilizzerà la tecnologia chiamata Electronic Field Book.
L'Electronic Field Book è uno strumento che integra posizionamento in tempo reale, condivisione dei dati, chat vocale e molto altro. È una corsa a secco per un esperimento che l'astronauta dell'ESA Luca Parmitano effettuerà il prossimo anno dalla Stazione Spaziale Internazionale. Il Field Book consente a scienziati esperti di guidare gli astronauti nella raccolta dei migliori campioni.
Che si tratti di stampa 3D di strutture, stampa 3D biomedica o di tutte le altre tecnologie che devono essere sviluppate e perfezionate, è chiaro che l'ESA ha gli occhi su una base lunare.
- Comunicato stampa ESA: Future Moon Base
- Comunicato stampa ESA: base Pangea-X Moon
- Comunicato stampa ESA: stampa 3D di pelle, ossa e parti del corpo studiate per futuri astronauti
- Comunicato stampa ESA: costruzione di una base lunare con stampa 3D
