COS'è L'ESTRAZIONE DELLA LUNA?

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Da quando abbiamo iniziato a inviare missioni con equipaggio sulla Luna, le persone hanno sognato il giorno in cui un giorno potremmo colonizzarlo. Immagina, un insediamento sulla superficie lunare, dove tutti si sentono costantemente solo circa il 15% più pesanti di quanto non facciano qui sulla Terra. E nel loro tempo libero, i coloni riescono a fare tutti i tipi di fantastici viaggi di ricerca sulla superficie in rover lunari. Devo ammetterlo, sembra divertente!

Più recentemente, è stata proposta l'idea di prospezione e estrazione sulla Luna. Ciò è dovuto in parte alla rinnovata esplorazione dello spazio, ma anche alla crescita delle società aerospaziali private e del settore NewSpace. Con le missioni sugli orari della Luna per i prossimi anni e decenni, sembra logico pensare a come potremmo avviare anche l'industria mineraria e altre industrie?

Metodi proposti:

Sono state fatte diverse proposte per stabilire operazioni di estrazione sulla Luna; inizialmente da agenzie spaziali come la NASA, ma più recentemente da interessi privati. Molte delle prime proposte ebbero luogo durante gli anni '50, in risposta alla Razza Spaziale, che vide una colonia lunare come un risultato logico dell'esplorazione lunare.

Ad esempio, nel 1954 Arthur C. Clarke propose una base lunare in cui i moduli gonfiabili erano coperti di polvere lunare per l'isolamento e le comunicazioni erano fornite da un albero radio gonfiabile. E nel 1959, John S. Rinehart - il direttore del Mining Research Laboratory della Colorado School of Mines - propose una base tubolare che "galleggiava" sulla superficie.

Da quel momento, la NASA, l'esercito e le forze aeree statunitensi e altre agenzie spaziali hanno lanciato proposte per la creazione di un insediamento lunare. In tutti i casi, questi piani contenevano quote per l'utilizzo delle risorse per rendere la base il più autosufficiente possibile. Tuttavia, questi piani hanno preceduto il programma Apollo e sono stati in gran parte abbandonati dopo la sua conclusione. Solo negli ultimi decenni sono state fatte ancora una volta proposte dettagliate.

Ad esempio, durante l'amministrazione Bush (2001-2009), la NASA ha dato la possibilità di creare un "avamposto lunare". Coerentemente con la loro Vision for Space Exploration (2004), il piano prevedeva la costruzione di una base sulla Luna tra il 2019 e il 2024. Uno degli aspetti chiave di questo piano era l'uso delle tecniche ISRU per produrre ossigeno dalla regolazione circostante.

Questi piani furono annullati dall'amministrazione Obama e sostituiti con un piano per una missione Mars Direct (noto come "Journey to Mars" della NASA). Tuttavia, durante un seminario nel 2014, rappresentanti della NASA hanno incontrato il genetista di Harvard George Church, Peter Diamandis della X Prize Foundation e altri esperti per discutere di opzioni a basso costo per il ritorno sulla Luna.

I documenti del seminario, pubblicati in un numero speciale di New Space, descrivono come un insediamento potrebbe essere costruito sulla Luna entro il 2022 per soli $ 10 miliardi di dollari. Secondo i loro articoli, una base a basso costo sarebbe possibile grazie allo sviluppo del business del lancio nello spazio, alla nascita del settore NewSpace, alla stampa 3D, ai robot autonomi e ad altre tecnologie recentemente sviluppate.

Nel dicembre 2015 si è svolto presso il Centro europeo di ricerca e tecnologia spaziale un simposio internazionale intitolato "Luna 2020-2030 - Una nuova era di esplorazione coordinata umana e robotica". All'epoca, il nuovo direttore generale dell'ESA (Jan Woerner) ha espresso il desiderio dell'agenzia di creare una base lunare internazionale utilizzando lavoratori robotici, tecniche di stampa 3D e utilizzo delle risorse in situ.

Nel 2010, la NASA ha istituito il Robotic Mining Competition, una competizione annuale basata su incentivi in cui gli studenti universitari progettano e costruiscono robot per navigare in un ambiente marziano simulato. Uno degli aspetti più importanti della competizione è la creazione di robot che possono fare affidamento su ISRU per trasformare le risorse locali in materiali utilizzabili. Le applicazioni prodotte potrebbero anche essere utili durante le future missioni lunari.

Altre agenzie spaziali hanno anche piani per basi lunari nei prossimi decenni. L'agenzia spaziale russa (Roscosmos) ha emesso piani per costruire una base lunare entro il 2020, e la China National Space Agency (CNSA) ha proposto di costruire tale base in un arco di tempo simile, grazie al successo del suo programma di Chang.

E il settore NewSpace ha anche prodotto alcune interessanti proposte di recente. Nel 2010, un gruppo di imprenditori della Silicon Valley si è riunito per creare Moon Express, una società privata che prevede di offrire servizi di trasporto e dati robotici lunari commerciali, nonché l'obiettivo a lungo termine di estrarre la Luna. Nel dicembre del 2015, sono diventati la prima azienda in competizione per il Premio Lunar X a costruire e testare un lander robotico: l'MX-1.

Nel 2010, Arkyd Astronautics (ribattezzata Planetary Resources nel 2012) è stata lanciata allo scopo di sviluppare e implementare tecnologie per l'estrazione di asteroidi. Nel 2013, Deep Space Industries è stata fondata con lo stesso scopo in mente. Sebbene queste compagnie si concentrino principalmente sugli asteroidi, l'appello è più o meno lo stesso dell'estrazione lunare - che sta espandendo la base di risorse dell'umanità oltre la Terra.

Risorse:

Basandosi sullo studio delle rocce lunari, riportate dalle missioni Apollo, gli scienziati hanno imparato che la superficie lunare è ricca di minerali. La loro composizione complessiva dipende dal fatto che le rocce provengano dalla maria lunare (grandi, scure, pianure basaltiche formate da eruzioni lunari) o dagli altopiani lunari.

Le rocce ottenute dalla maria lunare hanno mostrato grandi tracce di metalli, con il 14,9% di allumina (Al²O³), l'11,8% di ossido di calcio (calce), il 14,1% di ossido di ferro, il 9,2% di magnesia (MgO), il 3,9% di biossido di titanio (TiO²) e lo 0,6% di sodio ossido (Na²O). Quelli ottenuti dagli altopiani lunari hanno una composizione simile, con 24,0% di allumina, 15,9% di calce, 5,9% di ossido di ferro, 7,5% di magnesia e 0,6% di biossido di titanio e ossido di sodio.

Questi stessi studi hanno dimostrato che le rocce lunari contengono grandi quantità di ossigeno, principalmente sotto forma di minerali ossidati. Sono stati condotti esperimenti che hanno dimostrato come questo ossigeno possa essere estratto per fornire agli astronauti aria respirabile e potrebbe essere usato per produrre acqua e persino carburante per missili.

La Luna ha anche concentrazioni di Rare Earth Metals (REM), che sono attraenti per due motivi. Da un lato, i REM stanno diventando sempre più importanti per l'economia globale, poiché sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. D'altra parte, il 90% delle attuali riserve di REM sono controllate dalla Cina; quindi avere un accesso costante a una fonte esterna è visto da alcuni come una questione di sicurezza nazionale.

Allo stesso modo, la Luna ha una quantità significativa di acqua contenuta nella sua regolite lunare e nelle aree permanentemente ombreggiate nelle sue regioni polari nord e sud. Questa acqua sarebbe anche preziosa come fonte di combustibile per missili, per non parlare dell'acqua potabile per gli astronauti.

Inoltre, le rocce lunari hanno rivelato che anche l'interno della Luna può contenere significative fonti d'acqua. E da campioni di terreno lunare, si calcola che potrebbe esistere acqua adsorbita a concentrazioni in traccia da 10 a 1000 parti per milione. Inizialmente, si pensava che le concentrazioni di acqua all'interno delle rocce lunari fossero il risultato della contaminazione.

Ma da quel momento, molteplici missioni non hanno trovato solo campioni di acqua sulla superficie lunare, ma hanno rivelato prove della loro provenienza. Il primo è stato quello dell'India Chandrayaan-1 missione, che ha inviato un dispositivo di simulazione sulla superficie lunare il 18 novembre 2008. Durante la sua discesa di 25 minuti, l'Explorer di composizione altitudinale (CHACE) della sonda a impatto ha trovato prove di acqua nella sottile atmosfera della Luna.

Nel marzo del 2010, lo strumento Mini-RF a bordo Chandrayaan-1 scoperto più di 40 crateri oscurati permanentemente vicino al polo nord della Luna che si ipotizza possano contenere fino a 600 milioni di tonnellate metriche (661.387 milioni di tonnellate USA) di ghiaccio d'acqua.

Nel novembre 2009, la sonda spaziale LCROSS della NASA fece scoperte simili intorno alla regione polare meridionale, mentre un dispositivo di simulazione che inviava alla superficie sollevava materiale che mostrava contenere acqua cristallina. Nel 2012, i sondaggi condotti dal Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) hanno rivelato che il ghiaccio costituisce fino al 22% del materiale sul pavimento del cratere di Shakleton (situato nella regione polare meridionale).

È stato teorizzato che tutta questa acqua sia stata erogata da una combinazione di meccanismi. Per uno, il regolare bombardamento da parte di comete, asteroidi e meteoroidi portatori d'acqua su tempistiche geologiche avrebbe potuto depositarne gran parte. È stato anche sostenuto che viene prodotto localmente dagli ioni idrogeno del vento solare che si combina con minerali contenenti ossigeno.

Ma forse la merce più preziosa sulla superficie della Luna potrebbe essere l'elio-3. L'elio-3 è un atomo emesso dal Sole in quantità enormi, ed è un sottoprodotto delle reazioni di fusione che avvengono all'interno. Anche se oggi c'è poca richiesta di elio-3, i fisici pensano che serviranno come combustibile ideale per i reattori a fusione.

Il vento solare del Sole trasporta l'elio-3 lontano dal Sole e nello spazio - alla fine fuori dal Sistema Solare. Ma le particelle di elio-3 possono schiantarsi contro oggetti che si frappongono, come la Luna. Gli scienziati non sono stati in grado di trovare alcuna fonte di elio-3 qui sulla Terra, ma sembra essere sulla Luna in quantità enormi.

Benefici:

Da un punto di vista commerciale e scientifico, ci sono diverse ragioni per cui l'estrazione della luna sarebbe benefica per l'umanità. Per i principianti, sarebbe assolutamente essenziale per qualsiasi piano costruire un insediamento sulla Luna, poiché l'utilizzo delle risorse in loco (ISRU) sarebbe molto più conveniente rispetto al trasporto di materiali dalla Terra.

Inoltre, si prevede che gli sforzi di esplorazione spaziale proposti per il 21 ° secolo richiederanno grandi quantità di materiale. Ciò che viene estratto sulla Luna verrebbe lanciato nello spazio ad una frazione del costo di ciò che viene estratto qui sulla Terra, a causa della gravità molto più bassa della Luna e della velocità di fuga.

Inoltre, la Luna ha un'abbondanza di materie prime su cui fa affidamento l'umanità. Proprio come la Terra, è composta da rocce di silicato e metalli che si differenziano tra strati geochemicamente distinti. Questi sono costituiti da un nucleo interno ricco di ferro e un nucleo esterno fluido ricco di ferro, uno strato limite parzialmente fuso, un mantello solido e una crosta.

Inoltre, è stato riconosciuto da tempo che una base lunare - che includerebbe operazioni di risorse - sarebbe un vantaggio per le missioni più avanti nel Sistema Solare. Per le missioni che si dirigeranno su Marte nei prossimi decenni, il Sistema Solare esterno, o anche Venere e Mercurio, la capacità di essere rifornita da un avamposto lunare ridurrebbe drasticamente il costo delle singole missioni.

Sfide:

Naturalmente, anche la prospettiva di creare interessi minerari sulla Luna presenta alcune serie sfide. Ad esempio, qualsiasi base sulla Luna dovrebbe essere protetta dalle temperature superficiali, che vanno da molto basse ad alte - da 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) a 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - all'equatore e media 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) nelle regioni polari.

Anche l'esposizione alle radiazioni è un problema. A causa dell'atmosfera estremamente sottile e della mancanza di un campo magnetico, la superficie lunare subisce metà della radiazione di un oggetto nello spazio interplanetario. Ciò significa che gli astronauti e / o gli operai lunari sarebbero ad alto rischio di esposizione ai raggi cosmici, ai protoni del vento solare e alle radiazioni causate dai brillamenti solari.

Poi c'è la polvere lunare, che è una sostanza vetrosa estremamente abrasiva che si è formata da miliardi di anni di impatti di micrometeorite sulla superficie. A causa dell'assenza di agenti atmosferici ed erosione, la polvere lunare non è circonda e può causare danni ai macchinari e rappresenta un pericolo per la salute. Peggio ancora, si attacca a tutto ciò che tocca ed è stato un grosso fastidio per gli equipaggi Apollo!

E mentre la gravità inferiore è attraente per quanto riguarda i lanci, non è chiaro quali saranno i suoi effetti a lungo termine sulla salute per l'uomo. Come hanno dimostrato ricerche ripetute, l'esposizione a gravità zero per periodi di un mese provoca degenerazione muscolare e perdita di densità ossea, nonché una ridotta funzione degli organi e un sistema immunitario depresso.

Inoltre, ci sono i potenziali ostacoli legali che potrebbero presentare le attività di estrazione lunare. Ciò è dovuto al "Trattato sui principi che governa le attività degli Stati nell'esplorazione e nell'uso dello spazio esterno, tra cui la Luna e altri corpi celesti", altrimenti noto come "Il trattato sullo spazio esterno". In conformità con questo trattato, che è supervisionato dall'Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari dello spazio cosmico, a nessuna nazione è permesso possedere terre sulla Luna.

E mentre ci sono state molte speculazioni su una "scappatoia" che non proibisce espressamente la proprietà privata, non c'è consenso legale su questo. Pertanto, poiché la prospezione e l'estrazione lunari diventano più una possibilità, sarà necessario elaborare un quadro giuridico che assicuri che tutto sia in crescita.

Anche se potrebbe essere molto lontano, non è irragionevole pensare che un giorno potremmo scavare la Luna. E con le sue ricche forniture di metalli (che include i REM) che diventano parte della nostra economia, potremmo guardare a un futuro caratterizzato dalla post-scarsità!

Abbiamo scritto molti articoli sull'estrazione della luna e sulla colonizzazione qui su Space Magazine. Ecco chi erano i primi uomini sulla luna? Quali sono stati i primi sbarchi lunari? Quante persone hanno camminato sulla luna? Puoi comprare terra sulla luna? La luna o un asteroide?

Per ulteriori informazioni, assicurati di controllare questa infografica su Moon Mining dal Jet Propulsion Laboratory della NASA.

Il cast di astronomia ha anche alcuni episodi interessanti sull'argomento. Ascolta qui - Episodio 17: Da dove viene la luna? ed episodio 113: The Moon - Part I.

fonti: