Immagina se la luna potesse generare tutto il combustibile per la futura esplorazione dello spazio. Bene, questo è parte del piano per Mina la luna per l'acqua, una nuova missione per Dr. Philip (Phil) Metzger, uno scienziato planetario con il Florida Space Institute (FSI) presso l'Università della Florida centrale, e Julie Brisset, un ricercatore associato con FSI.

Il loro nuovo contratto con United Launch Alliance (ULA) li invita a sviluppare un metodo praticabile per estrarre l'acqua dalle profondità della luna in modo economico ed efficiente.

ULA is una joint venture tra Lockheed Martin e The Boeing Company che è stata costituita in 2006 allo scopo di fornire servizi di lancio spaziale affidabili ed economici per la NASA e altre agenzie governative statunitensi.

Il progetto sarà guidato da Metzger, che ha lavorato al Kennedy Space Center per quasi tre decenni e ha co-fondato il KSC Swamp Works - un hands-on laboratorio che accelera l'innovazione a vantaggio della NASA e della Terra - prima di unirsi a UCF.

La presenza di acqua sulla luna sia vicino al polo della luna sia sul superficie della luna è supportato da dati provenienti da varie missioni spaziali.

Perché estrarre la luna per l'acqua?

La capacità di estrarre corpi idrici lunari avrebbe fatto progredire l'obiettivo di ULA, in quanto l'acqua potrebbe essere scomposta in idrogeno e ossigeno per generare combustibile per missili nello spazio. La possibilità di fare rifornimento nello spazio apre le porte a più possibilità di lancio e costi di trasporto inferiori nello spazio lunare e oltre.

L'acqua estratto potrebbe essere utilizzata anche per altri scopi, compresi i sistemi di supporto vitale, la schermatura contro le radiazioni e l'acqua potabile per gli esploratori spaziali.

Potrebbe anche aiutare l'ULA a realizzare la sua visione di un'economia spaziale autosufficiente in CisLunar, lo spazio tra la Terra e la luna.

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"È vitale per l'umanità superare i limiti di questo singolo pianeta", ha detto Metzger.

"La nostra civiltà è cresciuta così tanto che stiamo stressando troppo il pianeta, spingendo le specie verso l'estinzione, inquinando l'atmosfera e l'oceano, e utilizzando le migliori risorse che le nazioni in via di sviluppo avrebbero bisogno per raggiungere un tenore di vita migliore. Sappiamo come mettere l'industria nello spazio per affrontare queste sfide globali e scavare l'acqua sulla Luna è un primo passo economicamente valido. Sono entusiasta dell'estrazione lunare non solo perché renderà l'esplorazione dello spazio più accessibile e produrrà una migliore scienza nel sistema solare, ma perché è sul sentiero critico verso il diventare una specie di sistema solare e risolvere i problemi sul pianeta Terra ".

Tecnica proposta per l'estrazione mineraria dell'acqua

Fino ad ora, i ricercatori che cercavano di estrarre la luna per l'acqua si sono concentrati sulla ricerca di modi per raccogliere la regolite della luna, che ha l'acqua chiusa in freddi blocchi di ghiaccio, e quindi trasportarla verso le piante di trasformazione sulla luna. La regolite è lo strato di materiale roccioso non consolidato che ricopre il substrato roccioso.

L'approccio multi-step, tuttavia, richiederebbe attrezzature di grandi dimensioni per rimuovere i pezzi di ghiaccio e trasportarli agli impianti di lavorazione.

"Quando parli di ottenere cose nello spazio, il peso conta", ha detto Metzger in una dichiarazione.

"Quindi stiamo osservando una tecnica che richiede meno materiale da trasportare e che comunque svolge il lavoro".

La tecnica proposta è quella di estrarre l'acqua in situ, il che eliminerebbe la necessità di attrezzature pesanti da costruzione e rimuoverà il passaggio extra di trasporto del terreno. Ciò comporterebbe la perforazione di fori nelle profondità della luna, il pompaggio del calore attraverso i fori per riscaldare la regolite e il prelievo del vapore acqueo rilasciato attraverso i tubi nei fori.

Metzger ha avuto l'idea di vaporizzare l'acqua sul posto a causa della tecnica comune di utilizzare il cambio di fase del minerale - sciogliendolo o vaporizzandolo - nell'estrazione e raffinazione qui sulla Terra, ha detto.

"Nello spazio è diverso perché l'intera Luna è in un vuoto duro, quindi invece di sciogliere il ghiaccio si vaporizzerà direttamente in vapore", ha detto Metzger.

"Anni fa ho fatto alcuni modelli al computer per vedere se i requisiti energetici fossero ragionevoli, e ho concluso che lo sono. Tuttavia, non ho mai avuto la possibilità di lavorarci di nuovo. Più recentemente, George Sowers (ex ingegnere capo presso la United Launch Alliance, o ULA, ora con la Colorado School of Mines) ha avuto questa idea da solo e mi ha chiesto di aiutarla a indagare. ULA vuole essere cliente di un'operazione mineraria lunare, quindi è alla ricerca di modi in cui un'altra azienda potrebbe operare in modo meno costoso. La vaporizzazione dell'acqua sul posto sembra richiedere meno attrezzature rispetto a qualsiasi altro metodo, in modo che possa produrre l'acqua in-space più conveniente. "

La tecnica potrebbe essere utilizzata per estrarre l'acqua a diverse profondità, ma la profondità ottimale è una questione di analisi costi-benefici.

"Sappiamo dalla missione LCROSS della NASA, dove hanno colpito un veicolo spaziale in un cratere scuro al polo sud della Luna, che l'acqua lunare è mescolata nel terreno dalla superficie fino ad una profondità di 2 o 3 metri o anche più in profondità", ha detto Metzger.

"Possiamo scavare nel modo più superficiale possibile, quindi è un compromesso utilizzare più apparecchiature ed energia per scavare più in profondità o spostare le apparecchiature più spesso per rimanere più superficiali. Ogni volta che inizi a estrarre una posizione, riscaldi il terreno in quella zona. Ciò rappresenta un investimento in energia che non vuoi abbandonare casualmente. Quindi, se puoi continuare a ricevere acqua più profondamente da quella stessa posizione, allora hai un incentivo a continuare a farlo. Alla fine non sapremo la risposta a questa domanda fino a quando non faremo la ricerca. Studieremo quanto è efficiente estrarre a profondità diverse ".

Viabilità della tecnica proposta

Metzger e Brisset devono determinare se la loro tecnica è realistica ed economica. Brisset, che ha diversi gradi in ingegneria meccanica e spaziale e in fisica, svilupperà gli algoritmi per eseguire le simulazioni al computer che sperano porteranno a un modello praticabile.

Mentre riscaldiamo la regolite è possibile in base ai dati che possiedono, hanno bisogno di "capire la giusta configurazione geometrica dei fori per aumentare l'area che viene riscaldata", ha detto Brisset in una nota.

Altrimenti, la maggior parte del calore si dissiperebbe e andrebbe sprecato.

"Se lo facciamo bene, dovremmo essere in grado di aumentare l'area e il tempo in cui rimane calda", ha aggiunto. "Faremo molti modelli".

Metzger crede che lui e il suo team potrebbero costruire l'hardware necessario per implementare la tecnica entro tre anni se la NASA lo volesse entro quel lasso di tempo e avesse reso disponibili i finanziamenti.

"Ci sarebbe ancora un rischio significativo che potrebbe non funzionare, però, perché non abbiamo abbastanza informazioni sullo stato del suolo e del ghiaccio in quei crateri lunari oscuri", ha detto.

"Quindi, se abbiamo costruito questo sistema e lo abbiamo inviato lì, potrebbe avere meno della probabilità di 50 di produrre quanta acqua ci aspettiamo".

Per un risultato più sicuro, Metzger preferirebbe ottenere maggiori informazioni sullo stato del suolo.

"Quindi un approccio più intelligente è fare prima un po 'di prospezione", ha detto.

"Manda un rover a guidare, misurando le proprietà del suolo e la distribuzione del ghiaccio. La NASA ha sviluppato una tale missione, il Mission Prospettore risorse, che andrà alla luna attorno a 2022. Quella missione non andrà nei crateri più profondi dove c'è più acqua, perché sarebbe una missione più impegnativa senza l'energia solare, senza comunicazioni dirette con la linea di vista sulla Terra e con le temperature estreme e le esigenze di accesso. Tuttavia dovremmo fare una ricerca nel cratere. Dopo aver conosciuto lo stato del terreno, ci vorranno solo 2 o 3 per costruire l'hardware e inviarlo per iniziare l'estrazione, se ci sono fondi sufficienti per l'avvio. "