Sunday, 18 Nov 2018

Ritorno alla Luna: perchè, come e quando

Sono trascorsi 48 anni dallo sbarco del primo uomo sulla Luna e, dalla fine del programma Apollo, il nostro satellite è stato quasi ignorato, a parte poche missioni di studio promosse da alcuni paesi.

Dopo un lungo periodo di abbandono, improvvisamente sembra registrarsi un ritorno di interesse per la Luna. Come è noto, alcune nazioni e almeno un paio di aziende private prevedono in tempi relativamente brevi di riportare l’uomo sulla Luna e di installarvi basi permanenti dotate di personale umano. Queste basi dovrebbero avere finalità esplorative, scientifiche e commerciali e precedere, di fatto, lo sfruttamento commerciale della Luna.

A questo scopo, già l’anno prossimo la Cina lancerà la missione Chang’e 4 che avrà, tra gli altri obiettivi, lo scopo di dimostrare che è possibile coltivare ortaggi ed allevare insetti in un ambiente controllato sulla Luna perché è evidente che una base permanente dovrà essere in grado di essere il più possibile autonoma per il proprio sostentamento. A questa missione seguirà, a breve, una missione lunare con equipaggio a bordo.

La superficie della luna-fotografata dal rover dell’agenzia spaziale cinese durante la missione Chang’e 3

Dal canto suo la NASA sta progettando di mettere in orbita cislunare una stazione spaziale, il Deep Space Gateway, che, oltre che da laboratorio scientifico dovrà fungere da hangar di assemblaggio e base di lancio per le future missioni verso Marte e sarà in grado di modificare la sua orbita per dare supporto a missioni sulla superficie lunare.

Anche Russia, Giappone ed India hanno manifestato l’intenzione di raggiungere il nostro satellite nel più breve tempo possibile mentre ci sono una decine di aziende private in gara per aggiudicarsi i 30 milioni di dollari messi in palio da Google per i primi che riusciranno ad inviare una missione automatica sulla Luna in grado di trasmettere fotografie e filmati e di depositare sulla superficie lunare un rover in grado di muoversi per almeno 500 metri e di trasmettere informazioni. Tra queste la Moon Express non nasconde l’ambizione di andare molto oltre la semplice partecipazione a questa gara.

Considerati i costi necessari per inviare materiale dalla Terra alla Luna qualsiasi base permanente con equipaggio umano dovrebbe essere in grado di essere indipendente almeno dal punto di vista degli approvvigionamenti alimentari. Acqua e cibo dovranno essere ottenuti localmente, sulla Luna.

Per quanto riguarda l’acqua, sappiamo che sulla Luna l’acqua è presente in forma di ghiaccio e nelle rocce. Gran parte del ghiaccio della luna, che si nasconde sotto la superficie, si trova in una zona di 5.5 ° dal polo nord e in una regione corrispondente 5.5 ° dal polo sud. La maggior parte dell’acqua presente sulla Luna proverrebbe dagli asteroidi che nel corso della sua storia più antica, fra 4,5 e 4,3 miliardi di anni fa, ne hanno bombardato la superficie. È la conclusione di uno studio effettuato da ricercatori del Natural History Museum di Londra, del Lunar and Planetary Institute a Houston e della Open University a Milton Keynes, in Regno Unito, che firmano un articolo su “Nature Communications”. Oltre che in prossimità dei poli l’acqua sarebbe presente in tracce e dispersa nelle rocce lunari in concentrazioni concentrazioni bassissime, in media di circa 100 parti per milione.

Localizzazione dell’acqua sulla Luna

 

Come che sia, la certezza della presenza dell’acqua sulla Luna rende molto più probabile e fattibile l’installazione di basi permanenti sia per il fabbisogno umano che per le coltivazioni necessarie a produrre almeno una parte delle vettovaglia necessarie per l’alimentazione degli equipaggi.

Le ragioni

Ma perché darsi tanta pena per tornare sulla Luna, un mondo sterile e privo di atmosfera dove l’uomo non potrà mai sentirsi a casa?

La ragione è sempre la solita: la convenienza economica

La Luna, soprattutto sulla faccia nascosta, più esposta al vento solare, sono presenti enormi quantità di Elio3, sostanza utile all’industria nucleare che rappresenterebbe un ottimo combustibile per le centrali nucleari.  Altre risorse che potrebbero essere estratte dal suolo lunare sono alcuni silicati rari sulla Terra come la tranquillitite e la piroxferroite, ossidi come gli spinelli, l’ilmenite, l’armalcolite, il rutilo, la baddeleite e la zirconolite.

Importantissime potrebbero essere le miniere di Ferro Nativo. Il ferro nativo, anche detto tellurico, e’ presente in pochissimi giacimenti sulla terra, il più grande dei quali si trova in Groenlandia, mentre sulla Luna e’ praticamente ubiquitario (e’ stato trovato in tutti i campioni delle missioni Apollo) anche se in limitate quantità (<1% in volume); questo può avere avuto origine dalla cristallizzazione del magma, in soluzioni sub solide assieme al nichel (con tracce di cobalto), o per contaminazione da meteoriti. Nel primo caso, si avranno due fasi mineralogiche chiamate kamacite (0-6%  Ni) e taenite (6-50% Ni), nel secondo caso si ha la fase tetrataenite (50/50 FeNi). Comunque, a volte e’ difficile distinguere se il ferro contenuto in kamacite e taenite abbia avuto origini extralunari o autoctone.

Particolarmente interessanti è anche la possibilità di estrarre terre rare che sul nostro pianeta sono a rischio esaurimento nel giro di pochi decenni.

Tabella riassuntiva delle differenze mineralogiche fra terra e luna

MINERALI TERRA LUNA Note
Ferro Nativo Rarissimo Ubiquitario Sulla terra in rari basalti carboniosi
Fe3+ in pirosseni Si No Dovuto a mancanza d’ossigeno
Anfiboli Si No Dovuto a mancanza d’acqua
Sodio e Potassio Abbondanti Rari Deficienza nel mantello lunare
Argille Si No Dovuto a mancanza d’acqua
Acqua Abbondante Rarissima Concentrata come ghiaccio ai poli
Na- Plagioclasi Abbondanti Scarsi Scarsa presenza di Na
K-Feldspati Abbondanti Scarsi Scarsa presenza di Na e K
Cromo in Olivine 0.1%, solo Cr3+ 0.6%, solo Cr2+ No ossigeno, Cr2+ dissolve meglio in olivine
Miche in graniti Si No Dovuto a mancanza d’acqua
Stishovite /Coesite Si No Scarsita’ di quarzo nelle zone d’impatto
SiO2  in basalti No Si Costituisce fino al 5% dei basalti lunari
Terre rare in whitlockite Scarsi Abbondanti 100 ppm sulla Luna, tracce sulla terra
OH in apatite Abbondante Scarsa Dovuto a mancanza d’acqua

Alcune aziende private sembrano anche interessate ad uno sfruttamento di tipo turistico del nostro satellite, contando sull’importante calo dei costi necessari per portare massa al di fuori dell’atmosfera grazie alle nuove tecnologie che permetteranno di riutilizzare  vettori e navicelle. L’idea è quella di attirare potenziali turisti non solo con il “chiaro di terra” ma anche realizzando strutture dove sarà possibile fare attività di ogni genere a bassa gravità.

Per una sostenibilità a lungo termine, una colonia spaziale dovrebbe essere prossima all’autosufficienza. L’estrazione mineraria e la raffinazione di materiali lunari da usare sulla Terra o in altri luoghi del sistema solare potrebbe essere una buona fonte di sostentamento, dato anche il minor costo energetico necessario rispetto alla Terra per lanciare i prodotti nello spazio.

Tra le altre opportunità economiche rientrano il turismo, la possibilità di produrre materiali in ambienti sterili, nel vuoto e a bassa gravità, la ricerca e la manipolazione di materiali potenzialmente pericolosi sulla Terra e lo stoccaggio a lungo termine delle scorie nucleari.

La bassa gravità potrebbe far nascere specialità sportive quali il volo umano, da praticarsi sotto grandi cupole pressurizzate.

Anche dal punto di vista scientifico l’installazione di laboratori di ricerca e sperimentazione costituirebbe un grande vantaggio.

In prospettiva, la Luna potrebbe diventare la base di lancio per le future missioni verso i pianeti ed i satelliti del sistema solare.

Basi permanenti piazzate sulla faccia visibile sarebbero abbastanza protette dal vento solare (più problematico sarebbe questo aspetto per basi poste sulla faccia nascosta) e l’energia potrebbe essere prodotta quasi interamente attraverso pannelli a celle fotovoltaiche, magari combinate con celle a combustibile rinnovabili da utilizzare durante la “notte” lunare. Le celle a combustibile sulla Luna sarebbero necessarie per periodi di 14,75 giorni, la durata di una notte lunare. Durante il giorno lunare i pannelli solari (sia fotovoltaici che termici) potrebbero essere usati per produrre l’elettricità necessaria per scindere nuovamente l’acqua (che è lo “scarto” delle celle a combustibile) in idrogeno e ossigeno da usare durante la notte lunare successiva.

L’attuale tecnologia delle celle a combustibile utilizza le celle a membrana a scambio protonico (Proton Exchange Membrane, PEM) che sviluppano poco calore e richiedono pertanto radiatori poco ingombranti; inoltre, sono leggere e, quindi, relativamente economiche da lanciare dalla Terra.

Una base lunare avrà bisogno di mezzi efficienti per trasportare persone e merci tra la Terra e la Luna e successivamente tra la Luna e le altre destinazioni nello spazio interplanetario. Un vantaggio della Luna è il suo campo gravitazionale relativamente debole, che rende facile lanciare oggetti verso la Terra. L’assenza di un’atmosfera è un vantaggio e uno svantaggio – non esiste resistenza al lancio, ma è impossibile usare dei paracadute per rallentare la discesa sulla Luna, rendendo necessario impiegare del carburante per frenare. Un’alternativa possibile per le merci è circondare il carico con sistemi di ammortizzamento dell’urto – palloni o materiali leggeri – qualcosa di analogo è stato provato con il programma Ranger, dove è stato usato del legno di balsa.

Altre possibilità per lanciare materiale dalla Luna verso lo spazio esterno sono la catapulta elettromagnetica (mass driver), ovvero un binario su cui un veicolo viene accelerato elettromagneticamente, e l’ascensore spaziale, per trasportare uomini e merci ad una stazione spaziale posta in un punto lagrangiano tra Luna e Terra. È stato anche proposto un “cannone” spaziale, in cui l’accelerazione ai carichi verrebbe impressa da gas riscaldato.

Per concludere, è prevedibile che l’uomo tornerà fisicamente sulla Luna entro il 2030 e, avendo ormai stabilito la convenienza economica, soprattutto in vista dell’esaurimento di alcuni minerali sulla terra, l’installazione di basi permanenti avverrà entro il 2050. L’aspetto più negativo di questa nuova corsa alla Luna sarà, probabilmente, un rallentamento dei progetti di esplorazione del sistema solare, Marte compreso. Economicamente e logisticamente la Luna comincia a rappresentare un obbiettivo appetibile e questo potrebbe deviare tutte le risorse disponibili allo scopo di conquistarsi una posizione predominante nello sfruttamento delle risorse del satellite.

Nel frattempo, tra due anni ricorreranno i cinquant’anni dall’atterraggio del primo uomo sulla Luna, aspettiamoci qualche cosa di rilevante da parte della NASA, gli americani, Trump o non Trump, sono sempre americani, sbruffoni e amanti della grandiosità.

 

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