Come colonizzeremo la luna?

Inutile dire che la creazione di una colonia lunare sarebbe un impegno enorme in termini di tempo, risorse ed energia, ma l'idea di colonizzare la Luna non è una questione di "se", ma di "quando" e "come". Per alcuni, stabilire una presenza umana permanente sulla Luna è una questione di destino, mentre per altri è una questione di sopravvivenza.

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Come colonizzeremo la Luna?

È probabile che ne abbiamo sentito parlare più di una volta, soprattutto negli ultimi anni, ma per le agenzie spaziali di tutto il mondo, i futuristi e le compagnie aerospaziali private, l’idea di colonizzare la Luna non è una questione di “se”, ma di “quando” e “come”

Per alcuni, stabilire una presenza umana permanente sulla Luna è una questione di destino, mentre per altri è una questione di sopravvivenza.

Non sorprende che i piani per stabilire un insediamento umano precedano sia lo sbarco sulla Luna sia la corsa allo spazio. Negli ultimi decenni, molti di questi piani sono stati rispolverati e aggiornati grazie al rilancio, voluto dal presidente Trump, verso una nuova era per l’esplorazione lunare.

Cosa ci vorrebbe, quindi, per stabilire una presenza umana permanente sulla Luna, quando potrebbe accadere e siamo all’altezza di quella sfida?

molto prima che nascessero le prime proposte per le colonie lunari, l’idea di un’umanità che vive e lavora sulla Luna fu ampiamente esplorata dalla fantascienza, con esempi che risalgono a più di un secolo fa. Inoltre, all’inizio del XX secolo, vi furono considerevoli speculazioni sul fatto che la Luna potesse essere già abitata da forme di vita indigene (proprio come si credeva su Marte).

Colonie lunari nella fantascienza:

Tra il 1940 e il 1960, l’autore di fantascienza Robert A. Heinlein scrisse ampiamente sui primi viaggi e sull’eventuale colonizzazione della Luna. Tra questi c’erano diversi racconti degli anni ’40 che descrivono come sarò la vita negli insediamenti di “Luna” (il nome comunemente usato da Heinlein per descrivere una Luna colonizzata).

Copertina della prima edizione (1966). Credito: Wikipedia Commons / GP Putnam’s Sons

Nel 1966, Heinlein pubblicò il romanzo vincitore del premio Hugo, The Moon Is a Harsh Mistress, che racconta la storia dei discendenti di una colonia penale lunare in lotta per l’indipendenza dalla Terra. Questa storia ricevette ampi consensi per il modo in cui combina la politica a questioni come l’esplorazione dello spazio, la sostenibilità e l’intelligenza artificiale. È stato anche in questo lavoro che Heinlein ha coniato il termine “TANSTAAFL“, acronimo di “Non esiste una cosa come un pranzo libero“.

Nel 1985, Heinlein pubblicò The Cat Who Walks Through Walls, dove gran parte del romanzo si svolge su una Luna libera dopo che ha vinto la sua lotta per l’indipendenza e include personaggi di alcuni dei suoi lavori precedenti.

La colonizzazione lunare fu esplorata anche da Arthur C. Clarke con il racconto Earthlight (1955), in cui un insediamento sulla Luna si trova intrappolato nel mezzo di una guerra tra la Terra e un’alleanza tra Marte e Venere. Successivamente scrisse A Fall of Moondust (1961), che presenta una nave lunare piena di turisti che affonda in un mare di polvere lunare.

Copertina originale del 1968. Credito: Wikipedia Commons / Hutchinson (Regno Unito) / New American Library (US)

Nel 1968, Clarke collaborò con il regista Stanley Kubrick per creare il film di fantascienza 2001: Odissea nello spazio, in cui parte della trama si svolge in una colonia lunare americana messa in quarantena dopo che un oggetto di origine aliena viene trovato nelle vicinanze. Una colonia lunare è menzionata anche nel romanzo di Clarke, premio Nebula e Hugo, Rendezvous with Rama (1973).

Ursula K. Le Guin scrive nel 1971 The Lathe of Heaven, che ha vinto il Locus Award come miglior romanzo nel 1972 ed è stato adattato al cinema due volte (1980 e 2002). In una realtà alternativa, le colonie lunari vengono attaccate da una specie aliena ostile di Aldebaran (che in un’altra realtà è benigna).

Nel 1973, Isaac Asimov pubblicò il romanzo The Gods Themselves, che in parte si svolge in un insediamento lunare all’inizio del 22 ° secolo. The Lunatics (1988) di Kim Stanley Robinson (autore della trilogia di Red Mars , 2312 Aurora ) si concentra su un gruppo di minatori schiavi costretti a lavorare sotto la superficie lunare per lanciare una ribellione.

Il romanzo del 2017 Artemis di Andy Weir. Credito: Amazon / Crown publishing

Il racconto del 1995 “Byrd Land Six ” di Alastair Reynolds menziona una colonia lunare con un’economia incentrata sull’estrazione dell’elio-3. Nel 1998, Ben Bova pubblicò Moonrise Moonwar, due romanzi incentrati su una base lunare fondata da una società americana e che alla fine si ribella contro la Terra.

Nel 2017, Andy Weir (autore di The Martian) ha pubblicato Artemis, un romanzo ambientato in una città lunare la cui economia è costruita attorno al turismo lunare. Una notevole attenzione viene data ai dettagli della vita quotidiana sulla Luna, che comprende le descrizioni di una centrale nucleare, una fonderia di alluminio e un impianto di produzione di ossigeno.

Il primo esempio registrato di esseri umani che vivono sulla Luna fu realizzato nel 17° secolo dal vescovo John Wilkins. Nel suo Discorso su un nuovo mondo e un altro pianeta (1638), predisse che un giorno gli umani avrebbero imparato a dominare il volo e stabilire una colonia lunare. Tuttavia, proposte dettagliate e scientificamente fondate non sarebbero arrivate fino al 20° secolo.

Nel 1901, HG Wells scrisse The First Men in the Moon, che racconta la storia degli abitanti lunari (seleniti) e include elementi di vera scienza. Nel 1920, Konstantin Tsiolkovsky (salutato da molti come il “padre dell’astronautica e della missilistica“) scrisse il romanzo Outside the Earth. Questo romanzo racconta la storia degli umani che colonizzano il Sistema Solare e descrive in dettaglio la vita nello spazio.

Con l’inizio della corsa allo spazio, negli anni ’50, una serie di concetti e progetti furono suggeriti da scienziati, ingegneri e architetti. Nel 1954, Arthur C. Clarke propose la creazione di una base lunare composta da moduli gonfiabili coperti di polvere lunare per l’isolamento. Le comunicazioni sarebbero mantenute con gli astronauti sul campo usando un albero radio gonfiabile.

Nel corso del tempo, sarebbe stata costruita una cupola più grande e permanente alimentata da un purificatore d’aria a base di alghe, un reattore nucleare per energia e cannoni elettromagnetici per lanciare merci e carburante per le navi nello spazio. Clarke esplorerà ulteriormente questa proposta con il suo racconto Earthlight del 1955.

Nel 1959, l’esercito americano lanciò uno studio conosciuto come Project Horizon, un piano per stabilire una fortezza sulla Luna entro il 1967. Il piano prevedeva un primo sbarco effettuato da due “soldati-astronauti” nel 1965, seguito da operai edili e merci consegnate usando le iterazioni del razzo Saturno I poco dopo.

Nel 1959, John S. Rinehart – allora direttore del Mining Research Laboratory della Colorado School of Mines – suggerì una struttura lunare che poteva “[galleggiare] in un oceano stazionario di polvere“. Ciò fu in risposta alla teoria allora popolare secondo cui sulla Luna c’erano enormi c’erano oceani di regolite profondi anche 1,5 km.

Questo concetto è stato delineato nello studio di Rinehart, “Criteri di base per l’edificazione sulla luna“, pubblicato sul Journal of the British Interplanetary Society, in cui descriveva una “base galleggiante” costituita da un mezzo cilindro con mezze cupole ad entrambe le estremità e uno scudo contro i micrometeoroidi posto sopra.

Una base lunare, come immaginato dalla NASA negli anni ’70. Credito: NASA

Nel 1961, lo stesso anno in cui il presidente Kennedy annunciò il programma Apollo, la US Air Force pubblicò un rapporto segreto basato sulla precedente valutazione di una base militare lunare fatta dall’esercito americano. Conosciuto come Progetto Lunex, il piano prevedeva un atterraggio lunare di un equipaggio che alla fine avrebbe portato a una base aeronautica sotterranea sulla Luna entro il 1968.

Nel 1962, John DeNike (il responsabile del programma per i programmi avanzati della NASA) e Stanley Zahn (direttore tecnico degli studi sulla base lunare della divisione spaziale della Martin Company) pubblicarono uno studio intitolato “Base lunare“. Il loro concetto prevedeva una base situata sotto il Mare della Tranquillità, il futuro sito di sbarco della missione Apollo 11.

Come quella proposta da Clarke, questa base avrebbe dovuto utilizzare reattori nucleari per l’alimentazione e un sistema di filtrazione dell’aria a base di alghe. La base avrebbe dovuto essere composta da 30 habitat suddivisi in sette aree abitative, otto aree operative e 15 aree logistiche. la base complessiva avrebbe dovuto misurare 1300 m² ed in grado di ospitare 21 membri di equipaggio.

Durante gli anni ’60, la NASA produsse numerosi studi che sostenevano la creazione di habitat ispirati all’architettura di missione del Programma Apollo (in particolare, il razzo Saturno V e i suoi derivati). Questi piani prevedevano che i moduli delle stazioni spaziali fossero posizionati sulla superficie lunare e che usassero progetti e tecnologie esistenti per ridurre i costi e garantire l’affidabilità.

Costruire una base lunare potrebbe essere più semplice se gli astronauti potessero raccogliere materiali locali per la costruzione e il supporto vitale in generale. Credito: NASA / Pat Rawlings

Nel 1963, durante il 13° Proceedings of the Lunar and Planetary Exploration Colloquium, William Sims produsse uno studio intitolato “Architecture of the Lunar Base“. Il suo progetto prevedeva la creazione di un habitat sotto la parete di un cratere da impatto con un campo di atterraggio per veicoli spaziali. L’habitat sarebbe stato costituito da tre piani, con il più alto dotato di una finestra panoramica con vista sulla superficie lunare.

Queste finestre avrebbero dovuto essere isolate con serbatoi d’acqua per la radioprotezione. L’energia sarebbe stata fornita da reattori nucleari mentre sezioni dell’habitat sarebbero state dedicate a fornire spazi per uffici, officine, laboratori, aree sociali e una fattoria per produrre cibo.

Ma forse il progetto più influente dell’era Apollo fu il “Lunar Base Synthesis Study” su due volumi, completato nel 1971 dalla società aerospaziale North American Rockwell. Lo studio produsse un progetto concettuale per una serie di basi lunari di superficie (LSB) derivate da uno studio correlato per la realizzazione di una stazione lunare in orbita.

in anni più recenti, diverse agenzie spaziali hanno disegnato proposte per costruire colonie sulla Luna. Nel 2006, il Giappone ha annunciato i piani per una base lunare entro il 2030. La Russia ha presentato una proposta simile nel 2007, la cui costruzione era prevista tra il 2027 ed il 2032. Nel 2007, Jim Burke dell’Università spaziale internazionale, in Francia, ha proposto di creare un’arca lunare per garantire che la civiltà umana possa sopravvivere ad un evento catastrofico.

Impressione dell’artista di una base lunare stampata in 3D. Credito: ESA / Foster + Partners

Nel 2016, il capo dell’ESA Johann-Dietrich Wörner ha proposto la creazione di un villaggio internazionale sulla Luna come successore della stazione spaziale internazionale. La creazione di questo villaggio si baserebbe sulle stesse partnership inter-agenzie della ISS, nonché sulle partnership tra governi e interessi privati.

Le sfide

Inutile dire che la creazione di una colonia lunare sarebbe un impegno enorme in termini di tempo, risorse ed energia. Mentre lo sviluppo di missili riutilizzabili e altre misure stanno riducendo i costi dei singoli lanci, l’invio di payload sulla Luna è ancora un’impresa molto costosa, specialmente dove sarebbero richiesti più lanci pesanti.

C’è anche la questione dei molti pericoli naturali che derivano dal vivere su un mondo come la Luna. Tra questi, picchi estremi di temperatura, in cui il lato esposto al sole presenta massime di 117° C, mentre nella notte lunare si arriva a temperature di -43° C. Gran parte della superficie lunare è anche esposta agli impatti di meteoroidi e micrometeoroidi.

Un’impressione artistica di un’esplosione lunare – causata dall’impatto di un meteorite. Credito: NASA / Jennifer Harbaugh

La Luna ha un’atmosfera estremamente tenue, praticamente sotto vuoto. Questo è uno dei motivi per cui la Luna attraversa temperature così estreme e perché la superficie è contrassegnata da impatti (cioè non c’è atmosfera in cui le meteore possano bruciare). Significa anche che qualsiasi insediamento dovrà essere ermetico, pressurizzato e isolato contro l’ambiente esterno.

La mancanza di un’atmosfera (oltre che di una magnetosfera) significa anche che la superficie è esposta a dosi di radiazioni molto maggiori di quella a cui siamo abituati qui sulla Terra.

Come fare

Dall’inizio dell’era spaziale, sono state fatte più proposte su come e dove costruire una colonia lunare. Il dove è di particolare importanza poiché qualsiasi soluzione dovrà fornire un certo grado di protezione dagli elementi. Come dice il proverbio, le tre considerazioni più importanti nel settore immobiliare sono: “posizione, posizione e posizione“.

Per questo motivo, nel corso degli anni sono state avanzate più proposte per costruire habitat lunari in luoghi che consentirebbero protezione e/o contenimento naturali. Attualmente, il più gettonato di questi è il Bacino di Aitken del Polo Sud, un vasto cratere da impatto intorno alla regione polare meridionale della Luna che è pesantemente craterizzata.

Dati di elevazione della Luna che mostrano il bacino del Polo Sud-Aitken.  Credito: NASA / GSFC / Università dell'Arizona
Dati di elevazione della Luna che mostrano il bacino del Polo Sud-Aitken. Credito: NASA / GSFC / Università dell’Arizona

Una delle principali attrattive di questa regione è il fatto che è permanentemente in ombra, il che significa che ha temperature molto più stabili. Inoltre, molteplici missioni hanno confermato la presenza di ghiaccio d’acqua, acqua che potrebbe essere raccolta per ricavare qualsiasi cosa dall’idrogeno (ohydrazene), ossigeno e acqua potabile e per l’irrigazione.

Oltre a ciò, qualsiasi tentativo di colonizzare la Luna dovrà sfruttare tecnologie come la produzione additiva (ovvero la stampa 3D), robot come operatori e la telepresenza. La base (o le basi) dovrà anche essere fabbricata e rifornita il più possibile utilizzando risorse locali, un metodo noto come utilizzo delle risorse in situ (ISRU).

La NASA e l’ESA hanno esplorato il concetto per molti anni ed entrambi hanno prodotto i propri metodi per trasformare la regolite lunare e altre risorse in materiali utilizzabili. Ad esempio, dal 2013, l’ESA collabora con lo studio di progettazione architettonica Foster + Partners per progettare un International Moon Village.

Il metodo proposto per costruire questa base consiste nel posizionare sulla superficie strutture gonfiabili che sarebbero poi protette con un tipo di calcestruzzo costituito da regolite lunare, ossido di magnesio e un sale legante. La NASA ha proposto un metodo simile che richiede ai lavoratori robotici di utilizzare regolite “sintetizzata” per la stampa 3D. Consiste nel fondere la regolite bombardandola con microonde, quindi stampandola come ceramica fusa.

Altre idee riguardano la costruzione di habitat sotterranei con un livello superiore che fornisca l’accesso alla superficie e permetta alla luce naturale di entrare. C’è anche la proposta di costruire insediamenti lunari all’interno di tubi di lava stabili, che non fornirebbero solo protezione contro il vuoto dello spazio e dagli impatti ma potrebbero essere pressurizzati con maggiore facilità.

C’è persino la proposta di una base lunare a solenoide che fornisca la propria schermatura contro le radiazioni. Questo concetto è stato presentato dall’ingegnere civile Marco Peroni al AIAA Space and Astronautics Forum ed Exposition 2017 ed è costituito da cupole trasparenti racchiuse da un toro di cavi ad alta tensione. Questo toro fornirebbe una schermatura magnetica attiva contro le radiazioni e consentirebbe la costruzione di insediamenti ovunque sulla superficie.

L’abbondanza di ghiaccio attorno alle regioni polari fornirà ai coloni una fonte costante di acqua per bere, irrigare e potrebbe persino essere processata per produrre carburante e ossigeno respirabile. Sarà necessario un rigoroso regime di riciclaggio per garantire che i rifiuti siano ridotti al minimo, e molto probabilmente verranno usati i servizi igienici di compostaggio invece di servizi igienici tradizionali.

Questi servizi igienici di compostaggio potrebbero essere combinati con la regolite lunare per creare terreno di crescita, che potrebbe quindi essere irrigato utilizzando acqua raccolta localmente. Ciò sarebbe essenziale visto che i coloni lunari avrebbero bisogno di coltivare gran parte del proprio cibo per ridurre il numero di spedizioni che dovrebbero essere inviate dalla Terra su base regolare.

L’acqua lunare potrebbe anche essere utilizzata come fonte di energia dotando le colonie di batterie ad elettrolisi (dove le molecole d’acqua vengono suddivise in idrogeno e ossigeno e l’idrogeno viene bruciato). Altre fonti di energia potrebbero includere array solari, che potrebbero essere costruiti attorno ai bordi dei crateri e canalizzare l’energia verso gli insediamenti al loro interno.

L’energia solare basata sullo spazio potrebbe fornire energia abbondante agli insediamenti in tutto il paesaggio lunare. I reattori nucleari sono un’altra opzione, così come i reattori a fusione ( tokamak). Quest’ultima opzione è particolarmente interessante data l’abbondanza di elio-3 (una fonte di energia per i reattori a fusione) sulla superficie lunare.

Potenziali vantaggi

Ad essere onesti, stabilire una colonia su uno qualsiasi dei corpi celesti nel nostro Sistema Solare ha alcuni seri benefici potenziali. Ma avere una colonia sul corpo celeste più vicino alla Terra sarebbe particolarmente utile. Non solo saremmo in grado di condurre ricerche, estrarre risorse e raccogliere i benefici delle nuove tecnologie, avere una base sulla Luna faciliterebbe le missioni e gli sforzi di colonizzazione verso altri pianeti e lune.

Per dirla semplicemente, una colonia sulla Luna potrebbe fungere da trampolino di lancio verso Marte, Venere, la Cintura degli asteroidi e oltre. Avendo infrastrutture sulla superficie della Luna e in orbita – che potrebbero rifornire di carburante e riparare veicoli spaziali che si dirigono più lontano nel Sistema Solare – potremmo ridurre i costi delle missioni nello spazio profondo.

Questo è uno dei motivi per cui la NASA sta pianificando di stabilire una stazione spaziale in orbita attorno alla Luna – il Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G). Il Lunar Gateway, precedentemente noto come Deep Space Gateway. Ed è anche uno dei motivi per cui l’ESA vuole costruire il suo Villaggio Lunare con partner internazionali. Anche la Cina e la Russia stanno contemplando la come costruire avamposti orbitali per questo preciso motivo.

Anche la ricerca lunare sarebbe altamente redditizia. Studiando gli effetti della bassa gravità sul corpo umano, gli astronauti saranno meglio preparati ad affrontare gli effetti di viaggi nello spazio di lunga durata, missioni su Marte e altri corpi in cui la bassa gravità è una realtà. Questi studi potrebbero anche aiutare a spianare la strada alla creazione di colonie su questi corpi.

Il lato opposto della Luna, inoltre, offre anche serie opportunità per tutti i tipi di astronomia. Dal momento che si trova di fronte alla Terra, il lato più lontano della Luna è libero da interferenze radio, rendendolo una posizione privilegiata per i radiotelescopi. Poiché la Luna non ha atmosfera, anche gli array di telescopi ottici – come il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO in Cile – sarebbero privi di interferenze.

Anche gli interferometri come LIGO e l’Event Horizon Telescope (EHT) sarebbero in grado di cercare le onde gravitazionali e immagini di buchi neri con maggiore efficacia. Potrebbero anche essere condotti studi geologici che rivelerebbero molto di più sulla Luna e sulla formazione del sistema Terra-Luna.

Impressione degli artisti di Moon Base Alpha, il previsto avamposto lunare di SpaceX fornito con l’astronave (aka. BFR). Credito: SpaceX

L’abbondanza di risorse sulla Luna, come l’elio-3, vari metalli preziosi e le terre rare, potrebbe anche consentire un’economia basata sulle esportazioni. Ciò sarebbe aiutato dal fatto che la Luna ha una velocità di fuga molto più bassa della Terra – 2,38 km/s rispetto agli 11.186 km/s. Il lancio di carichi utili nello spazio sarebbe molto più economico.

Ma, naturalmente, nessuna economia lunare sarebbe completa senza il turismo lunare. Una colonia in superficie, oltre alle infrastrutture in orbita, renderebbe possibile effettuare visite regolari persino redditizie. Non è difficile immaginare che ciò potrebbe portare alla creazione di tutti i tipi di attività ricreative, che vanno dai resort e casinò ai musei a spedizioni in tutta la superficie.

Fonti: Universe Today; NASA – Earth’s Moon