Dicembre 3, 2021

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C’è abbastanza ossigeno nella regolite lunare per supportare miliardi di persone sulla luna

Quando si tratta del futuro dell’esplorazione spaziale, alcune pratiche sono essenziali per i pianificatori delle missioni. Il più importante è il concetto Utilizzo delle risorse del sito (ISRU), fornendo cibo, acqua, materiali da costruzione e altri oggetti vitali utilizzando risorse locali. E quando si tratta di missioni sulla Luna e su Marte nei prossimi anni, la capacità di raccogliere ghiaccio, regolite e altri oggetti è essenziale per il successo della missione.

pronta per Missioni Artemide, i pianificatori della NASA si concentrano sulla ricerca del modo ottimale per produrre ossigeno gassoso (O2) di tutto l’ossigeno elementare intrappolato nella polvere della superficie lunare (nota anche come regolite lunare). fatto, Stime attuali Indica che c’è abbastanza ossigeno elementare nei 10 metri (33 piedi) della regolite lunare per formare abbastanza O2 Per ogni persona sulla Terra per i prossimi 100.000 anni – più che sufficiente per sistemare la luna!

Mentre l’atmosfera della Luna è estremamente sottile e contiene l’elemento ossigeno, è così sottile che gli scienziati descrivono la Luna come un “corpo senz’aria”. Ma all’interno della regolite lunare, la polvere fine e la roccia che ricoprono la superficie, si trovano abbondanti quantità di ossigeno nelle rocce lunari e nella regolite. Conosciuta anche come “Moondust”, questa polvere fine permea la superficie della Luna ed è il risultato di miliardi di anni di impatti di meteoriti e comete.

secondo John Grant, docente di scienze del suolo presso la Southern Cross University, in Australia, la regolite lunare contiene il 45% di ossigeno per contenuto. Tuttavia, questo ossigeno è legato ai minerali ossidanti, in particolare silice, alluminio, ferro e magnesio. L’uguale composizione di questi minerali corrisponde approssimativamente a quella dei minerali trovati sulla Terra, il che ha portato a teorie secondo cui il sistema Terra-Luna si è formato insieme miliardi di anni fa (aka. L’ipotesi dell’impatto gigante).

Tuttavia, affinché questo ossigeno possa essere utilizzato dai futuri astronauti e residenti lunari, dovrebbe essere estratto da tutta questa regolite, che richiederebbe una grande quantità di energia per rompere i legami chimici. Sulla Terra, questo processo (noto come elettrolisi) è più comunemente usato per produrre metalli, in cui gli ossidi disciolti subiscono una corrente elettrica per separare i metalli dall’ossigeno.

In questo caso, il gas ossigeno viene prodotto come sottoprodotto in modo che i metalli possano essere prodotti per la costruzione e la produzione. Ma sulla Luna, l’ossigeno sarebbe il prodotto principale, mentre i minerali sarebbero messi da parte come utile sottoprodotto, molto probabilmente per costruire habitat. Come spiegato da Grant in un recente articolo in Preservazione, il processo è semplice ma soffre di due principali inconvenienti se adattato allo spazio:

“[I]È molto affamato di energia. Per essere sostenibile, deve essere supportato dall’energia solare o da altre fonti energetiche disponibili sulla Luna. L’estrazione di ossigeno dalla regolite richiede anche grandi attrezzature industriali. Dovremo prima convertire l’ossido di metallo solido in una forma liquida, applicando calore o calore mescolato con solventi o elettroliti. Abbiamo la tecnologia per farlo sulla Terra, ma portare questo dispositivo sulla luna – e generare abbastanza energia per alimentarlo – sarà una grande sfida.

La base lunare dell’Agenzia spaziale europea mostra la sua posizione all’interno del cratere Shackleton. Credito: SOM/ESA

In breve, il processo deve essere più efficiente dal punto di vista energetico per essere considerato sostenibile, cosa che può essere ottenuta attraverso l’energia solare. Intorno al bacino Antartico-Aitken, i pannelli solari possono essere posizionati attorno al bordo dei crateri permanentemente ombreggiati per fornire un flusso continuo di energia. Ma ottenere attrezzature industriali sarà ancora una sfida enorme.

Ma quando abbiamo costruito l’infrastruttura, c’era ancora la questione di quanto ossigeno avremmo potuto estrarre. Come sottolinea Grant, se si considera solo la regolite facilmente accessibile sulla superficie e si fattorizzano i dati forniti da NASA e il Istituto Planetario Lunare (LPI), sono possibili alcune stime:

Ogni metro cubo di regolite lunare contiene in media 1,4 tonnellate di minerali, di cui circa 630 chilogrammi di ossigeno. La NASA afferma che gli esseri umani hanno bisogno di respirare circa 800 grammi di ossigeno al giorno per sopravvivere. Quindi 630 kg di ossigeno manterranno in vita una persona per circa due anni (o poco più).

Supponiamo ora che la profondità media della regolite sulla Luna sia di una decina di metri, e che da essa si possa estrarre tutto l’ossigeno. Ciò significa che dieci metri dalla superficie della luna forniranno abbastanza ossigeno per supportare otto miliardi di persone sulla Terra per circa 100.000 anni”.

Illustrazione degli astronauti di Artemide sulla luna. Crediti: NASA

In molti modi, stimare come un corpo astronomico presenterà opportunità per ISRU è come cercare minerali. Ad esempio, la NASA annunciato di recente L’asteroide metallico Psiche II potrebbe contenere fino a 10.000 quadrilioni di dollari di metalli preziosi e minerali. Nel 2022, a spirito La sonda incontrerà questo asteroide, che potrebbe essere il residuo primario di un pianeta che ha perso i suoi strati esterni, per studiarlo più da vicino.

Naturalmente, alcuni non sono d’accordo con questa valutazione, osservando che il Pysche II composizione e densità Non ben vincolato. Per altri, stime di questo tipo ignorano l’enorme costo dell’estrazione di quella ricchezza, che richiede la costruzione anticipata di vaste infrastrutture. Anche allora, tirare questo tipo di massa dalla cintura di asteroidi alla Terra presenta molti problemi logistici.

Lo stesso vale per l’estrazione di asteroidi, un’impresa redditizia che potrebbe portare all’estrazione di trilioni di asteroidi vicini alla Terra (NEA) nel prossimo futuro. Tuttavia, questo dipende anche dalla creazione di una solida infrastruttura di estrazione spaziale che è ancora in gran parte in fase di progettazione. Fortunatamente, quando si tratta di creare infrastrutture legate all’ISRU sulla Luna, le rotte e le rotte proposte esistono dagli anni ’60.

Nei prossimi anni, verranno inviate più missioni sulla Luna per indagare ulteriormente su queste possibilità, due delle quali Grant ha citato nel suo articolo. ai primi di ottobre, La NASA ha firmato un accordo con il agenzia spaziale australiana Sviluppare un piccolo veicolo spaziale che potrebbe essere inviato sulla Luna già nel 2026. Lo scopo di questo veicolo spaziale è raccogliere campioni di regolite lunare e trasferirli al sistema ISRU della NASA su un lander lunare commerciale.

Un’illustrazione artistica di una nuova tuta spaziale progettata dalla NASA per gli astronauti di Artemis. Si chiama xEMU, o unità di mobilità extraveicolare di spedizione. credito: NASA

Inoltre, la società di avvio in Belgio sistemi di applicazione spaziale L’estate scorsa, SAS ha annunciato che stava costruendo tre reattori sperimentali sulla Luna. Erano uno dei quattro finalisti incaricati dall’Agenzia spaziale europea (ESA) per sviluppare uno strumento dimostrativo tecnologico compatto in grado di raccogliere ossigeno per produrre propellenti per veicoli spaziali, aria per astronauti e materie prime metalliche per apparecchiature.

La società spera di inviare la tecnologia sulla luna come parte di un’Agenzia spaziale europea pianificata ISRU .dimostrazione La missione, che è attualmente programmata per andare sulla Luna entro il 2025. Queste e altre tecnologie vengono perseguite per garantire il tanto atteso ritorno dell’umanità sulla Luna.

Lettura approfondita: Conversazionee NASA

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