Infrastrutture per una base lunare

Reuters ha comunicato ieri l’intenzione dell’amministrazione Trump di iniziare a occuparsi della questione legale per quanto riguarderà lo sfruttamento minerario della Luna, ipotizzato come passo successivo del programma Artemis:

la bozza è stata chiamata Artemis Accords, e lungi da Trump stabilire un processo di utilizzo condiviso, ha preferito impiantare la bozza su una sorta di protezione per le aziende americane dalle nazioni “rivali” (sì, le ha definite proprio così) nella zona limitrofa a quello che sarà effettivamente una base lunare.

Ovviamente stiamo parlando di un futuro molto lontano, le tecnologie non sono ancora arrivate a un giusto livello di prontezza per supportare un progetto così grande, ma ci sono tanti studi a proposito. Una delle tante questioni fondamentali riguarda l’approvvigionamento di energia elettrica, che visto l’interesse generale dell’esplorazione attorno al polo sud lunare, potrebbe essere di tipo solare e continuo grazie alla presenza di picchi di luce eterna.

Un esempio di come potrebbe essere è apparso in uno schizzo di parabolic arc in questo articolo:

con delle torri molto alte con dei pannelli solari installati a cilindro, per cogliere la luce da ogni angolo. Non so da dove provenga quella immagine, ma il mese scorso mi sono imbattuto per puro caso in uno studio di NTRS di NASA sulle torri solari, di cui vi allego il video dal minuto in cui atterrano e si deployano:

Le torri hanno molteplici scopi: servono sia da trasmittenti radio per facilitare l’atterraggio di sonde future, sia per aprire un grande pannello solare verticale orientabile.

La proposta alternativa per l’energia elettrica è la sempre affidabile e sicura energia nucleare, che a spese di una massa maggiore da portare potrebbe essere basata su un nucleo di uranio anziché il classico plutonio utilizzato per le missioni interplanetarie. Questa tecnologia è già abbastanza matura, Kilopower, un minigeneratore basato sulla macchina di Stirling, ha già il TRL 5 (dovevano iniziare i lavori per il livello 6 ma non so a che punto sono).
Qui un documento illustrativo di NTRS di NASA:

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Arriva una condanna dal presidente di Roskosmos agli accordi Artemis, soprattutto per quanto riguarda la zona franca statunitense attorno a un’ipotetica futura base lunare.

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Credo che questo sarà un problema negli anni '30.
Non prima, ma neanche dopo (credo)
I cinesi non hanno ancora detto nulla…
Aspettano di vedere chi sarà il presidente allora…
Magari Elon Musk :grin::grin:

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Il buon vecchio Elon non può diventare il Presidente degli Stati Uniti d’America perché è nato un Sud Africa. Potrebbe essere il primo presidente di Marte, forse è per questo che ha tanta fretta di occupare il pianeta :wink:

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Oppure il Presidente della Luna se è per questo…

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Presidente? Imperatore vorrai dire! :wink:

Se esistesse, l’Europa dovrebbe darsi da fare per dotarsi di proprie capacita’ umane LEO e BEO, per non lasciare ai soli Usa e Cina la capacita’ di (molto) futuro sfruttamento delle risorse spaziali.

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La questione sul diritto di proprietà e sfruttamento delle risorse spaziali trattata in maniera esaustiva in questo studio:

https://www.bis-space.com/wp-content/uploads/2020/05/Ray-Taylor-Dissertation-on-Property-rights-in-outer-space-2018.pdf

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Una prima colonia lunare si, ma costruzioni basate su materiali che richiedono di raccogliere e processare in modo diverso varie risorse locali penso che siano attivita’ piu’ complicate, da fase 2. Poi magari la fase 2 seguira’ la fase 1 velocemente ma ci vorrebbe la sfera di cristallo per saperlo.

In una fase 1 sarei piu’ portato a pensare l’acqua venga portata, direttamente o indirettamente (1), da Terra e riciclata utilizzando le tecniche ampiamente testate sulla ISS .

Per quanto riguarda la protezione da radiazioni, micrometeoriti e gestione termica della base potrebbero bastare dei rifugi naturali o seppellire parzialmente i moduli sotto regolite non processata.

Una delle mie foto preferite delle missioni Apollo, mio attuale desktop, e’ quella spettacolare della missione Apollo 15 di Worden con la Lunar Rover sul bordo del Rima Hadley. Il processo di formazione dei Rima non e’ ancora condiviso da tutti, ma la presenza di grosse cavita’ sotterranee e’ molto probabile e la foto da un’idea delle dimensioni…

(1) se fosse possibile la produzione di ossigeno locale, e l’ESA lo sta gia’ sperimentando, usando 1kg di metano che magari hai gia’ nei serbatoio del propellente ricavi 2.25kg di acqua con una semplice combustione, se ho fatto bene i conti.

L’ossigeno inoltre costituisce in peso gran parte del propellente, quindi portare solo il metano da casa potrebbe far risparmiare un sacco di massa.

https://www.esa.int/About_Us/Business_with_ESA/Business_Opportunities/Water_and_oxygen_made_on_the_Moon#:~:text=ESA%20is%20now%20calling%20for,the%20cost%20of%20lunar%20exploration.

Quindi, tirando a indovinare, i primi materiali ISRU che potrebbero essere utilizzati sulla Luna potrebbero essere regolite non processata e ossigeno.

Acqua (da estrare dal sottosuolo che la contiene in piccole quantita’ o trasportare dai crateri in ombra), cemento (che richiede un trattamento ad alta temperatura oltre all’acqua), vetro, ceramica e metalli… potrebbero venire dopo. Sono meno facili e/o meno prioritari IMHO.

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@Vespiacic Questa frase detta dall’amministrazione ha dell’assurdo. Tuttavia non mi stupisce affatto :hugs:
Guardando l’immagine e il video mi chiedo se possano essere presenti dei riferimenti circa la progettazione strutturale delle torri, molto alte e a quanto pare strallate, probabilmente per eventuali attività sismiche, per quanto ridotte. In aggiunta alla questione rilevante sull’approvvigionamento dell’energia elettrica, credo sia altrettanto importante l’esecuzione delle torri e dei sistemi di ancoraggio al suolo :thinking:
Per i moduli abitativi, che intendono realizzare a struttura pneumatica, non ci sono sistemi di protezione dai detriti/meteoriti? :dizzy_face: I progetti di stampa 3d per la lavorazione e la consolidazione della regolite, per quanto ancora acerbi, potrebbero essere una prima soluzione al problema.

@indaco Mi rifaccio alle considerazioni elaborate precedentemente nella discussione “Nuove tecnologie per atterraggio lunare su terreno non preparato” relative al Lunarcrete e poi spostate su questa pagina.
Per quanto riguarda la questione cemento lunare, dagli articoli scientifici messi a disposizione risulterebbe possibile la realizzazione di un materiale con resistenze cubiche paragonabili a quelle di un buon calcestruzzo. La complicazione relativa alla tenuta all’aria sembrerebbe anche facilmente risolvibile con i film epossidici.

Tuttavia le effettive modalità di utilizzo del materiale per fini costruttivi sulla luna risultano piuttosto complicate.
Inoltre, un materiale simile, sottoposto a gradienti termici importanti, deve essere necessariamente caratterizzato da alta resistenza e duttilità. A tal proposito, non riesco a trovare analisi di tipo reologico (indispensabili viste le condizioni di esposizione) su questo materiale.

C’è un interessante articolo scientifico circa i possibili materiali lunari:

Si parla anche di strutture rigide in metallo (che vengono anche analizzate in dettaglio) per le quali però permane il problema del trasporto.

Strutturalmente parlando, credo che una soluzione interessante per una ipotetica fase 1 (che consentirebbe di agevolare processi costruttivi più complessi in fase 2), da studiare parallelamente alle possibili applicazioni del cemento lunare, sia quella di utilizzare strutture pneumatiche di peso estremamente ridotto protette con regolite durante la sequenza costruttiva modulare.

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Sfida della NASA, la produzione e lo stoccaggio di energia fatti sulla Terra malamente si adatta superficie della Luna, riuscite a ideare un sistema migliore?

Avete tempo fino al 25 marzo 2021 per ideare un metodo migliore:

I vincitori riceveranno 500.000$:
https://www.nasa.gov/solve/Watts_on_the_Moon_Challenge

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Anche il Giappone progetta un “hopper” in grado di raggiungere il Lunar Gateway usando del carburante prodotto sulla Luna

https://www.moondaily.com/m/reports/Japan_aiming_to_send_hopping_spacecraft_fuelled_by_lunar_water_to_Moon_999.html

Nell’articolo si parla di una fabbrica di carburante prevista sulla Luna per il 2035. Cosa di cui non ho mai sentito parlare …

@Vespiacic Metto su un team al volo :hugs:

Tra le proposte arrivate in risposta alla Call for Ideas lanciata dall’Esa lo scorso luglio per lo sfruttamento di EL3 (European Large Logistic Lander) vi è quella di estrarre Torio per un reattore nucleare:

https://ideas.esa.int/servlet/hype/IMT?documentTableId=45087625528597636&userAction=Browse&templateName=&documentId=f4e095a2bfd262756885fd0e0a22ee1f

Un modo niente male per soddisfare le esigenze energetiche di una base lunare !

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Su Watts on the moon è possibile fare domande su questo sito:

Alle domande più interessanti verrà data una risposta il 6 novembre. Al momento ci sono solo domande di livello ridicolo…

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L’iniziativa Moonlight sembra essere la prima proposta concreta a essere finanziata per la costruzione di un’infrastruttura lunare utilizzabile da tutti. Si tratta solamente di un’infrastruttura di telecomunicazioni e navigazione, che funzionerà dall’orbita, ma fornirà un valido supporto alle missioni di superficie che potranno abbattere i costi.
Ne parliamo già sul forum qui:

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Un concept ESA (molto) futuristico:

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Considerata la necessita’ di proteggere gli astronauti dalle radiazioni, verrebbe da pensare ad elementi sviluppati piu’ in senso orizzontale, che verticale, in modo da poterli piu’ facilmente ricoprire di regolite a mo’ di scudo.

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Per la serie NASA “break the ice” ecco a voi un concept su un sistema di estrazione di acqua dalla superficie lunare che promette di estrarre 420 tonnellate di acqua l’anno con un piccolo rover.

Sembrerebbe che un rover dimostrativo sia pronto già per un lancio nel 2022 a bordo di un CLPS portato da SpaceX.

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Lo stato dell’arte sulle tecnologie ISRU per l’utilizzo di risorse sulla Luna, quello che è in programma per le varie agenzie spaziali:

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