È dal 1998 che sappiamo che esiste ghiaccio d’acqua sulla Luna. Questi ampi depositi si trovano nei crateri permanentemente in ombra attorno alla regione polare. La sfida è capire come estrarlo, poiché i crateri in ombra non sono il luogo ideale per i veicoli alimentati a energia solare. Un team di ingegneri ha identificato un design per un veicolo di estrazione del ghiaccio alimentato da americio-241. Con una vita media di 432 anni, questo elemento è una fonte di energia ideale per un veicolo che deve operare nel buio per diversi decenni.
Il ghiaccio nelle regioni polari della Luna è di vitale importanza per le nostre future esplorazioni spaziali, non solo per le visite lunari, ma anche mentre ci espandiamo nel Sistema Solare. Si pensa che sia materiale antico depositato da comete o formato da interazioni con il vento solare. Portare materiali sulla Luna è costoso, quindi raccoglierli in loco è di gran lunga più efficiente. Il ghiaccio sulla Luna può fornire acqua potabile, ossigeno per la respirazione e anche idrogeno per il carburante dei razzi. I sondaggi suggeriscono che ci siano circa 600 miliardi di chilogrammi di ghiaccio depositati ai poli lunari.
Ghiaccio d’acqua esposto (punti verdi o blu) nelle regioni polari lunari e temperatura. Credito: Shuai Li
La sfida che affrontano le future missioni di raccolta lunare è che le operazioni nelle regioni permanentemente in ombra (o PSR come sono state chiamate) non possono essere alimentate da pannelli solari, come spesso avviene. L’ambiente è anche molto freddo, intorno ai 40K, ovvero -233°C, e a queste temperature sono necessarie considerazioni speciali per l’alimentazione.
Un team di ricercatori ha esplorato l’uso dei Sistemi di Alimentazione a Radioisotopi (RPS) per fornire sistemi di potenza termica ed elettrica. Questi sistemi di alimentazione sono già stati utilizzati in precedenti missioni nello spazio profondo, ad esempio Voyager e New Horizons. Funzionano generando elettricità utilizzando il calore che viene rilasciato dal decadimento naturale di un isotopo radioattivo, di solito plutonio-238.
Rappresentazione artistica di Voyager 1 che entra nello spazio interstellare. (Credito: NASA/JPL-Caltech)
Il team guidato da Marzio Mazzotti dell’Università di Leicester ha esplorato un rover per l’estrazione di ghiaccio utilizzando energia generata dal decadimento radioattivo dell’americio-241. Ha una vita media di 432 anni, il che significa che impiega 432 anni perché metà di un campione di americio decada. Durante questo tempo, metà degli atomi della sostanza si trasformerà in un elemento diverso. Utilizzare questa fonte di energia fornirà un’alimentazione stabile per un rover di estrazione del ghiaccio nell’oscurità dei crateri polari lunari per decenni.
Il comandante dell’Apollo 17, Eugene Cernan, con il rover lunare nel dicembre 1972, nella valle di Taurus-Littrow della Luna. Credito: NASA
L’uso di un sistema di alimentazione a radioisotopi non è una novità; tuttavia, il team ha avuto l’idea che l’energia termica in eccesso non utilizzata possa essere sfruttata per minerare termicamente ghiaccio da campioni di materiale lunare. Il rover sarebbe dotato di una piastra di sublimazione che trasformerebbe i depositi di ghiaccio in gas, il quale verrebbe raccolto in un trappola fredda.
Il team ha sviluppato un modello del suo Sistema di Gestione Termica e lo ha testato su materiale di regolite ghiacciato (la fine superficie polverosa della Luna) con un contenuto di ghiaccio d’acqua compreso tra 0-10 vol%. Le loro simulazioni hanno dimostrato che è possibile estrarre ghiaccio utilizzando tecniche termiche nelle PSR della Luna utilizzando un rover lunare alimentato da un RPS (ho dovuto davvero concentrarmi per scrivere questa frase!).