Nuove ricerche indicano che i potenziali siti di atterraggio al polo sud della luna per lander robotici e missioni Artemis con equipaggio sono vulnerabili a terremoti e frane. I risultati scientifici pubblicati all’inizio di quest’anno nel Planetary Science Journal indicano un gruppo di faglie situate nella regione polare sud della luna, facendo uso di dati sui moonquake registrati da sismometri collocati dagli astronauti Apollo oltre 50 anni fa. “Il potenziale di forti eventi sismici provenienti da faglie di spinta attive deve essere considerato quando si prepara e si localizzano avamposti permanenti e rappresenta un possibile pericolo per future esplorazioni robotiche e umane della regione polare sud,” spiega il documento di ricerca. Codici di costruzione lunari L’installazione di habitat, piazzole di atterraggio, ripari per attrezzature e torri alte sulla luna potrebbe partire con un inizio traballante, suggerisce Nerma Caluk, un progettista intermedio e specialista lunare per Skidmore, Owings & Merrill, una società di architettura e ingegneria strutturale a San Francisco, California. Man mano che enti pubblici e privati cercano di stabilire infrastrutture edilizie sulla superficie lunare, la necessità di criteri di design lunari diventerà più evidente nel tempo, ha affermato Caluk. A differenza dei codici di costruzione terrestri, i codici di costruzione lunari sono inesistenti, ha osservato. Per affrontare questa questione, un comitato di ingegneria spaziale e costruzione, parte della American Society of Civil Engineering (ASCE) Aerospace Division, sta sviluppando un documento guida. “Una delle sezioni cruciali di questo documento guida è la progettazione sismica,” ha detto Caluk, “in cui informazioni come requisiti specifici per il sito, forze minime di progettazione, considerazioni di fatica e di servizio saranno affrontate.” Notizie spaziali in tempo reale, gli ultimi aggiornamenti su lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro ancora! Quel lavoro sui criteri è attualmente in fase di sviluppo come parte di un programma di sovvenzione NASA per il trasferimento di tecnologia alle piccole imprese, durante il quale Skidmore, Owings & Merrill, Slate Geotechnical Consultants e Colorado School of Mines stanno affrontando le preoccupazioni relative al pericolo sismico lunare su una varietà di sistemi strutturali. Caluk ha affermato che le pratiche e i codici di ingegneria terrestri “dovranno essere ripensati” per affrontare fattori non presenti sulla Terra. E uno di questi fattori sono i moonquake. Dati vecchi, nuove sfide L’unicità dell’attività sismica lunare impone nuove sfide, ha affermato Caluk. “Inoltre, applicare modelli statistici sviluppati per le registrazioni di terremoti potrebbe portare a incertezze nell’ambiente lunare a causa delle informazioni limitate sui processi geologici e tettonici che guidano l’attività sismica lunare.” Caluk ricorda che, durante le missioni Apollo, cinque stazioni sismiche furono dispiegate sulla superficie lunare. Ciascuno degli strumenti sismici era dotato di tre sismometri a lungo periodo, originariamente allineati per misurare tutte e tre le componenti dei vettori di spostamento del suolo, e uno sismometro a breve periodo, capace di misurare solo il movimento verticale del suolo. Anche se oltre 13.000 eventi sismici furono registrati durante il periodo di registrazione di 7 anni, le limitazioni degli strumenti Apollo sul campo furono riconosciute, ha detto Caluk. Il pacchetto di esperimenti sismici passivi dell’Apollo 11 fu dispiegato nel luglio 1969. (Credito immagine: NASA/Neil Armstrong) Crepe indotte da fatica Tuttavia, sulla base degli eventi sismici mappati sulla luna, “la principale differenza tra la sismicità terrestre e quella lunare è la loro durata. Ci vogliono da mezz’ora a diverse ore perché l’energia sismica lunare si dissipi completamente durante un evento,” ha avvisato Caluk. Tra i quattro tipi di eventi sismici lunari identificati, i moonquake superficiali hanno dimostrato di presentare la massima ampiezza e rilascio di energia per evento. Anche se si stima che abbiano magnitudini inferiori rispetto ai forti terremoti, se sufficientemente grandi – con l’epicentro vicino a un sito del polo sud – potrebbero danneggiare le infrastrutture lunari, ha detto Caluk, “potenzialmente causando crepe indotte dalla fatica, che influenzano la loro operabilità.” Gli effetti dei moonquake sulle future strutture lunari nell’ambiente a bassa gravità, che possiederanno uniche proprietà dei materiali strutturali, potrebbero differire significativamente dai casi terrestri noti, ha sottolineato Caluk. I sistemi sismici adattivi basati sulla resilienza che mitigano i danni sismici hanno fatto significativi progressi negli ultimi anni e devono essere perfezionati per le strutture lunari, ha detto. La missione Artemis 3 dovrebbe atterrare vicino al polo sud della luna (visibile qui) nel 2025. (Credito immagine: NASA) Ridurre il divario di conoscenze I dati esistenti possono essere utilizzati per stime iniziali, ha affermato Caluk, riducendo il divario di conoscenze nell’analisi sismica per le strutture lunari. Ciò è possibile utilizzando un database delle forme d’onda dei moonquake superficiali per sviluppare un modello di movimento del suolo lunare (LGMM). “Per progettare correttamente per tali carichi laterali, sono necessari dati sull’attività sismica proveniente dal sito effettivo del campo base, in questo caso il polo sud lunare,” ha detto
Caluk. “Questi dati attualmente non esistono poiché i sismometri delle missioni Apollo sono posizionati nelle regioni equatoriali.” Il lavoro in corso finanziato dalla NASA è destinato a fornire stime e assunzioni iniziali che sono il risultato di conoscenze limitate sui moonquake, sul loro effetto sui sistemi strutturali e sulla potenziale necessità di sistemi di protezione sismica. Necessità di più dati Ma c’è ancora molto lavoro da fare, ha detto Caluk. Maggiori dati possono essere ottenuti da futuri sismometri lunari. Un ulteriore risultato del lavoro in corso sui moonquake è forse quello di innescare la necessità di ulteriori strumenti a bordo delle missioni pubbliche e private dei NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS) per raccogliere i dati mancanti sulle condizioni locali del sito. “Mentre la NASA torna sulla superficie lunare attraverso il programma Artemis, è necessaria l’istituzione di un’infrastruttura edilizia strutturalmente sicura e permanente,” ha concluso Caluk. “L’esperienza nell’ingegneria strutturale e civile terrestre deve essere incorporata per accelerare lo sviluppo dell’infrastruttura lunare e dei sistemi di costruzione.” Fondamenta stabili Per quanto riguarda i moonquake, “i progettisti devono considerarli in qualsiasi disegno di strutture che richiedano fondamenta stabili,” ha detto Sam Ximenes, un architetto spaziale, fondatore e CEO di XArc Exploration Architecture Corporation e Astroport Space Technologies con sede a San Antonio, Texas. “Sì, questo sta diventando molto reale,” ha detto Ximenes, con lavori in corso per sviluppare tecnologie di solidificazione del regolite in attesa di brevetto per la costruzione di infrastrutture lunari utilizzando la stampa 3D e la robotica autonoma, con un focus iniziale sull’installazione di piazzole di atterraggio lunari. “La progressione naturale è verso l’economia cislunare, dove stiamo iniziando a vedere alleanze industriali formarsi per abilitare un’infrastruttura della catena di approvvigionamento che comprenda l’utilizzo delle risorse in situ sulla superficie lunare,” ha detto Ximenes a Space.com. La luna terrestre è vista come un grande cantiere di costruzione mentre vengono installate strade, rifugi, piazzole di lancio e atterraggio per sostenere una presenza permanente in questa destinazione celeste. (Credito immagine: Astroport Space Technologies) Capacità da colosso Honeybee Robotics sta collaborando con l’agenzia DARPA per uno studio di architettura lunare per sviluppare e integrare il suo concetto di torre alta. Questo concetto è chiamato LUNARSABER, un’abbreviazione spaziale per il lungo titolo: Lunar Utility Navigation with Advanced Remote Sensing and Autonomous Beaming for Energy Redistribution. Questa capacità imponente è progettata da Honeybee Robotics per essere alta quasi 100 metri, ma potrebbe essere ampliata a oltre 200 metri sopra il paesaggio lunare per aumentare il suo raggio d’azione. Il concetto di torre LUNARSABER. (Credito immagine: Honeybee Robotics) Selezione del sito Vishnu Sanigepalli è l’investigatore principale di Honeybee per LUNARSABER nell’impegno DARPA LunA-10. “Stiamo attivamente valutando l’impatto dei moonquake sulle infrastrutture alte, comprese le torri dispiegabili come il LUNARSABER di Honeybee, e progettandole per garantire che rimangano stabili e non si ribaltino,” ha detto Sanigepalli a Space.com. A differenza dei terremoti, che durano solo pochi secondi, i moonquake possono persistere per ore, ha sottolineato Sanigepalli, sollevando rischi riguardo agli effetti a lungo termine, come la fatica dei materiali, la durabilità strutturale e il degrado del servizio. “Per torri, habitat e altre infrastrutture, i moonquake rappresentano una sfida, soprattutto perché il regolite della luna è molto meno stabile rispetto a quello terrestre,” ha aggiunto Sanigepalli. “Ciò significa che dobbiamo essere più rigorosi nella selezione dei siti per garantire che le infrastrutture siano costruite su terreni in grado di resistere all’attività sismica per una stabilità a lungo termine,” ha concluso Sanigepalli.