I luoghi più freddi della Terra e nelle vicinanze non sono vicini alla temperatura della notte illuminata dalla luna - ed è molto difficile creare una base che sia in grado di proteggere i coloni da una tale temperatura. Per molti decenni, il pensiero di colonizzare la luna ha preoccupato scienziati e persone lungimiranti. Vari concetti di colonie lunari sono apparsi su schermi televisivi e monitor.
Forse una colonia lunare sarà il prossimo passo logico per l'umanità. Questo è il nostro vicino più vicino nelle stelle, che dista circa 383.000 chilometri da noi, il che semplifica il supporto delle risorse. Inoltre, c'è un eccesso di elio-3 sulla luna, un combustibile ideale per i reattori termonucleari, che è molto scarso sulla Terra.
Il percorso per la colonia lunare permanente è stato teoricamente tracciato da vari programmi spaziali. La Cina ha espresso interesse a individuare una base sul lato più lontano della luna. Nell'ottobre 2015 si è appreso che l'Agenzia spaziale europea e Roscosmos stanno pianificando una serie di missioni sulla Luna al fine di valutare le possibilità di collocare insediamenti permanenti.
Tuttavia, il nostro satellite ha una serie di problemi. La Luna compie una rivoluzione in 28 giorni terrestri e la notte lunare dura 354 ore, più di 14 giorni terrestri. Un lungo ciclo notturno significa un calo significativo delle temperature. Le temperature all'equatore variano da 116 gradi Celsius durante il giorno a -173 gradi di notte.
Le notti al chiaro di luna saranno più brevi se la base si trova al Polo Nord o al Polo Sud. "Ci sono molte ragioni per costruire una base del genere ai poli, ma ci sono altri fattori da considerare oltre alle ore di luce solare", afferma Edmond Trollope, ingegnere delle operazioni spaziali di Telespazio VEGA Deutschland. Come sulla Terra, può fare molto freddo ai poli.
Ai poli lunari, il Sole si muoverà lungo l'orizzonte, non attraverso il cielo, quindi dovrai costruire pannelli laterali (sotto forma di muri), il che complicherà la costruzione. Una grande base piatta all'equatore raccoglierebbe molto calore, ma per arrivare al calore al polo, devi costruire verso l'alto, il che non è facile. "Con una posizione ragionevole, le differenze di temperatura possono essere facilmente controllate", afferma Volcker Meiwald, uno scienziato del DLR German Aerospace Center.
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L'ampia variabilità delle temperature nel ciclo del giorno e della notte significa che le basi lunari dovranno essere fornite non solo di un sufficiente isolamento dal freddo gelido e dal caldo torrido, ma anche per far fronte agli stress termici e alle dilatazioni termiche.
Protezione termica
Le prime missioni robotiche sulla Luna, come le missioni sovietiche sulla Luna, furono progettate per vivere un giorno lunare (due settimane terrestri). Il lander delle missioni Surveyor della NASA potrebbe riprendere il lavoro il prossimo giorno lunare. Ma i danni causati ai componenti durante la notte spesso hanno impedito di ottenere dati scientifici.
I rover lunari dell'omonimo programma spaziale sovietico, che è stato effettuato alla fine degli anni '60 e '70, includevano elementi di riscaldamento radioattivo con un ingegnoso sistema di ventilazione, che consentiva ai veicoli di vivere fino a 11 mesi. I rover lunari andavano in letargo di notte e si lanciavano con il sole quando l'energia solare diventava disponibile.
Un'opzione per evitare forti fluttuazioni termiche è seppellire l'edificio nella regolite lunare. Questo materiale polveroso, che ricopre la superficie della Luna, ha una bassa conducibilità termica e un'elevata resistenza alla radiazione solare. Ciò significa che ha forti proprietà isolanti e più profonda è la colonia, maggiore è la protezione termica. Inoltre, poiché la base si riscalda e il calore sulla luna viene trasferito male a causa della mancanza di atmosfera, ciò ridurrà ulteriormente lo stress termico.
Tuttavia, mentre l'idea di "seppellire" la colonia è stata, in linea di principio, accettata con successo, in pratica sarà un compito incredibilmente difficile. "Non ho ancora visto un progetto in grado di gestirlo", afferma Volcker. "Dovrebbero essere veicoli da costruzione robotici che possono essere controllati a distanza".
Incorporare o coprire?
Un altro metodo con cui è stato possibile ottenere il risultato desiderato risiede nel terreno stesso. Penetratori in grado di penetrare la superficie durante l'impatto sono già stati proposti (ma su scala minore) per diverse missioni lunari, come il Lunar-A giapponese e il MoonLite britannico (il progetto è attualmente in ritardo, sebbene l'idea dell'atterraggio di penetrazione fosse così convincente che l'ESA ha deciso di utilizzare per un meccanismo per la consegna rapida di campioni per l'analisi dalla superficie e dal sottosuolo di un pianeta o luna). Il vantaggio di questo concetto è che la base è sepolta durante l'impatto, il che significa che sarà esposta a condizioni termiche relativamente moderate prima di essere protetta.
Tuttavia, rimarrà un problema con la fornitura di energia, poiché un tipico progetto di penetrazione offre solo opzioni di energia solare molto limitate. Ci sono anche i problemi di carichi di accelerazione di collisione elevati e alta precisione richiesta per la guida. "La forza di collisione necessaria per scavare la struttura sarà molto difficile da abbinare alle funzioni richieste della base con equipaggio", afferma Trollope.
Un'alternativa a questo sarebbe quella di versare la regolite lunare in cima alla colonia, possibilmente usando macchine come escavatori idraulici. Ma per farlo in modo efficace, devi lavorare rapidamente.
Se la regolite lunare non può essere versata sulla colonia, è possibile applicare un cappello di isolamento multistrato (MLI) su di essa, che impedirà la dissipazione del calore. I materiali di isolamento termico MLI sono ampiamente utilizzati sui veicoli spaziali, proteggendoli dal freddo dello spazio.
Il vantaggio di questo metodo è che consente di utilizzare i pannelli solari per raccogliere e immagazzinare energia in un giorno lunare di due settimane. Ma se non viene raccolta abbastanza energia, dovranno essere presi in considerazione metodi di generazione di energia alternativa.
I generatori termoelettrici potrebbero fornire energia alla colonia durante il ciclo notturno: pur essendo a bassa efficienza, non hanno però problemi di manutenzione, poiché non hanno parti in movimento. I generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG) offrono una grande efficienza e hanno una fonte di combustibile molto compatta. Ma la base dovrà essere schermata dalle radiazioni, consentendole di trasferire il calore. La logistica dell'installazione di un generatore di isotopi radioattivi rimovibile è piena di problemi: i rischi saranno lungo tutto il percorso, dal decollo dalla Terra all'atterraggio sulla Luna, insieme a questioni politiche e di sicurezza.
Potrebbero essere usati reattori a fissione, ma con loro ci saranno ancora più problemi, compresi quelli sopra elencati.
E se si sviluppano reattori termonucleari, possono essere utilizzati anche sulla Luna, visto l'eccesso di elio-3. Anche le batterie, come le batterie agli ioni di litio, possono tornare utili, a condizione che venga generata sufficiente energia solare in un ciclo notturno di due settimane.
C'è l'idea di fornire energia alla stazione in superficie durante il ciclo notturno utilizzando un satellite in orbita che trasmetterà energia attraverso microonde o laser. Questa idea è stata studiata 10 anni fa. Lo studio ha scoperto che per una grande base lunare, che richiede centinaia di kilowatt di energia fornita dall'orbita da un laser da 50 kilowatt, una rectenna (un tipo di antenna che converte l'energia elettromagnetica in corrente elettrica diretta) avrà un diametro di 400 metri e su un satellite - 5 metri quadrati chilometri di pannelli solari. La Stazione Spaziale Internazionale è di circa 3,3 mq. km di pannelli solari.
Nonostante le notevoli difficoltà nella costruzione di una colonia che dovrà resistere al duro ciclo lunare notturno, non sono insormontabili. Con la giusta protezione termica e il corretto sistema di generazione di energia durante una lunga notte di due settimane, potremmo avere una colonia lunare nei prossimi vent'anni. E poi possiamo volgere lo sguardo più lontano.
