Come costruire una rete elettrica sulla Luna

Per rifornire gli avamposti affondati nella notte lunare, l’energia solare deve provenire dalle regioni del polo sud

Il CubeRover di Astrobotic srotola un cavo per costruire una rete elettrica, prima collegando insieme le torri di energia solare, quindi collegandole ad apparecchiature assetate di energia.

Le prime incursioni sulla Luna utilizzavano tecnologie usa e getta, progettate per funzionare durante il periodo di due settimane di luce lunare, per poi perire nel gelo di una notte altrettanto lunga. Ma per sostenere una colonia, tutto deve essere fatto per sopravvivere a condizioni estreme. Durante il giorno, all'equatore, la temperatura lunare può raggiungere i 120°C. Di notte la temperatura scende fino a -220 °C, fredda come Plutone. Senza un riscaldatore, l'attrezzatura si rompe. I componenti strutturali diventano fragili e possono rompersi a causa delle sollecitazioni meccaniche di questo enorme sbalzo di temperatura. Senza luce solare, i pannelli solari diventano inutili e la loro ampia estensione serve solo a perdere calore. Le batterie perdono capacità e i loro componenti liquidi si congelano, richiedendo un ciclo assetato di energia in cui gran parte dell’energia contenuta nelle batterie viene utilizzata solo per riscaldarsi.

Nel suo viaggio verso la Luna, una navicella spaziale deve affrontare anche sbalzi di temperatura estremi, con il lato in ombra centinaia di gradi più freddo del lato soleggiato. Una combinazione di isolamento, riflessione ed energia prodotta dai pannelli solari lavora per mantenere l’intero veicolo spaziale entro un intervallo di temperatura accettabile durante il volo. È solo dopo l'atterraggio della navicella spaziale che inizia il conto alla rovescia per quelle condizioni notturne lunari molto impegnative.

La maggior parte delle missioni nello spazio profondo, come Voyager e New Horizons, e le sonde sulla superficie lunare a lungo termine, come l'Apollo Lunar Surface Experiment Package (ALSEP), sopravvivono con luce solare limitata utilizzando generatori termici a radioisotopi. Questi generatori possono produrre calore in modo costante per decenni, ma a causa del combustibile altamente radioattivo richiesto, presentano sfide in termini di sicurezza, approvvigionamento e approvazione normativa. L’energia solare sarebbe una soluzione migliore se potesse servire le estremità della superficie lunare.

Noi e i nostri colleghi di Astrobotic, una piccola azienda con sede a Pittsburgh fondata nel 2007, abbiamo la missione di rendere lo spazio accessibile al mondo. La compagnia è meglio conosciuta per la sua flotta di lander lunari, che include Peregrine, la cui prima missione è prevista per il 2023, e Griffin, che trasporterà il Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) della NASA al polo sud lunare nel 2024. Ora l'azienda intende risolvere il problema energetico sulla Luna con un servizio in grado di raccogliere l'energia solare ai poli, dove la luce solare non è mai lontana, e distribuirla in luoghi immersi nell'oscurità.

Il sistema che intendiamo costruire sulla Luna, denominato LunaGrid, sarà costituito da una rete di stazioni, o nodi, di generazione di energia solare, collegate da cavi di trasmissione. Questa rete è progettata per fornire energia dove è necessaria tramite una flotta di rover robotici. Astrobotic prevede di dimostrare il sistema di prima generazione già nel 2026, con la prima LunaGrid completa che diventerà operativa entro il 2028 al polo sud lunare.

Perché là? Infatti, attraverso il programma Artemis, la NASA prevede di far sbarcare gli astronauti sulla Luna nel 2025 e di stabilire una base permanente vicino al polo sud lunare entro il 2030. Di particolare interesse in questa regione sono i profondi crateri il cui interno giace permanentemente nell'ombra e quindi rimane abbastanza tranquillo. Freddo. Queste trappole fredde naturali sono dove si può trovare il ghiaccio d'acqua. Quel ghiaccio potrebbe fornire acqua da bere e, dopo aver subito l’elettrolisi, ossigeno da respirare. L’altro prodotto di tale elettrolisi, l’idrogeno, insieme all’ossigeno, potrebbe un giorno essere utilizzato per rifornire di carburante i razzi. La base Artemis dovrà essere costruita vicino a queste regioni permanentemente in ombra. La semplice esplorazione di questi crateri richiederà molta più energia di quella già necessaria per sostenere le operazioni della base Artemis. Nessuna delle missioni Apollo ha tentato di produrre energia sufficiente per sopravvivere alla notte lunare. Tutte quelle missioni furono effettuate durante il giorno lunare in modo che gli astronauti potessero lavorare al calore del sole. Le celle a combustibile, piuttosto che le celle solari, fornivano energia, perché le celle solari degli anni ’60 e ’70 avevano un rapporto peso/potenza proibitivamente elevato. Ma i progressi tecnologici degli ultimi decenni hanno reso i pannelli solari molto più leggeri.