Minería en la Luna para obtener el combustible que nos lleve a Marte

Por: Gary Li, Danielle Delatte, Jerome Gilleron, Samuel Wald, y Therese Jones.

Entre la tierra y la luna: Representación artística de un depósito de reabastecimiento para la exploración del espacio profundo. Crédito: Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

Cuarenta y cinco años han pasado desde que los humanos pusieron los pies en un cuerpo extraterrestre. Ahora, la Luna está de vuelta en el centro de los esfuerzos no sólo para explorar el espacio, sino para crear una sociedad espacial permanente e independiente.

La planificación de las expediciones al vecino celestial más cercano de la Tierra ya no es sólo un esfuerzo de la NASA, aunque la agencia espacial estadounidense tiene planes para una estación espacial en órbita lunar que serviría de escenario para las misiones de Marte a principios de la década de 2030. La United Launch Alliance, una empresa conjunta entre Lockheed Martin y Boeing, está planeando una estación de abastecimiento lunar de naves espaciales, capaz de sostener a 1.000 personas que vivan en el espacio dentro de 30 años.

Los multimillonarios Elon Musk, Jeff Bezos y Robert Bigelow tienen compañías que buscan llevar personas o maquinaria a la luna. Varios equipos que compiten por una parte del premio en efectivo de US $ 30 millones de Google planean lanzar rovers a la Luna.

Los autores y otros 27 estudiantes de todo el mundo participaron recientemente en el Caltech Space Challenge 2017, proponiendo diseños de una estación lunar de lanzamiento y suministro para misiones en el espacio profundo, y cómo funcionaría.

Las materias primas para el combustible de cohetes

En este momento todas las misiones espaciales se basan en, y se lanzan desde, la Tierra. Pero la fuerza gravitatoria de la Tierra es fuerte. Para entrar en órbita, un cohete tiene que estar viajando 11 kilómetros por segundo – ¡25.000 millas por hora!

Cualquier cohete que salga de la Tierra tiene que llevar todo el combustible que alguna vez utilizará para llegar a su destino y, si es necesario, para volver. Ese combustible es pesado – y conseguir que se mueva a velocidades tan altas requiere mucha energía. Si pudiéramos reabastecer en órbita, esa energía de lanzamiento podría elevar más gente o carga o equipo científico en órbita. Entonces la nave espacial podría reabastecerse en el espacio, donde la gravedad de la Tierra es menos potente.

Operaciones mineras en la luna, representación artística. Crédito: Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

La Luna tiene una sexta parte de la gravedad de la Tierra, lo que la convierte en una base alternativa atractiva. La luna también tiene hielo, que ya sabemos cómo procesar en un propulsor de hidrógeno-oxígeno que usamos en muchos cohetes modernos.

Explorando la Luna

El Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA y el Lunar Crater and Observation and Sensing Satellite ya han encontrado cantidades sustanciales de hielo en cráteres permanentemente en sombras de la Luna. La minería en esos lugares sería difícil porque son más fríos y no ofrecen la luz del sol a los vehículos móviles. Sin embargo, se podrían instalar grandes espejos en los bordes de los cráteres para iluminar los paneles solares en las regiones permanentemente sombreadas.

Los pilotos de la competencia Lunar X del Premio de Google y el prospecto de recursos lunares de la NASA, que se lanzará en 2020, también contribuirían a encontrar buenos lugares para la minería del hielo.

Imaginando una base lunar

Dependiendo de donde estén las mejores reservas de hielo, podríamos necesitar construir varias pequeñas bases lunares robotizadas. Cada una excavaría el hielo, fabricaría el propelente líquido y lo transferiría a la nave espacial de paso. Nuestro equipo desarrolló planes para realizar esas tareas con tres tipos diferentes de rovers. Nuestros planes también requieren unos pequeños autobuses robóticos para reunirse con los vehículos cercanos de misión espacial en la órbita lunar.

Representación artística de rovers lunares. Crédito: Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

Un rover, que llamamos el Prospector, exploraría la luna y encontraría lugares con hielo. Un segundo rover, el Constructor, lo seguiría detrás, construyendo una plataforma de lanzamiento y emplazando un camino para facilitar los movimientos para el tercer tipo del rover, los Miners, que recogerían el hielo y lo entregarían a los tanques de almacenaje cercanos y una planta de electrólisis dividiría el agua en hidrógeno y oxígeno.

El Constructor también construiría una plataforma de aterrizaje para la pequeña nave espacial de transporte a la Luna que llamamos Lunar Resupply Shuttles que llegaría para recolectar combustible para la entrega cuando la nave espacial recién lanzada pasara por la luna. Los transbordadores quemarían combustible hecho en la Luna y tendrían sistemas avanzados de dirección y de navegación para viajar entre las bases lunares y la nave espacial.

Una gasolinera en el espacio

Cuando se esté produciendo suficiente combustible y el sistema de entrega de la lanzadera se compruebe como confiable, nuestro plan requiere la construcción de una gasolinera en el espacio. Los transbordadores entregarían hielo directamente al depósito de combustible en órbita, donde sería transformado en combustible y donde los cohetes rumbo a Marte o en cualquier otro lugar podría atracar para recargar.

El depósito tendría grandes paneles solares que alimentarían un módulo de electrólisis para derretir el hielo y luego convertir el agua en combustible y grandes depósitos de combustible para almacenar lo que se hace. La NASA ya está trabajando en la mayoría de la tecnología necesaria para un depósito como este, incluyendo el acoplamiento y la transferencia de combustible. Anticipamos que un depósito de trabajo podría estar listo a principios de 2030, justo a tiempo para las primeras misiones tripuladas a Marte: Para ser más útil y eficiente, el depósito debe estar situado en una órbita estable relativamente cerca de la Tierra y la Luna. El punto de Lagrange 1 de la Tierra-Luna (L1) es un punto en el espacio alrededor del 85 por ciento del camino de la Tierra a la Luna, donde la fuerza de la gravedad de la Tierra equivaldría exactamente a la fuerza de la gravedad de la Luna tirando en la otra dirección. Es la parada perfecta para una nave espacial en su camino a Marte o los planetas exteriores.

Representación de un artista de un depósito de combustible para el reabastecimiento de misiones en el espacio profundo.

Nuestro equipo también encontró una manera eficiente de combustible para obtener la nave espacial desde la órbita terrestre hasta el depósito en L1, requiriendo aún menos combustible de lanzamiento y liberando más energía de elevación para los artículos de carga. Primero, la nave espacial y su carga podrían ser remolcadas desde la órbita terrestre baja hasta el depósito en L1 usando un remolcador de propulsión solar eléctrico, una nave espacial impulsada en gran parte por la energía solar. Esto nos permitiría triplicar la entrega de carga útil a Marte. En la actualidad, se calcula que una misión humana en Marte cuesta hasta US $ 100.000 millones y necesitará cientos de toneladas de carga. La entrega de más carga de la Tierra a Marte con menos lanzamientos de cohetes ahorraría miles de millones de dólares y años de tiempo.

 

Una base para la exploración espacial

Construir una gasolinera entre la Tierra y la Luna también reduciría los costos de las misiones más allá de Marte. La NASA está buscando vida extraterrestre en las lunas de Saturno y Júpiter. Las naves espaciales futuras podrían transportar mucho más carga si pudieran abastecerse de combustible – ¿quién sabe qué descubrimientos científicos podrían ser posibles enviando grandes vehículos de exploración a estas lunas? Al ayudarnos a escapar de la gravedad de la Tierra y la dependencia de sus recursos, una gasolinera lunar podría ser el primer pequeño paso hacia el salto gigante en hacer de la humanidad una civilización interplanetaria.
Traducción de:
https://phys.org/news/2017-05-moon-rocket-fuel-mars.html

Descubren que la dínamo del núcleo de la Luna pudo haber formado un campo magnético

La Luna carece actualmente de campo magnético, pero un equipo de científicos de NASA ha publicado investigaciones nuevas que muestran que el calor emitido por la cristalización del núcleo lunar puede haber alimentado su campo magnético, ahora difunto, hace unos 3 mil millones de años.

Las rocas lunares magnetizadas traídas a la Tierra durante las misiones Apollo demostraron que la Luna tuvo un campo magnético en el pasado.  Este campó existió durante más de mil millones de años, y en un momento dado, fue tan intenso como el generado por la Tierra moderna. Los científicos piensan que una dinamo lunar (un núcleo fundido y muy caliente en el centro de la Luna) puede haber alimentado el campo magnético, pero no sabían cómo se generó y cómo se mantenía.

Según la investigación publicada recientemente, la Luna probablemente tenía un núcleo de hierro/níquel con sólo una pequeña cantidad de azufre y carbono, con lo que el punto de fusión del núcleo lunar era alto. Como resultado, probablemente el núcleo empezó a cristalizar pronto en la historia lunar, y el calor emitido por la cristalización puede haber creado un campo magnético inicial que ha quedado registrado en las muestras lunares antiguas.

En estas muestras se han hallado registros de un campo magnético de 3100 millones de años de antigüedad, pero que actualmente está inactivo, indicando que en algún momento entre entonces y ahora el flujo de calor cayó a un punto en el que la dinamo lunar dejó de funcionar. El núcleo lunar se piensa que actualmente está formado por un núcleo sólido interno y un líquido exterior, conocidos por datos sísmicos de las misiones Apollo y otros datos geofísicos y de naves espaciales. La nueva composición específica del núcleo de la Luna propuesta por estos investigadores probablemente sería parcialmente sólida y líquida hoy en día, en acuerdo con los datos sísmicos y geofísicos.

Fuente:

https://sedaliada.wordpress.com/2017/05/18/el-antiguo-campo-magnetico-lunar/

Grove, un falso cráter de rayos brillantes

Por Alberto Anunziato.

 

Traducción del artículo aparecido en la edición de mayo de 2017 de la revista “The lunar Observer”.

 

Una imagen antigua del cráter Grove en la que parece tener la apariencia de un cráter de rayos brillantes (colongitud 133.2º, iluminación 88.5%) motivó una pequeña investigación en la literatura lunar al alcance del amateur entusiasta. Una búsqueda infructuosa, muy poco se dice sobre Grove.

Grove se encuentra en la parte norte del Lacus Somniorum, en un área fácilmente reconocible por las siluetas de Atlas y Hércules en las sombras del terminador a la izquierda y el característico perfil de Posidonius a la derecha (y Posidonius B, Posidonious J y Daniell en fila india). Su forma es ligeramente oval y tiene un diámetro de 28 kilómetros. Su interior de 2.400 metros de profundidad está casi completamente en sombras, podemos solamente discernir la parte norte de su borde bien definido iluminado por el Sol.

Mientras observábamos visualmente segundos antes de obtener el video del que fueron extraídos los frames para el apilado, Grove mostraba el típico aspecto de un cráter de rayos brillantes. En la imagen se puede ver lo que parece un rayo viniendo del norte hasta Plana B, y más marcadamente desde el noroeste hasta Mare Serenitatis (¿o llegando desde allí?)

Pero Grove no aparece en la lista de cráteres de rayos brillantes de ALPO, ni parece ser tan joven como para conservar rayos (de hecho, es uno de los cráteres más antiguos, pues pertenece al período nectárico). Generalmente se aceptaba que los cráteres de rayos brillantes pertenecen al período copernicano. Recientemente (Martel, Linda M., Lunar Crater Rays Point to a New Lunar Time Scale. Planeatry Science Research Discoveries, 2004, p.4) se ha relacionado los rayos no solamente con superficies jóvenes (en términos lunares) sino también con la presencia de bajo contenido en materiales con óxido ferroso (FeO). De todas maneras, aunque se han catalogado cráteres de rayos brillantes más antiguos que 1.100 millones de años (la frontera entre los períodos eratostenico y copernicano), no tienen una edad superior a 2.000 millones de años (como Lichtenberg), mientras Grove es mucho más antiguo y, por lo tanto, la meteorología espacial tendría que haber borrado sus posibles rayos.

Estos seudo-rayos podrían explicarse por diferencias de coloración entre los parches de lava, como en el vecino Mare Serenitatis. Lo más intrigante es lo que parece un extendido manto de material eyectado terminado en puntas desiguales. ¿Pudo el impactador que formó Grove haber impactado en el centro de un accidente geológico preexistente? Quizás no es un manto de eyección sino las últimas estribaciones de los Montes Taurus. Sabemos por la dinámica de formación de un cráter de impacto que la mitad del volumen de material eyectado cae dentro de la distancia equivalente a 1 radio del cráter desde su borde, y este supuesto manto de eyección es bastante más amplio.

Algunas veces la observación visual es más certera. Recientemente observé Grove visualmente con un Maksutov-Cassegrain (Meade EX 105) de 105 mm. a 154X (Colongitud 111.1º, iluminación 96%) y no pude observar rayo alguno, la configuración del terreno que en nuestra imagen parece un manto de eyección parecía la continuación del terreno escarpado de los MontesTaurus.

El mero hecho de que Grove no aparezca en la lista de cráteres de rayos brillantes de ALPO pudo haber cerrado el caso, pero una breve reflexión sobre los mecanismos de formación y las características de este tipo de cráteres puede ayudar al amateur a familiarizarse un poco más con la superficie lunar.

Name and location of observer: Alberto Anunziato (Oro Verde, Argentina).

Name of feature: Grove.

Date and time (UT) of observation: 03-27-2016-03:56.

Size and type of telescope used: Celestron 11´´ HD Hedge.

Medium employed (for photos and electronic images): Canon Eos Digital Rebel XS.

Haciendo ladrillos de polvo lunar con el calor del Sol. Una idea para las futuras bases lunares.

La fabricación de ladrillos con impresoras 3D a partir de una simulación de polvo lunar calentado con luz solar concentrado demuestra una de las posibles soluciones a mano de los futuros colonizadores lunares para construir asentamientos en nuestro satélite.

“Tomamos material lunar simulado y lo cocinamos en un horno solar” , explica el ingeniero de materiales Advenit Makaya, supervisando el proyecto para la Agencia Espacial Europea (ESA). “Esto se hizo en la placa de una impresora 3D, horneando capas sucesivas de 0.1 mm de grosor de polvo lunar a 1000 ºC. Podemos terminar un ladrillo de 20 x 10 x 3 cm en aproximadamente cinco horas”.

Ladrillo de polvo lunar realizado con una impresora 3D y luz solar concentrada.

Como materia prima, los ingenieros emplearon muestras simuladas del suelo lunar a partir de material volcánico terrestre, procesado imitando la composición y tamaño de los granos del polvo lunar genuino.

El horno solar se encuentra en las instalaciones del DLR German Aerospace Center en Colonia. Un conjunto de 147 espejos curvos focalizan la luz solar creando un haz de alta temperatura que funde los granos de polvo. Pero como el clima no siempre acompaña en Europa del norte, el Sol  a veces es simulado con un conjunto de lámparas de xenon como las que se encuentran en proyectores de cine.

Horno solar

Los ladrillos de polvo lunar tienen la resistencia del yeso y van a ser sometidos a un exhaustivo estudio mecánico.

Algunos ladrillos están deformados en los bordes, lo que según Advenit es porque sus bordes se enfrían más rápido que el centro. “Estamos buscando cómo manejar este efecto, quizás acelerando ocasionalmente la velocidad de impresión para que se acumule menos calor dentro del ladrillo.

Base lunar

“Por ahora este proyecto es una prueba de concepto, que demuestra que este método de la construcción lunar es factible”.

Tras este estudio del General Support Technology Programme de la ESA, el siguiente es el proyecto RegoLight, respaldado por el programa Horizon 2020 de la Unión Europea.

Advenit añade: “Nuestra demostración tuvo lugar en condiciones atmosféricas normales, pero RegoLight probará la impresión de ladrillos en condiciones lunares representativas: el vacío y los extremos de alta temperatura”.

Vista lateral de ladrillo

El esfuerzo de la ESA sigue a un proyecto de impresión 3D lunar anterior, pero ese enfoque requería una sal de unión. La nueva técnica requiere solamente que la impresora 3D y el concentrador solar sean transportados a la Luna.

Esta investigación continua es parte de una serie de estudios que están llevando a cabo ESA investigando técnicas para utilizar in situ recursos lunares recursos para la fabricación de infraestructura y hardware.

Tommaso Ghidini, director de Materiales y Procesos de la ESA, señala: “Para una misión como la construcción de una base sobre la superficie lunar, la utilización in situ de recursos será una de las tecnologías más importantes. Este resultado ofrece la oportunidad de un enfoque completamente sostenible. En la Tierra, la impresión 3D de estructuras civiles usando energía solar y recursos in-situ podría apoyar la construcción rápida de refugios de emergencia después del desastre, eliminando cadenas de suministro largas, costosas ya menudo ineficientes”.

Traducción de:

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Printing_bricks_from_moondust_using_the_Sun_s_heat