Lo Spazio pt. 4 - In Situ Resource Utilization
- D. e M.
- 13 mag 2020
- Tempo di lettura: 4 min
Aggiornamento: 14 mag 2020
I. S. R. U. , In Situ Resource Utilization, letteralmente 'Utilizzo delle risorse in loco' è un acronimo inglese che definisce quei procedimenti nell'esplorazione spaziale in cui si fa uso di risorse reperite localmente, ossia sul corpo celeste su cui si svolge la missione in questione.
In questo post partiremo dalle esigenze primarie per la sopravvivenza umana studiando quali risorse siano necessarie per garantirne il soddisfacimento e esploreremo quali tecnologie servano per farlo.
Possiamo individuare quattro necessità fisiche di base del corpo umano: respirare, bere, mangiare e riscaldarsi.
Il riscaldamento è forse la necessità a livello teorico più semplice da soddisfare: serve energia. Questa può essere ottenuta in moltissimi modi; molte procedure che usiamo sulla Terra potrebbero infatti essere usate anche su altri pianeti o addirittura nel vuoto cosmico.
Il metodo più semplice è l’uso di celle fotovoltaiche, come viene attualmente fatto sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questa energia elettrica può poi essere trasformata in calore attraverso l'utilizzo di impianti basati sulla tecnologia resistiva o con pompe di calore. Le alternative al fotovoltaico potrebbero essere l’uso di generatori a radioisotopi, che forniscono energia elettrica dal decadimento di sostanze radioattive e sono già in uso nel rover marziano Curiosity, o la generazione di calore, da convertire in seguito in energia elettrica, mediante combustione di combustibili fossili trovati in loco.
La grossa difficoltà nell'uso della combustione è che oltre al combustibile, che ad esempio su Titano si troverebbe senza problemi, vi è la necessità di comburente, ossia ossigeno. Sulla Terra l’ossigeno è presente in atmosfera, quindi non è una problematica che normalmente prendiamo in considerazione, ma su altri corpi celesti così non è; anzi, l’ossigeno sarà una delle risorse più difficili da ottenere. Uno dei grandi vantaggi di Titano è la presenza di ghiaccio d’acqua, da cui si potrebbe estrarre anche l’ossigeno.
(credit: NASA)
Selfie del rover Curiosity sulla superficie marziana. Gli autoscatti sono molto importanti per i tecnici del rover per verificare lo stato dei vari organi meccanici. Il rover è alimentato da un generatore a radioisotopi. Il calore degli isotopi instabili permette la generazione di energia elettrica per i motori e le apparecchiature del veicolo.
La disponibilità di acqua liquida è assolutamente essenziale per supportare la vita dell’uomo, le coltivazioni e, potenzialmente, per poter estrarre ossigeno. Ipotizzando di usare un sistema di depurazione delle urine come quello in uso sulla Stazione Spaziale Internazionale, sarebbe comunque necessario disporre di acqua estraibile dalla superficie del corpo celeste per far fronte alle perdite e alla crescita della colonia. Su Marte sono state trovate tracce d'acqua e si pensa che in cavità sotterranee vi siano grosse quantità d'acqua liquida o ghiacciata, che potrebbe essere estratta e utilizzata.
Procurarsi aria da respirare e cibo per nutrirsi sono forse le due difficoltà maggiori. Sarebbe sicuramente necessario un sistema di depurazione dell’aria, che riconverta l’anidride carbonica espirata in ossigeno da inspirare. Al momento questa tecnologia non è disponibile. Abbiamo sistemi in grado di rimuovere CO2 dall'aria, ma non di riconvertirla in ossigeno: per fare ciò sarebbe necessario scindere la molecola di anidride carbonica e fissare l'atomo di carbonio. Si pensa che un processo di fotosintesi clorofilliana artificiale potrebbe adempiere a questo scopo, ma siamo ancora molto lontani dal realizzarlo.
Anche nel caso in cui questo fosse disponibile e funzionante, sarebbe comunque necessario estrarre ossigeno e azoto da introdurre nel sistema per fare fronte alle perdite. Su Marte questo sarebbe teoricamente fattibile: la sua atmosfera contiene anidride carbonica e azoto, dunque sarebbe possibile, ad esempio attraverso fotosintesi clorofilliana artificiale, estrarre ossigeno dalla CO2. In alternativa, su Marte e anche su Titano, si potrebbe praticare l'elettrolisi sull'acqua estratta dal sottosuolo per scinderla in idrogeno e ossigeno. Sulla Luna si potrebbe estrarre ossigeno dalle rocce lunari, con un processo automatizzato. Tutte le tecniche qui descritte sono teoriche e non abbiamo nessuna certezza che potrebbero effettivamente funzionare in maniera efficace; si capisce quindi la ragione per cui il problema del procurarsi l'aria è forse la maggiore incognita per la sopravvivenza di una colonia spaziale.
Se avete visto il film The Martian, ricorderete il tentativo di coltivare patate su Marte. Il film non è per nulla irrealistico e le patate sarebbero probabilmente un ottimo contributo alla dieta dei coloni, anche se forse le tecniche di coltivazione sarebbero diverse. Coltivazioni idroponiche, ossia prive di terriccio, sarebbero le candidate migliori per creare cibo. Le piante crescono rapidamente in questo tipo di coltivazioni e richiedono poca superficie. Si potrebbero così usare intensivamente i piccoli volumi di una base spaziale. Le difficoltà principali stanno nel riuscire a soddisfare in maniera completa i bisogni di nutrienti dei coloni; per fare questo sarebbe infatti necessaria una notevole diversità di coltivazioni. Un’altra difficoltà sta nel fornire alle coltivazioni calore, acqua, aria e luce necessari per la crescita delle piante andando ad aumentare le difficoltà nel reperire queste risorse strettamente per gli umani.
Dopo questa breve analisi, è evidente che tutti i sistemi per la sopravvivenza sarebbero strettamente interconnessi e di una complessità notevole. Sarebbe necessario costruire e trasportare sistemi molto efficienti e affidabili, che al giorno d’oggi non sono ancora disponibili.
In tutto ciò, non abbiamo neanche considerato le necessità non fisiche. Non abbiamo idea di come un essere umano potrebbe reagire nel sapere di essere su un altro pianeta senza una via di ritorno certa. Possiamo cercare di progettare ambienti il più possibile accoglienti, tappezzati di piante per dare un’idea di natura, ma non sappiamo se ciò riuscirà a togliere dalla mente umana lo stress dovuto alla consapevolezza di essere sempre a pochi centimetri dalla morte.
Per approfondire:
Carbon Dioxide Scrubbers, TheGreenAge
Descrizione dell'attuale tecnologia di purificazione dell'aria dalla CO2
NASA, Growing plants in space
Interessante articolo sulla coltivazione in microgravità
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