Discusión sobre las necesidades y la organización humana en la Luna
Gene Cernan en la Luna a bordo del módulo de aterrizaje del Apolo 17 con polvo lunar pegado en su traje. El polvo lunar es altamente abrasivo y puede causar daños a los pulmones, el sistema nervioso y el sistema cardiovascular de los seres humanos. [1]
Crecimiento de plantas en regolito lunar, en un laboratorio con muestras de regolito del programa Apolo .
La instalación de estructuras en un cuerpo natural proporcionaría amplias fuentes de material para su construcción, en particular para fines tales como protección contra la radiación cósmica . La energía requerida para enviar objetos desde la Luna al espacio es mucho menor que desde la Tierra al espacio. Esto podría permitir que la Luna sirva como fuente de materiales de construcción dentro del espacio cis-lunar. Los cohetes lanzados desde la Luna requerirían menos propulsor producido localmente que los cohetes lanzados desde la Tierra. Algunas propuestas incluyen el uso de dispositivos de aceleración eléctrica ( impulsores de masa ) para propulsar objetos fuera de la Luna sin construir cohetes. Otros han propuesto ataduras de intercambio de momento (ver más abajo). Además, la Luna tiene algo de gravedad , que la experiencia hasta la fecha indica que puede ser vital para el desarrollo fetal y la salud humana a largo plazo . [4] [5] No se sabe si la gravedad de la Luna (aproximadamente una sexta parte de la de la Tierra) es adecuada para este propósito. Además, la Luna es el cuerpo grande más cercano a la Tierra en el Sistema Solar . Si bien algunos asteroides que cruzan la Tierra ocasionalmente pasan más cerca, la distancia de la Luna está constantemente dentro de un rango pequeño cercano a los 384.400 km.
Ventajas
La construcción de instalaciones de observatorio en la Luna a partir de materiales lunares permite obtener muchos de los beneficios de las instalaciones espaciales sin la necesidad de lanzarlas al espacio. [6] El suelo lunar , aunque plantea un problema para cualquier parte móvil de los telescopios , se puede mezclar con nanotubos de carbono y epoxis en la construcción de espejos de hasta 50 metros de diámetro. [7] [8] Está relativamente cerca; la visión astronómica no es una preocupación; ciertos cráteres cerca de los polos están permanentemente oscuros y fríos, y por lo tanto son especialmente útiles para los telescopios infrarrojos ; y los radiotelescopios en el lado lejano estarían protegidos de la vibración de radio de la Tierra. [9] Un telescopio cenital lunar se puede fabricar de forma económica con líquido iónico . [10]
Una granja en el polo norte lunar podría proporcionar ocho horas de luz solar al día durante el verano local rotando los cultivos dentro y fuera de la luz solar, que es continua durante todo el verano. Una temperatura beneficiosa, protección contra la radiación, insectos para la polinización y todas las demás necesidades de las plantas podrían proporcionarse artificialmente durante el verano local por un costo. Una estimación sugirió que una granja espacial de 0,5 hectáreas podría alimentar a 100 personas. [11]
Desventajas
La larga noche lunar impediría la dependencia de la energía solar y requeriría que una instalación expuesta a la superficie ecuatorial iluminada por el sol esté diseñada para soportar grandes extremos de temperatura (alrededor de 95 K (−178,2 °C) a aproximadamente 400 K (127 °C)). Una excepción a esta restricción son los llamados " picos de luz eterna " ubicados en el polo norte lunar que están constantemente bañados por la luz solar. El borde del cráter Shackleton , hacia el polo sur lunar, también tiene una iluminación solar casi constante. Otras áreas cerca de los polos que reciben luz la mayor parte del tiempo podrían estar conectadas a una red eléctrica. Se estima que la temperatura a 1 metro por debajo de la superficie de la Luna es casi constante durante el período de un mes, variando con la latitud desde cerca de 220 K (−53 °C) en el ecuador hasta cerca de 150 K (−123 °C) en los polos. [12] Esto podría usarse como un depósito de calor .
La Luna está altamente empobrecida en elementos volátiles , como nitrógeno e hidrógeno. El carbono, que forma óxidos volátiles, también está empobrecido. Varias sondas robóticas, incluida la Lunar Prospector, recopilaron evidencia de hidrógeno en general en la corteza lunar, lo que es consistente con lo que se esperaría del viento solar y de concentraciones más altas cerca de los polos. [13] Había habido cierto desacuerdo sobre si el hidrógeno debe estar necesariamente en forma de agua. La misión de 2009 del Satélite de Observación y Detección de Cráteres Lunares (LCROSS) demostró que hay agua en la Luna. [14] Esta agua existe en forma de hielo, tal vez mezclada en pequeños cristales en el regolito en un paisaje más frío que el que jamás se haya extraído. Se encontraron otros volátiles que contenían carbono y nitrógeno en la misma trampa fría que el hielo. [15] Si no se encuentran medios suficientes para recuperar estos volátiles en la Luna, sería necesario importarlos de alguna otra fuente para sustentar la vida y los procesos industriales. Los volátiles tendrían que reciclarse rigurosamente. Esto limitaría cualquier crecimiento y mantendría el hábitat dependiente de las importaciones. Los costos de transporte se reducirían con un ascensor espacial lunar, si es que se logra construir uno. [16]
El anuncio de 2006 del Observatorio Keck de que el asteroide binario troyano 617 Patroclus [17] y posiblemente un gran número de otros objetos troyanos en la órbita de Júpiter , probablemente estén compuestos de hielo de agua, con una capa de polvo, y las grandes cantidades hipotéticas de hielo de agua en el asteroide 1 Ceres , situado más cerca del cinturón principal , sugieren que la importación de volátiles de esta región a través de la Red de Transporte Interplanetario puede ser práctica en un futuro no muy lejano. Estas posibilidades dependen de la utilización complicada y costosa de los recursos del sistema solar medio y exterior, que no es probable que estén disponibles durante un período de tiempo significativo.
La falta de una atmósfera sustancial para el aislamiento da como resultado temperaturas extremas y hace que las condiciones de la superficie de la Luna sean algo así como un vacío del espacio profundo con una presión superficial (noche) de 3 × 10 −15 bar. [18] También deja la superficie lunar expuesta a la mitad de la radiación que en el espacio interplanetario (con la otra mitad bloqueada por la propia Luna debajo del hábitat), lo que plantea los problemas de la amenaza para la salud de los rayos cósmicos y el riesgo de exposición a protones del viento solar . En 2020, los científicos informaron de las primeras mediciones, realizadas a través del módulo de aterrizaje Chang'e 4 de China , de la dosis de exposición a la radiación en la superficie lunar. [19] [20] Los escombros lunares pueden proteger las viviendas de los rayos cósmicos. [21] El blindaje contra las erupciones solares durante las expediciones al exterior es más problemático.
Cuando la Luna pasa a través de la cola magnética de la Tierra, la capa de plasma se desplaza a través de su superficie. Los electrones chocan contra la Luna y son liberados nuevamente por los fotones UV en el lado diurno, pero acumulan voltajes en el lado oscuro. [22] Esto provoca una acumulación de carga negativa de −200 V a −1000 V. Véase Campo magnético de la Luna .
Problemas
A diferencia de las desventajas, estas pueden tener solución. [ cita requerida ]
El polvo lunar es una sustancia vítrea extremadamente abrasiva formada por micrometeoritos y no redondeada debido a la falta de erosión. Se adhiere a todo, puede dañar los equipos y puede ser tóxico. Como es bombardeado por partículas cargadas del viento solar, está altamente ionizado y es extremadamente dañino si se inhala. Durante las misiones Apolo de los años 1960 y 1970, los astronautas sufrieron problemas respiratorios en los vuelos de regreso desde la Luna, por este motivo. [23] [24]
El cultivo de cosechas en la Luna se enfrenta a muchos desafíos difíciles debido a la larga noche lunar (354 horas), la variación extrema en la temperatura de la superficie, la exposición a las erupciones solares, el suelo con casi nada de nitrógeno y poco potasio, y la falta de insectos para la polinización. Debido a la falta de cualquier atmósfera de sustancia en la Luna, las plantas necesitarían ser cultivadas en cámaras selladas, aunque los experimentos han demostrado que las plantas pueden prosperar a presiones mucho más bajas que las de la Tierra. [25] El uso de iluminación eléctrica para compensar la noche de 354 horas podría ser difícil: un solo acre (0,405 hectáreas) de plantas en la Tierra disfruta de un pico de 4 megavatios de energía solar al mediodía. Los experimentos realizados por el programa espacial soviético en la década de 1970 sugieren que es posible cultivar cultivos convencionales con el ciclo de 354 horas de luz y 354 horas de oscuridad. [26] Se han propuesto diversos conceptos para la agricultura lunar, [27] incluyendo el uso de luz artificial mínima para mantener las plantas durante la noche y el uso de cultivos de rápido crecimiento que podrían iniciarse como plántulas con luz artificial y ser cosechados al final de un día lunar. [28] Un experimento en la misión lunar china Chang'e 4 demostró que las semillas podían brotar y crecer en condiciones protegidas en la Luna (enero de 2019). Las semillas de algodón pudieron soportar las duras condiciones, al menos inicialmente, convirtiéndose en las primeras plantas en brotar en la superficie de otro mundo. Pero sin una fuente de calor, las plantas murieron en la fría noche lunar. [29] La lampenflora que crece en cuevas que tienen fuentes de luz artificial fijas instaladas muestra que existen plantas que necesitan muy poca luz para sobrevivir.
Soluciones potenciales
Energía
Energía nuclear
Un reactor de fisión nuclear podría satisfacer la mayor parte de las necesidades energéticas de una base lunar. [30] Con la ayuda de reactores de fisión, se podría superar la dificultad de la noche lunar de 354 horas. Según la NASA, una central de fisión nuclear podría generar 40 kilovatios de forma constante, equivalente a la demanda de unas ocho casas en la Tierra. [30] Un concepto artístico de una estación de este tipo publicado por la NASA prevé que el reactor esté enterrado bajo la superficie de la Luna para protegerlo de su entorno; a partir de una parte del generador en forma de torre que se eleva por encima de la superficie sobre el reactor, se extenderían radiadores hacia el espacio para enviar cualquier energía térmica que pudiera quedar. [31]
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos podrían utilizarse como fuentes de energía de respaldo y de emergencia para instalaciones alimentadas con energía solar. Los radioisótopos necesarios podrían importarse de la Tierra, ya que son relativamente densos en energía, o producirse in situ mediante la irradiación de neutrones de materiales adecuados (por ejemplo,237 Np - un actínido menor que se produce inevitablemente en los reactores de fisión que funcionan con neutrones térmicos - para producir el comúnmente utilizado238 Pu ) o se separa químicamente de los desechos de alto nivel del reactor nuclear (por ejemplo, americio-241 ). Estas baterías nucleares se han utilizado durante décadas en naves espaciales por todas las principales naciones con programas espaciales y algunas incluso se han implantado en seres humanos como fuentes de energía para dispositivos médicos como marcapasos, lo que significa que su comportamiento y sus compensaciones se entienden bien. [32]
La sonda espacial japonesa Kaguya confirmó la existencia de uranio y torio cerca de la superficie lunar, [33] lo que podría permitir en el futuro la producción local de combustible de fisión nuclear a partir de recursos lunares. Sin embargo, las concentraciones son relativamente bajas y, a menos que se utilice el ciclo del combustible de torio , probablemente habría que enriquecer el uranio para producir combustible utilizable en reactores de agua ligera . No se conoce la composición isotópica del uranio lunar, pero hay pocas razones para suponer que diferiría mucho de la que se encuentra en la Tierra (99%238 U , ~0,72%235 U , 55 ppm 234 U ). El reprocesamiento nuclear in situ reduciría la necesidad de enriquecer o importar combustible de la Tierra. El piroprocesamiento , que se ha demostrado en el prototipo de reactor rápido integral operado por el Laboratorio Nacional de Argonne , podría utilizarse en lugar del estándar de facto PUREX , que requiere grandes cantidades de disolventes orgánicos.
Un programa de desarrollo específico en la década de 2000 fue el proyecto Fission Surface Power (FSP) de la NASA y el DOE , un sistema de energía de fisión centrado en "desarrollar y demostrar un sistema de energía nominal de 40 kWe para apoyar misiones de exploración humana. El concepto del sistema FSP utiliza tecnología convencional de reactor de acero inoxidable de baja temperatura , refrigerado por metal líquido , acoplado con conversión de energía Stirling ". En 2010 [actualizar], se habían completado con éxito importantes pruebas de hardware de componentes y se estaba fabricando una prueba de demostración de sistema no nuclear. [34] [ necesita actualización ]
En 2017, la NASA inició el proyecto Kilopower , que puso a prueba el reactor KRUSTY. Japón cuenta con el diseño conceptual de RAPID-L .
La energía solar es una posible fuente de energía para una base lunar. Muchas de las materias primas necesarias para la producción de paneles solares se pueden extraer en el lugar. La larga noche lunar (354 horas o 14,75 días terrestres) es un inconveniente para la energía solar en la superficie de la Luna. Esto se podría solucionar construyendo varias plantas de energía, de modo que al menos una de ellas esté siempre a la luz del día. Otra posibilidad sería construir una planta de energía de este tipo en un lugar donde haya luz solar constante o casi constante, como en la montaña Malapert cerca del polo sur lunar, o en el borde del cráter Peary cerca del polo norte. Dado que el regolito lunar contiene metales estructurales como el hierro y el aluminio, los paneles solares podrían montarse en lo alto de torres construidas localmente que podrían girar para seguir al Sol. Una tercera posibilidad sería dejar los paneles en órbita y emitir la energía en forma de microondas.
Los convertidores de energía solar no necesitan ser paneles solares de silicio . Puede ser más ventajoso utilizar la mayor diferencia de temperatura entre el sol y la sombra para hacer funcionar generadores de motores térmicos . La luz solar concentrada también podría transmitirse a través de espejos y usarse en motores Stirling o generadores solares , o podría usarse directamente para iluminación, agricultura y calor de proceso. El calor concentrado también podría emplearse en el procesamiento de materiales para extraer varios elementos de los materiales de la superficie lunar.
Almacenamiento de energía
Las pilas de combustible del transbordador espacial han funcionado de forma fiable durante hasta 17 días terrestres seguidos. En la Luna, sólo serían necesarias durante 354 horas (14 días y 3/4 ) , lo que dura la noche lunar. Las pilas de combustible producen agua directamente como residuo. La tecnología actual de las pilas de combustible es más avanzada que las del transbordador: las células PEM (membrana de intercambio de protones) producen considerablemente menos calor (aunque su calor residual probablemente sería útil durante la noche lunar) y son más ligeras, por no hablar de la masa reducida de los radiadores disipadores de calor más pequeños. Esto hace que las PEM sean más económicas de lanzar desde la Tierra que las células del transbordador. Las PEM aún no se han probado en el espacio.
La combinación de pilas de combustible con electrólisis proporcionaría una fuente "perpetua" de electricidad: la energía solar podría utilizarse para generar energía durante el día lunar y las pilas de combustible durante la noche. Durante el día lunar, la energía solar también se utilizaría para electrolizar el agua creada en las pilas de combustible, aunque habría pequeñas pérdidas de gases que habría que reponer.
Incluso si las instalaciones lunares pudieran proporcionarse acceso a una fuente casi continua de energía solar, aún necesitarían mantener celdas de combustible o un sistema alternativo de almacenamiento de energía para sustentarse durante los eclipses lunares y las situaciones de emergencia.
Buenas condiciones para las operaciones de transporte ;
una gran cantidad de diferentes tipos de objetos y características naturales en la Luna de interés científico; y
recursos naturales, como el oxígeno . La abundancia de ciertos minerales, como el óxido de hierro , varía drásticamente en la superficie lunar. [35]
Si bien un hábitat puede estar ubicado en cualquier lugar, las ubicaciones potenciales para un hábitat lunar se dividen en tres grandes categorías.
Regiones polares
Hay dos razones por las que el polo norte y el polo sur de la Luna podrían ser lugares atractivos para una instalación humana. En primer lugar, hay evidencia de la presencia de agua en algunas áreas de sombra continua cerca de los polos. [36] En segundo lugar, el eje de rotación de la Luna está lo suficientemente cerca de ser perpendicular al plano de la eclíptica como para que el radio de los círculos polares de la Luna sea inferior a 50 km. Por lo tanto, las estaciones de recolección de energía podrían ubicarse de manera plausible de modo que al menos una esté expuesta a la luz solar en todo momento, lo que haría posible alimentar las instalaciones polares casi exclusivamente con energía solar. La energía solar no estaría disponible solo durante un eclipse lunar , pero estos eventos son relativamente breves y absolutamente predecibles. Por lo tanto, cualquier hábitat de este tipo requeriría un suministro de energía de reserva que pudiera sostener temporalmente un hábitat durante los eclipses lunares o en caso de cualquier incidente o mal funcionamiento que afectara la recolección de energía solar. Las células de combustible de hidrógeno serían ideales para este propósito, ya que el hidrógeno necesario podría obtenerse localmente utilizando el agua polar de la Luna y el excedente de energía solar. Además, debido a la superficie irregular de la Luna, algunos sitios tienen luz solar casi continua. Por ejemplo, el monte Malapert , situado cerca del cráter Shackleton en el polo sur lunar, ofrece varias ventajas como sitio:
Está expuesto al sol la mayor parte del tiempo (ver Pico de Luz Eterna ); dos conjuntos de paneles solares muy juntos recibirían energía casi continua. [37]
Su proximidad al cráter Shackleton (116 km o 69,8 mi) significa que podría proporcionar energía y comunicaciones al cráter. Este cráter es potencialmente valioso para la observación astronómica . Un instrumento infrarrojo se beneficiaría de las temperaturas muy bajas. Un radiotelescopio se beneficiaría de estar protegido de las interferencias de radio de amplio espectro de la Tierra. [37]
A unos 5.000 metros (16.000 pies) de altura, ofrece comunicaciones de línea de visión sobre una gran área de la Luna, así como con la Tierra . [37]
La cuenca del Polo Sur-Aitken se encuentra en el polo sur lunar. Es la segunda cuenca de impacto más grande conocida en el Sistema Solar, así como la formación de impacto más grande y antigua de la Luna [38] , y debería proporcionar a los geólogos acceso a capas más profundas de la corteza lunar. Es donde ha aterrizado la sonda china Chang'e 4, en el lado oculto [39] .
La NASA eligió utilizar un sitio en el polo sur para el diseño de referencia del puesto avanzado lunar en el capítulo del Estudio de la Arquitectura de Sistemas de Exploración sobre arquitectura lunar. [38] En el polo norte, el borde del cráter Peary se ha propuesto como una ubicación favorable para una base. [40] El examen de imágenes de la misión Clementine en 1994 [41] parece mostrar que partes del borde del cráter están permanentemente iluminadas por la luz solar (excepto durante los eclipses lunares ). [40] Como resultado, se espera que las condiciones de temperatura permanezcan muy estables en esta ubicación, con un promedio de -50 °C (-58 °F). [40] Esto es comparable a las condiciones invernales en los polos fríos de la Tierra en Siberia y la Antártida . El interior del cráter Peary también puede albergar depósitos de hidrógeno. [40]
Un experimento de radar biestático de 1994 [42] realizado durante la misión Clementine sugirió la presencia de hielo de agua alrededor del polo sur. [43] [44] La nave espacial Lunar Prospector informó en 2008 de una mayor abundancia de hidrógeno en el polo sur y aún más en el polo norte. [45] Por otro lado, algunos han interpretado que los resultados informados utilizando el radiotelescopio de Arecibo indican que las firmas de radar anómalas de Clementine no son indicativas de hielo, sino de rugosidad de la superficie. [46] Esta interpretación no cuenta con un acuerdo universal. [47]
Una posible limitación de las regiones polares es que la entrada de viento solar puede crear una carga eléctrica en el lado de sotavento de los bordes de los cráteres. La diferencia de voltaje resultante puede afectar a los equipos eléctricos, cambiar la química de la superficie, erosionar las superficies y hacer levitar el polvo lunar. [48]
Regiones ecuatoriales
Es probable que las regiones ecuatoriales lunares tengan mayores concentraciones de helio-3 (raro en la Tierra pero muy buscado para su uso en la investigación de la fusión nuclear) porque el viento solar tiene un mayor ángulo de incidencia . [49] También disfrutan de una ventaja en el tráfico extralunar: la ventaja de rotación para el lanzamiento de material es leve debido a la lenta rotación de la Luna, pero la órbita correspondiente coincide con la eclíptica, casi coincide con la órbita lunar alrededor de la Tierra y casi coincide con el plano ecuatorial de la Tierra.
Varias sondas han aterrizado en la zona de Oceanus Procellarum . Hay muchas áreas y características que podrían ser objeto de estudio a largo plazo, como la anomalía Reiner Gamma y el cráter Grimaldi de fondo oscuro .
Lado lejano
El lado lejano de la Luna carece de comunicación directa con la Tierra, aunque un satélite de comunicaciones en el punto de Lagrange L 2 , o una red de satélites en órbita, podrían permitir la comunicación entre el lado lejano de la Luna y la Tierra. [50] El lado lejano también es una buena ubicación para un gran radiotelescopio porque está bien protegido de la Tierra. [51] Debido a la falta de atmósfera, la ubicación también es adecuada para una serie de telescopios ópticos , similar al Very Large Telescope en Chile . [6]
Los científicos han estimado que las mayores concentraciones de helio-3 se pueden encontrar en los mares del lado lejano, así como en las áreas del lado cercano que contienen concentraciones del mineral de titanio ilmenita . En el lado cercano, la Tierra y su campo magnético protegen parcialmente la superficie del viento solar durante cada órbita. Pero el lado lejano está completamente expuesto y, por lo tanto, debería recibir una proporción algo mayor de la corriente de iones. [52]
Los tubos de lava lunares son un posible lugar para construir una base lunar. Cualquier tubo de lava intacto en la Luna podría servir como refugio del duro entorno de la superficie lunar, con sus frecuentes impactos de meteoritos, radiación ultravioleta de alta energía y partículas energéticas, y variaciones extremas de temperatura diurna. Los tubos de lava proporcionan posiciones ideales para refugiarse debido a su acceso a recursos cercanos. También han demostrado ser estructuras fiables, habiendo resistido la prueba del tiempo durante miles de millones de años.
Un hábitat subterráneo podría escapar de las temperaturas extremas de la superficie de la Luna. El período diurno (aproximadamente 354 horas) tiene una temperatura promedio de aproximadamente 107 °C (225 °F), aunque puede alcanzar los 123 °C (253 °F). El período nocturno (también de 354 horas) tiene una temperatura promedio de aproximadamente -153 °C (-243 °F). [53] Bajo tierra, tanto el período diurno como el nocturno rondarían los -23 °C (-9 °F), y los humanos podrían instalar calentadores comunes para calentarse. [54]
Uno de esos tubos de lava fue descubierto a principios de 2009. [55]
Construcción de hábitat
Se han presentado numerosas propuestas en relación con los hábitats lunares. Los diseños han evolucionado a lo largo de los años a medida que se ha ido ampliando el conocimiento sobre la Luna y han cambiado las posibilidades tecnológicas.
Los hábitats propuestos van desde los módulos de aterrizaje de las naves espaciales o sus tanques de combustible usados, hasta módulos inflables de diversas formas. Algunos peligros del entorno lunar, como los cambios bruscos de temperatura, la falta de atmósfera o campo magnético (lo que implica mayores niveles de radiación y micrometeoroides) y las noches largas, eran desconocidos en un principio. Las propuestas han ido cambiando a medida que se reconocían y se tomaban en consideración estos peligros.
Hábitat subterráneo
La temperatura y la presión del interior de la Luna aumentan con la profundidad.
Algunos sugieren construir los hábitats lunares bajo tierra, lo que brindaría protección contra la radiación y los micrometeoroides. Esto también reduciría en gran medida el riesgo de fugas de aire, ya que el hábitat estaría completamente sellado desde el exterior, excepto por unas pocas salidas a la superficie. Estos hábitats subterráneos serían similares a búnkeres o refugios antiatómicos .
La construcción de un hábitat subterráneo probablemente sería más compleja; una de las primeras máquinas que llegaran de la Tierra podría ser una excavadora controlada a distancia. Una vez creada, sería necesario algún tipo de endurecimiento para evitar el colapso, posiblemente una sustancia similar al hormigón que se pueda rociar con materiales disponibles. [56] Luego se podría aplicar un material aislante más poroso también fabricado in situ . Rowley y Neudecker han sugerido máquinas que "se derritan sobre la marcha" y que dejarían superficies internas vidriosas. [57] También se podrían utilizar métodos de minería como la cámara y el pilar . Luego se podrían colocar hábitats de tela autosellantes inflables para retener el aire.
En Europa, los estudiantes estudian una solución alternativa para excavar un hábitat en los cráteres llenos de hielo de la Luna. [58]
Concepto de doble cúpula para la creación de un hábitat en la LunaUn modelo de la NASA de un módulo inflable propuesto
Una solución posiblemente más sencilla sería construir el hábitat lunar en la superficie y cubrir los módulos con tierra lunar. La tierra lunar está compuesta por una mezcla única de sílice y compuestos que contienen hierro que pueden fundirse en un sólido similar al vidrio utilizando energía de microondas. [59] Blacic ha estudiado las propiedades mecánicas del vidrio lunar y ha demostrado que es un material prometedor para hacer estructuras rígidas, si se recubre con metal para evitar la humedad. [60] Esto puede permitir el uso de "ladrillos lunares" en diseños estructurales, o la vitrificación de tierra suelta para formar una corteza dura de cerámica.
Un hábitat lunar construido en la superficie necesitaría protección mediante un blindaje mejorado contra la radiación y los micrometeoroides. Construir la base lunar dentro de un cráter profundo proporcionaría al menos un blindaje parcial contra la radiación y los micrometeoroides. Se han propuesto campos magnéticos artificiales [61] [62] como un medio para proporcionar blindaje contra la radiación para misiones tripuladas de largo alcance al espacio profundo, y podría ser posible utilizar una tecnología similar en un hábitat lunar. Algunas regiones de la Luna poseen fuertes campos magnéticos locales que podrían mitigar parcialmente la exposición a partículas solares y galácticas cargadas. [63]
En un cambio con respecto a los hábitats lunares diseñados por ingenieros, la firma de arquitectura Foster + Partners, con sede en Londres , propuso en enero de 2013 una tecnología de impresión 3D para la construcción de edificios que utilizaría materias primas de regolito lunar para producir estructuras de edificios lunares mientras se utilizan hábitats inflables cerrados para albergar a los ocupantes humanos dentro de las estructuras lunares de caparazón duro. En general, estos hábitats requerirían que solo se transportara desde la Tierra el diez por ciento de la masa de la estructura, mientras que se utilizarían materiales lunares locales para el otro 90 por ciento de la masa de la estructura. [64]
El suelo lunar "impreso" proporcionaría "aislamiento tanto de la radiación como de la temperatura . En el interior, un inflable presurizado ligero con la misma forma de cúpula sería el entorno vital para los primeros colonos humanos de la Luna". [64]
La tecnología de construcción incluiría mezclar material lunar con óxido de magnesio , que convertiría el "material lunar en una pulpa que se puede rociar para formar el bloque" cuando se aplica una sal aglutinante que "convierte [este] material en un sólido similar a la piedra". [64]
Las versiones terrestres de esta tecnología de construcción mediante impresión 3D ya están imprimiendo 2 metros (6 pies 7 pulgadas) de material de construcción por hora, y las impresoras de última generación son capaces de imprimir 3,5 metros (11 pies) por hora, suficiente para completar un edificio en una semana. [64]
Estructuras impresas en 3D
Bloque de 1,5 toneladas métricas (3300 lb) impreso en 3D a partir de polvo lunar simulado, para demostrar la viabilidad de construir una base lunar utilizando materiales locales
El 31 de enero de 2013, la ESA, en colaboración con Foster + Partners , probó una estructura impresa en 3D que podría construirse con regolito lunar para su uso como base lunar. [65]
Los ascensores espaciales son otro concepto propuesto para el transporte Tierra-Lunar. [66] [67] [16]
En la superficie
Concepto artístico de un vehículo lunar que se descarga de una nave espacial de carga
Para habitar la Luna se necesitaría la capacidad de transportar carga y personas hacia y desde módulos y naves espaciales, y de realizar estudios científicos de una zona más amplia de la superficie lunar durante largos períodos de tiempo. Los conceptos propuestos incluyen una variedad de diseños de vehículos, desde pequeños vehículos exploradores abiertos hasta grandes módulos presurizados con equipo de laboratorio, como el concepto de vehículo explorador de Toyota. [68]
Los rovers podrían ser útiles si el terreno no es demasiado empinado o accidentado. Los únicos rovers que han operado en la superficie de la Luna (hasta 2008 [update]) son los tres vehículos lunares itinerantes Apollo (LRV), desarrollados por Boeing , los dos Lunokhods soviéticos robóticos y el rover chino Yutu en 2013. El LRV era un rover abierto para una tripulación de dos, y un alcance de 92 kilómetros (57 mi) durante un día lunar . Un estudio de la NASA resultó en el concepto de Laboratorio Lunar Móvil, un rover presurizado tripulado para una tripulación de dos, con un alcance de 396 kilómetros (246 mi). La Unión Soviética desarrolló diferentes conceptos de rover en la serie Lunokhod y el L5 para su posible uso en futuras misiones tripuladas a la Luna o Marte. Todos estos diseños de rover fueron presurizados para salidas más largas. [69]
Si se establecieran múltiples bases en la superficie lunar, podrían estar conectadas entre sí mediante sistemas ferroviarios permanentes. Se han propuesto sistemas de levitación magnética ( Maglev ) y convencionales para las líneas de transporte. Los sistemas Mag-Lev son particularmente atractivos ya que no hay atmósfera en la superficie que frene el tren , por lo que los vehículos podrían alcanzar velocidades comparables a las de los aviones en la Tierra , o incluso superiores . En esencia, cualquier maglev en la Luna se comportaría de manera similar a un vagón sin la necesidad de proporcionar un vacío artificial. Una diferencia significativa con los trenes lunares es que los vagones tendrían que estar sellados individualmente y poseer sus propios sistemas de soporte vital. [ cita requerida ]
Para áreas difíciles, un vehículo volador puede ser más adecuado. Bell Aerosystems propuso su diseño para el Lunar Flying Vehicle como parte de un estudio para la NASA, mientras que Bell propuso el Manned Flying System, un concepto similar. [ cita requerida ]
De la superficie al espacio
Tecnología de lanzamiento
Un impulsor de masas (la estructura alargada que se dirige hacia el horizonte) como parte de una base lunar. Ilustración conceptual de la NASA.
La experiencia hasta ahora indica que lanzar seres humanos al espacio es mucho más costoso que lanzar carga. [ cita requerida ] Una forma de llevar materiales y productos desde la Luna a una estación de paso interplanetaria podría ser con un impulsor de masa , un lanzador de proyectiles acelerado magnéticamente. La carga sería recogida desde la órbita o un punto de Lagrange entre la Tierra y la Luna por una nave lanzadera que utilizaría propulsión iónica , velas solares u otros medios y sería enviada a la órbita terrestre u otros destinos como asteroides cercanos a la Tierra, Marte u otros planetas, tal vez utilizando la Red de Transporte Interplanetario . [ cita requerida ]
Las estimaciones del coste por unidad de masa del lanzamiento de carga o personas desde la Luna varían y los impactos de los futuros avances tecnológicos en los costes son difíciles de predecir. Un límite superior del coste del lanzamiento de material desde la Luna podría ser de unos 40.000.000 dólares por kilogramo, basándose en dividir los costes del programa Apolo por la cantidad de material devuelto. [70] [71] [72] En el otro extremo, el coste incremental del lanzamiento de material desde la Luna utilizando un acelerador electromagnético podría ser bastante bajo. Se sugiere que la eficiencia del lanzamiento de material desde la Luna con un acelerador eléctrico propuesto es de alrededor del 50%. [73] Si el vehículo de un conductor de masa pesa lo mismo que la carga, se deben acelerar dos kilogramos a velocidad orbital por cada kilogramo puesto en órbita. La eficiencia general del sistema caería entonces al 25%. Por lo tanto, se necesitarían 1,4 kilovatios-hora para lanzar un kilogramo incremental de carga a la órbita baja desde la Luna. [74] Si se considera que el kilovatio-hora cuesta 0,1 dólares, lo que suele costar la energía eléctrica en la Tierra, se gastan 0,16 dólares en lanzar un kilogramo de carga a la órbita. En cuanto al costo real de un sistema operativo, hay que tener en cuenta la pérdida de energía para el acondicionamiento de la energía, el costo de la radiación de calor residual, el costo de mantenimiento de todos los sistemas y el costo de los intereses de la inversión de capital.
Los pasajeros no pueden ser divididos en paquetes del tamaño sugerido para la carga de un conductor de masa, ni sometidos a cientos de aceleraciones de gravedad. Los avances técnicos también podrían afectar el costo de lanzar pasajeros a la órbita desde la Luna. En lugar de traer todo el combustible y oxidante desde la Tierra, se podría producir oxígeno líquido a partir de materiales lunares y el hidrógeno debería estar disponible en los polos lunares. El costo de producir estos en la Luna aún se desconoce, pero sería más caro que los costos de producción en la Tierra. La situación del hidrógeno local es más abierta a la especulación. Como combustible para cohetes, el hidrógeno podría extenderse combinándolo químicamente con silicio para formar silano , [75] lo que aún debe demostrarse en un motor de cohete real. En ausencia de más avances técnicos, el costo de transportar personas desde la Luna sería un impedimento para el crecimiento.
Superficie hacia y desde el espacio cislunar
Se ha propuesto un sistema de transporte cislunar que utiliza amarres para lograr un intercambio de momento. [76] Este sistema requiere una entrada de energía neta cero y no solo podría recuperar cargas útiles de la superficie lunar y transportarlas a la Tierra, sino que también podría aterrizar suavemente cargas útiles en la superficie lunar.
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