Verso l'utilizzo delle risorse nello spazio: lacune di conoscenza, domande aperte e priorità

npj Microgravity volume 9, Numero articolo: 22 (2023) Citare questo articolo

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Ci sono molte questioni scientifiche aperte sull’utilizzo delle risorse spaziali a causa della novità e della relativa immaturità del campo. Sebbene siano state proposte molte tecnologie potenziali per produrre risorse utilizzabili nello spazio, la progettazione su larga scala con elevata confidenza è limitata da lacune nella conoscenza delle condizioni ambientali locali, della geologia, della mineralogia e delle caratteristiche della regolite, nonché da specifiche questioni scientifiche intrinseche allo spazio. ogni processo. Inoltre, i vincoli tecnici (ad esempio energia, produttività, efficienza, ecc.) devono essere incorporati nella progettazione. Questo lavoro mira a riassumere brevemente le attività recenti nel campo dell'utilizzo delle risorse spaziali, nonché a identificare le principali lacune conoscitive e a presentare questioni di scienza aperta. Infine, vengono evidenziate le future priorità esplorative per consentire l’utilizzo delle risorse spaziali.

L’uso delle risorse spaziali è fondamentale per il futuro dell’esplorazione a lungo termine e dello spazio profondo. L’esplorazione dello spazio presenta sfide per la sostenibilità; lanciatori monouso, satelliti non rifornibili e la necessità che tutto l’hardware e i materiali di consumo vengano forniti dalla Terra, tutti aggiungono un notevole utilizzo di risorse e costi ai programmi spaziali. Fortunatamente si stanno facendo progressi significativi: SpaceX e Blue Origin stanno dimostrando il valore dei sistemi di lancio riutilizzabili1; Il rifornimento in orbita è stato sviluppato da start-up come Orbit Fab e Orbital Express, nonché da attori affermati, come Airbus e Busek2.

L'uso delle risorse spaziali per fornire propellente, abitazioni e materiali fondamentali per sostenere la vita umana (ad esempio acqua, ossigeno) sbloccherà l'intero potenziale dell'esplorazione spaziale, consentendo agli esseri umani di viaggiare più lontano e trascorrere più tempo nello spazio3,4,5. Ciò trasformerà l’economia dell’esplorazione spaziale.

L’utilizzo delle risorse spaziali, noto come utilizzo delle risorse in situ (ISRU), o più in generale come utilizzo delle risorse spaziali (SRU), non è un concetto nuovo. Una storia dettagliata della SRU è fornita da Meurisse e Carpenter6. In breve, l’utilizzo delle risorse spaziali fu suggerito per la prima volta da Konstantin Tsiolkovsky, ampiamente considerato il creatore dei moderni approcci alla missilistica, nel 19037,8. La SRU lunare è stata proposta da Clarke9 negli anni '50. Durante l'era Apollo negli anni '60, la SRU fu suggerita da Carr10 come mezzo pratico per ridurre la massa di lancio e la dipendenza dalla terra. Nei successivi 50 anni, il concetto è cresciuto in maturità. Sono stati intrapresi molti studi terrestri per progettare e testare le tecnologie candidate (ad esempio, rif. 11,12,13,14,15,16,17).

A partire dal 2022, la SRU è stata dimostrata solo una volta nello spazio, nonostante queste tecnologie svolgano un ruolo chiave nelle mappe stradali dell'esplorazione spaziale dell'ESA e della NASA12,18. Il carico utile MOXIE (Mars OXygen ISRU Experiment) a bordo del Perseverance Rover della NASA ha prodotto ossigeno dall'atmosfera ricca di CO2 di Marte nel 2021 mediante elettrolisi di ossido solido19. Le missioni dimostrative della SRU lunare sono in fase di sviluppo (ad esempio, rif. 20,21) e missioni preliminari per testare i nuovi quadri giuridici ed economici della SRU sono programmate per tutto il 2023, ad esempio la missione HAKUTO-R 1 di ispace inc., attualmente in viaggio verso la Luna22,23.

Oggi, l’accesso e l’utilizzo delle risorse spaziali è l’obiettivo di molte agenzie spaziali18,24,25,26,27, governi28,29,30,31, organizzazioni intergovernative32,33 e industria privata34,35,36. Più recentemente, c'è stato un rinnovato interesse per la SRU per una serie di applicazioni, come:

Produrre ossigeno e metalli sulla Luna e su Marte (es. rif. 19,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46);

Estrazione acqua dai poli lunari (es. rif. 47,48,49,50,51);

Estrazione di acqua, sostanze volatili e metalli da oggetti vicini alla Terra (es. rif. 52,53,54,55,56,57,58);

Realizzazione di habitat e rifugi termici, anche mediante manifattura additiva (es. rif. 59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70); E,