Ricercatori Tracciano la Rotta per Sistemi Idrici Sostenibili nello Spazio

Regno Unito - Agenzia stampa Ekhbary

Ricercatori Tracciano la Rotta per Sistemi Idrici Sostenibili nello Spazio

Con le ambizioni dell'umanità che si estendono verso la creazione di avamposti permanenti sulla Luna e su Marte, garantire una fonte affidabile di acqua potabile pulita emerge come una sfida fondamentale. Il bisogno umano fondamentale di acqua, unito alle dure realtà dello spazio – risorse limitate e missioni di rifornimento proibitivamente costose – richiede lo sviluppo di sistemi robusti e autosufficienti. Oltre alla semplice sopravvivenza, l'acqua è indispensabile per produrre ossigeno respirabile, coltivare piante commestibili per la nutrizione e mantenere l'igiene di base, tutti elementi critici per consentire la presenza umana a lungo termine in ambienti extraterrestri.

Un contributo significativo a questo campo proviene da un recente studio pubblicato su *Water Resources Research*, che approfondisce gli sforzi in corso e i requisiti futuri per sistemi idrici spaziali sostenibili. Il Sistema di Controllo Ambientale e Supporto Vitale (ECLSS) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) testimonia i progressi compiuti. Attualmente, l'ECLSS dimostra un'impressionante capacità di recuperare circa il 93% dell'acqua persa dagli astronauti attraverso urina, sudore e respirazione, riducendo drasticamente la dipendenza dalle forniture terrestri.

Tuttavia, gli autori dello studio, guidati da David Bamidele Olawade, ricercatore di sanità pubblica affiliato all'Università di East London, sottolineano che rimangono ostacoli considerevoli. Le future iterazioni dei sistemi idrici spaziali devono essere significativamente più efficienti dal punto di vista energetico, eccezionalmente durevoli e capaci di fornire una fornitura costante di acqua potabile per periodi prolungati senza rifornimenti esterni. Olawade ha collaborato a questa revisione completa con James O. Ijiwade, ricercatore di scienze ambientali e nanotecnologie dell'Università di Ibadan, Nigeria, e Ojima Zechariah Wada, ricercatore post-dottorato specializzato in gestione dell'acqua e biotecnologie ambientali presso l'Università Hamad Bin Khalifa, Qatar.

Mentre l'ECLSS della ISS offre un piano di base per il recupero dell'acqua a ciclo chiuso, i suoi limiti diventano evidenti quando si considerano missioni oltre l'orbita terrestre bassa (LEO). La ISS beneficia di capacità di rifornimento relativamente rapide, ma per le basi lunari o marziane, i vincoli logistici ed economici sono immensi. Le stime ufficiali collocano il costo di consegna di un solo chilogrammo d'acqua in orbita a decine di migliaia di dollari, una cifra che aumenta esponenzialmente per le missioni nello spazio profondo. Inoltre, la capacità di carico limitata delle navicelle spaziali limita il volume delle forniture essenziali, inclusa l'acqua, che possono essere trasportate.

I sistemi attuali, incluso l'avanzato ECLSS, sono spesso troppo energivori per un funzionamento sostenuto oltre LEO e mancano dell'efficienza richiesta per l'autosufficienza indefinita. Inoltre, l'atto stesso di estrarre risorse in luoghi extra-terrestri presenta un insieme unico di sfide ambientali: microgravità, vuoto spaziale, fluttuazioni estreme di temperatura, rigorosi limiti di peso per le attrezzature e complessi requisiti di comunicazione e analisi dei dati. In regioni remote come il polo sud lunare, caratterizzato da lunghi periodi di oscurità, la dipendenza dall'energia solare diventa problematica, rendendo necessario lo sviluppo di soluzioni energetiche alternative.

La manutenzione è un'altra considerazione critica. I sistemi convenzionali di riciclo dell'acqua sono suscettibili alla corrosione e all'usura meccanica nel tempo. Durante missioni di lunga durata, dove la capacità di effettuare riparazioni di routine è gravemente limitata, la durabilità intrinseca e l'affidabilità dei sistemi diventano fondamentali. Per superare questi ostacoli, Olawade e i suoi colleghi hanno esaminato i progressi all'avanguardia nelle tecnologie di filtrazione, nei metodi di disinfezione innovativi e nei sofisticati sistemi autonomi. Hanno concluso che, sebbene i sistemi esistenti forniscano un prezioso punto di partenza, i futuri design devono dare priorità all'efficienza energetica e a una costruzione robusta per resistere ai rigori dello spazio e minimizzare le esigenze di manutenzione.

Un tema centrale della revisione è l'importanza cruciale dell'Utilizzo delle Risorse In-Situ (ISRU) – la pratica di reperire e utilizzare materiali trovati in una destinazione. Questo è un pilastro del programma Artemis della NASA, che mira a stabilire una base lunare nel bacino del Polo Sud-Aitken, ricco di risorse. Anche la Stazione di Ricerca Lunare Internazionale (ILRS) della Cina e la visione dell'Agenzia Spaziale Europea di un "Villaggio Lunare Internazionale" danno priorità all'ISRU. Il polo sud lunare è particolarmente attraente grazie alla presenza di abbondante ghiaccio d'acqua nelle regioni permanentemente ombreggiate (PSR), che offre una potenziale fonte d'acqua locale.

Considerazioni strategiche simili guidano la pianificazione dell'esplorazione marziana. Le missioni robotiche hanno a lungo identificato potenziali riserve d'acqua, in particolare alle medie latitudini. Tuttavia, l'estrazione e la purificazione di quest'acqua extraterrestre pongono significative sfide tecniche e logistiche. Saranno necessarie attrezzature specializzate per accedere ed elaborare il ghiaccio d'acqua intrappolato nel regolite marziano. Inoltre, la qualità dell'acqua sotterranea su Marte è una preoccupazione, con alte concentrazioni di perclorati e altri composti organici potenzialmente dannosi che richiedono tecniche di purificazione avanzate per renderla sicura per il consumo umano e i sistemi di supporto vitale.

Lo sviluppo di sistemi avanzati di estrazione e purificazione è quindi intrinsecamente legato alla necessità di fonti di energia altrettanto sostenibili, durevoli e adattate all'ambiente. In sostanza, i sistemi idrici spaziali efficaci devono essere a ciclo chiuso, altamente efficienti ed eccezionalmente robusti, il tutto minimizzando il consumo di energia. Per soddisfare le notevoli richieste energetiche di estrazione e purificazione, i ricercatori hanno esplorato varie applicazioni di energia solare e solare-termica. Questi potrebbero alimentare processi essenziali come il pompaggio dell'acqua, la desalinizzazione (impiegando metodi come l'osmosi inversa o l'elettrodialisi) e tecniche di purificazione come la fotocatalisi e la filtrazione avanzata. Tali sistemi decentralizzati sono adatti per habitat extraterrestri dove gli impianti di potenza su larga scala sono impraticabili.

I sistemi fototermici, che convertono la radiazione solare direttamente in calore, possono essere impiegati per processi come la distillazione solare e la desalinizzazione. Le soluzioni ibride fotovoltaico-termiche (PV-T) offrono un'efficienza migliorata generando simultaneamente elettricità per pompe e filtri e producendo calore per il trattamento dell'acqua. Tuttavia, i limiti intrinseci dell'energia solare – lunghi cicli di oscurità ai poli lunari e minore intensità solare su Marte (circa il 43% - 60% della Terra) – richiedono soluzioni energetiche complementari. Lo studio considera anche il potenziale dei piccoli reattori nucleari modulari, una tecnologia attivamente studiata dal programma KRUSTY della NASA (Kilopower Reactor Using Stirling Technology) per future basi lunari e marziane.

Inoltre, i ricercatori riconoscono i recenti progressi nei bioreattori, che potrebbero svolgere un ruolo nell'elaborazione dei rifiuti e nel riciclo dell'acqua, contribuendo ulteriormente a un sistema veramente a ciclo chiuso.

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