Sistemi Idrici Sostenibili nello Spazio: La Chiave per il Futuro Extraterrestre dell'Umanità

Globale - Agenzia stampa Ekhbary

Sistemi Idrici Sostenibili nello Spazio: La Chiave per il Futuro Extraterrestre dell'Umanità

Nella sua ambiziosa ricerca di esplorare e colonizzare lo spazio, l'umanità si trova di fronte a una sfida fondamentale: la fornitura di una fonte affidabile di acqua pulita e potabile. Che si tratti di habitat sulla Luna o su Marte, o di stazioni orbitali lontane dalla Terra, l'acqua non è semplicemente una necessità di sopravvivenza, ma la spina dorsale di tutti i sistemi di supporto vitale. Gli esseri umani non possono sopravvivere per più di tre giorni senza acqua, ed essa è anche essenziale per la generazione di ossigeno, l'irrigazione delle piante commestibili e il mantenimento dell'igiene. Questa realtà impone un requisito indispensabile per sistemi idrici a ciclo chiuso in grado di fornire acqua pulita per mesi o anni senza un rifornimento continuo.

Uno studio recente pubblicato in Water Resources Research mette in luce il Sistema di Controllo Ambientale e Supporto Vitale (ECLSS) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) come un eccellente esempio dei progressi compiuti in questo settore. L'ECLSS ha dimostrato una notevole capacità di recuperare il 93% dell'acqua persa dagli astronauti attraverso urina, sudore e umidità. Tuttavia, gli autori – David Bamidele Olawade dell'Università dell'East London, James O. Ijiwade dell'Università di Ibadan e Ojima Zechariah Wada dell'Università Hamad Bin Khalifa – notano che rimangono sfide significative. Il loro esauriente articolo di revisione esplora molteplici approcci per realizzare Sistemi Idrici Sostenibili (SWS) che siano efficienti dal punto di vista energetico, durevoli e capaci di fornire un approvvigionamento costante di acqua pulita.

Mentre l'ECLSS della ISS fornisce un modello per il recupero dell'acqua a circuito chiuso, i suoi limiti diventano evidenti quando si considerano future applicazioni più lontane. La ISS può essere rifornita di acqua in poche ore, ma le sfide logistiche sono considerevoli. Le stime ufficiali suggeriscono che questo processo può costare decine di migliaia di dollari per chilogrammo, con un costo che aumenta esponenzialmente per le missioni più distanti. Oltre alla spesa esorbitante, le questioni sono ulteriormente complicate dalla capacità di carico utile limitata, che restringe gravemente il carico che le missioni di rifornimento possono trasportare.

I sistemi attuali come l'ECLSS sono troppo energivori per l'uso oltre l'orbita terrestre bassa (LEO) e non abbastanza efficienti per essere sostenibili per periodi indefiniti. Inoltre, l'estrazione di risorse in località extraterrestri affronta sfide uniche come la microgravità, le condizioni di vuoto, le fluttuazioni estreme di temperatura, le limitazioni di peso e complessi problemi di analisi e comunicazione. In ambienti remoti come il Polo Sud lunare o lo spazio profondo, dove l'accesso all'energia solare è limitato da lunghi periodi di oscurità, devono essere sviluppate fonti di energia alternative e innovative.

Esiste anche la questione cruciale della manutenzione. I sistemi convenzionali di riciclo dell'acqua sono soggetti a corrosione e usura nel tempo. Nelle missioni di lunga durata, la capacità di eseguire una manutenzione regolare è gravemente limitata, rendendo la durabilità del sistema di primaria importanza. Per affrontare queste formidabili sfide, Olawade e i suoi colleghi hanno considerato i recenti progressi nei sistemi di filtrazione, nei metodi di disinfezione e nelle tecnologie autonome. Essi sottolineano che i futuri sistemi dovranno essere significativamente più efficienti dal punto di vista energetico e specificamente progettati per resistere alla corrosione e ad altri problemi meccanici.

Nella loro revisione, gli autori sottolineano l'immensa importanza dell'Utilizzo delle Risorse In Situ (ISRU), un aspetto vitale di tutti i piani per la futura esplorazione lunare e marziana. Nell'ambito del Programma Artemis, la NASA prevede di stabilire una base lunare nel Bacino di Aitken del Polo Sud della Luna, una regione fortemente craterizzata ricca di potenziale ghiaccio d'acqua. La stessa considerazione strategica informa la Stazione Internazionale di Ricerca Lunare (ILRS) della Cina e i piani dell'Agenzia Spaziale Europea per creare un Villaggio Lunare internazionale. Questa destinazione è altamente favorevole grazie all'abbondanza di ghiaccio d'acqua situato nei crateri – noti anche come regioni permanentemente in ombra (PSR) – nella regione polare meridionale.

Considerazioni simili guidano la pianificazione per le future missioni su Marte. Per anni, le missioni robotiche hanno sondato la superficie alla ricerca di fonti d'acqua, in particolare alle medie latitudini. Tuttavia, l'estrazione e la purificazione dell'acqua extraterrestre pongono una serie di sfide tecniche e logistiche. Queste includono la necessità di attrezzature specializzate per accedere e trattare le riserve d'acqua sepolte nel regolite. Su Marte, c'è l'ulteriore questione della qualità dell'acqua sotterranea, dati gli alti livelli di perclorati e altri composti organici dannosi che potrebbero renderla inadatta al consumo umano senza un trattamento avanzato.

Tali condizioni esigenti rendono necessari sistemi avanzati di estrazione e purificazione in grado di rendere queste fonti d'acqua accettabili per il consumo umano e il supporto vitale. Richiedono anche sistemi di alimentazione che siano ugualmente sostenibili, durevoli e ben adattati ad ambienti estremi e isolati. Per soddisfare le significative esigenze energetiche dei sistemi di estrazione e purificazione, gli autori considerano varie applicazioni di energia solare e solare-termica. Tali sistemi potrebbero fornire energia pulita per il pompaggio, la desalinizzazione (tramite osmosi inversa o elettrodialisi) e l'alimentazione di metodi di purificazione come la fotocatalisi e la filtrazione. Sono anche altamente adatti per sistemi decentralizzati e distribuiti, ideali per habitat in ambienti extraterrestri dove le centrali elettriche tradizionali e i sistemi di rete centralizzati sono semplicemente irrealizzabili.

Inoltre, i sistemi fototermici convertono la radiazione solare in calore, che può essere sfruttato per processi che vanno dalla distillazione solare alla desalinizzazione. Le soluzioni ibride fotovoltaiche-termiche (PV-termiche) offrono un'efficienza aggiuntiva generando simultaneamente energia elettrica per pompe e filtri, desalinizzando e disinfettando le forniture d'acqua. Tuttavia, l'energia solare incontra limitazioni in ambienti come le regioni polari della Luna a causa di lunghi periodi di oscurità, e Marte riceve generalmente meno radiazione solare, rendendo necessarie soluzioni avanzate di accumulo di energia o fonti di energia alternative. La ricerca in corso di Olawade, Ijiwade e Wada è cruciale per tracciare un percorso verso questi avamposti spaziali autosufficienti, garantendo che la portata dell'umanità nel cosmo non sia limitata da una fondamentale necessità di acqua.

Agenzia stampa Ekhbary