El agua helada de la Luna: el nuevo recurso que todo el mundo quiere
Todas las grandes agencias espaciales planean hacer minería lunar para extraer su agua en forma de hielo y convertirla en combustible para naves espaciales que podrían repostar directamente en el satélite sin necesidad de transportarlo desde la Tierra para abaratar los lanzamientos. El problema es que no será nada fácil.
Cortesía de George Sowers
La Luna es un tesoro oculto de valiosos recursos. El oro, el platino y muchos metales de tierras raras esperan a ser extraídos y utilizados en componentes electrónicos de próxima generación. El helio-3 no radiactivo algún día podría alimentar reactores de fusión nuclear. Pero hay un recurso en particular que entusiasma a científicos, ingenieros de cohetes, funcionarios de agencias espaciales, empresarios de la industria y prácticamente a cualquier persona con un interés especial en que los vuelos espaciales a mundos distantes sean más asequibles. Se trata del agua.
¿Por qué? Si el agua se divide en hidrógeno y oxígeno, y luego esos componentes se licuan, se consigue combustible para cohetes. Si fuera posible parar en la órbita de la Luna o en una base lunar para repostar, ya no haría falta llevar todo el combustible desde el despegue, lo que aligeraría significativamente la nave espacial y abarataría el lanzamiento. Eso es importante porque la atmósfera de la Tierra y la atracción gravitacional requieren toneladas de combustible por segundo para lanzar los cohetes. Crear una fuente sostenible de combustible en el espacio podría reducir los costes y los riesgos asociados con los despegues pesados. Una estimación de la NASA sugiere que podría haber 600 millones de toneladas métricas de hielo lunar para extraer, y otras estimaciones de alto nivel destacan que existe una posibilidad de que haya mil millones de toneladas métricas.
En otras palabras, la Luna se convertiría en una estación de servicio interplanetaria de bajo coste para los viajes a Marte y otros lugares, si se lograra minar de manera efectiva.
Falta dinero
Todos quieren formar parte de esta idea. La ESA tiene una amplia idea para construir una “aldea lunar” que incluiría operaciones de minería. Se cree que la misión de envío de muestras y exploración lunar de Chang’e 5 de China es una investigación precursora para comprender mejor el contenido del agua lunar. Y se suponía que la fallida misión del róver lunar de la India de pasado agosto iba a mapear el hielo de agua en el Polo Sur lunar.
Estados Unidos también tiene planes para el agua lunar, por supuesto. El 15 de mayo, la NASA anunció los Acuerdos de Artemis (PDF), un marco legal propuesto para la minería en la Luna, denominado así por el programa Artemis de la NASA para volver a enviar a los astronautas a la superficie lunar en 2024.
Artemis es el paso más importante para establecer una presencia estadounidense permanente en la Luna. Los principios se refieren a temas que incluyen servicios de asistencia de emergencia e interoperabilidad de los estándares tecnológicos. Pero lo más importante es que los Acuerdos de Artemis permiten a Estados Unidos ser primero en decidir los términos de la minería lunar, antes que otros países. También proponen establecer “zonas de seguridad” neutrales entre diferentes bases lunares para evitar interferencias y conflictos entre distintos países y empresas.
Pero lo que no pueden explicar es cómo accederemos realmente al agua de la Luna. Hay muchos obstáculos. Las bajas temperaturas y la radiación podrían poner en peligro a los astronautas y afectar a los equipos sensibles. No es buena idea tener una gran tripulación humana realizando este tipo de operaciones día tras día, pero tampoco está claro cuánto se puede delegar a los sistemas autónomos.
El propio suelo lunar, grueso y escarpado, y propenso a adherirse a todo, podría destruir la maquinaria y plantear problemas de seguridad a los trabajadores en trajes espaciales. Aunque hemos demostrado la viabilidad de repostar satélites en órbita, hacer lo mismo para grandes naves espaciales en la Luna o en la órbita lunar creará su propio conjunto de desafíos debido a la microgravedad y al regolito, la capa de material suelto que cubre la roca lunar.
Y también haría falta que haya astronautas viviendo semipermanentemente en la superficie de la Luna. Los ambiciosos planes de Artemis de la NASA requieren la construcción de una base lunar para 2028 (junto con una estación espacial lunar llamada Gateway que se supone que facilitará los viajes más allá de la Luna), pero eso es solo cuatro años después de que (se supone que) regresemos a la Luna. Esta idea está todavía más cerca de la ciencia ficción que de la realidad.
Extraer y purificar
Incluso suponiendo que estos obstáculos sean superables, ¿cuán fácil resultaría extraer agua allí? Primero, el agua lunar no es tan fácilmente accesible. “No es como una capa de hielo o un bloque de hielo como un glaciar”, explica la científica visitante del Instituto Lunar y Planetario Julie Stopar. El agua en la Luna tiene forma de pequeños granos de hielo mezclados con el suelo, ubicados principalmente en las regiones permanentemente en sombra dentro de los cráteres cerca de los polos. Ahí, las temperaturas de -233,15 ° C mantienen el hielo de agua estable e intacto.
Los granos están muy mezclados con compuestos orgánicos y metales complejos. En 2009, la misión LCROSS de la NASA chocó un cohete contra la Luna para arrojar columnas de roca lunar al aire. Un análisis de este material del aire encontró que solo tenía un 5,6 % de su peso en forma de agua. Esa información, que después de los 10 años sigue siendo el análisis directo más reciente del contenido de agua del suelo lunar que tenemos, sugiere que incluso si el hielo de agua se pudiera separar del suelo lunar, sería muy impuro y requeriría una purificación agresiva para eliminar los contaminantes que estropearían cualquier combustible fabricado de él.
El año pasado, el ingeniero de arquitecturas espaciales de la Facultad de Minas de Colorado (EE. UU.), George Sowers, y más de una docena de otros científicos escribieron un artículo publicado en la revista Reach que describía un método para procesar el hielo del agua lunar. Para llevarlo a cabo se erigirían unas grandes torres con espejos cóncavos en la parte superior y se instalarían alrededor de los bordes de los cráteres para reflejar la luz solar en las regiones que están permanentemente en sombra. Esta energía calentaría el suelo lunar hasta -53,15 ° C, lo suficientemente para que el hielo de agua se sublimase en vapor.
Una cubierta de lona sobre el suelo (transparente, para que la luz solar redirigida pudiera llegar a la superficie) atraparía y capturaría este vapor de agua, que se trasladaría a grandes unidades de aluminio donde se volvería a congelar creando hielo. Los portadores (tal vez robóticos o conducidos por astronautas) llevarían el hielo a una instalación donde se podría purificar. Ahí, el agua se dividiría en hidrógeno y oxígeno a través de la electrólisis y finalmente se licuaría para que los componentes pudieran usarse como combustibles para cohetes. Trans Astronautica Corporation quiere hacer algo parecido. Ha esbozado planes de torres altas con paneles solares para aprovechar la energía y llevarla a los cráteres, y luego usar radiofrecuencia, microondas y radiación infrarroja para sublimar el hielo de agua.
En este diseño, los espejos reflejan la luz solar para calentar el agua helada sobre el suelo lunar, luego, el vapor de agua se transfiere a los tanques laterales. / Cortesía de George Sowers
“Ninguno de esos pasos resulta poco común”, afirma Sowers. Ya existen como aplicaciones a escala industrial en la Tierra. La baja gravedad debería facilitar su construcción y el movimiento de los materiales. Sin embargo, requieren que los astronautas realicen ciertas funciones en el terreno, y mantener a esas personas seguras, cómodas y alojadas requeriría una cantidad extraordinaria de recursos y de energía. (La empresa de robótica espacial OffWorld afirma que quiere que la extracción de hielo de agua sea un proceso totalmente autónomo, operado por un enjambre de robots impulsados por inteligencia artificial, pero eso es aún demasiado ambicioso).
De hecho, ninguna de estas técnicas o planes todavía no está ni cerca de poder realizarse. Aunque ya hemos demostrado la capacidad de operar róvers y módulos de alunizaje para soportar las frías temperaturas y la radiación, no sabemos si una infraestructura tan grande podría durar tanto tiempo. Cada región de la Luna se mantiene en la oscuridad durante dos semanas al mes (y mucho más si hablamos de las partes permanentemente en sombra de los cráteres), y no es fácil despertar una pieza de tecnología de un sueño a temperaturas tan bajas.
Según el tecnólogo espacial de la Universidad de Florida Central (EE. UU.) y coautor del documento publicado en Reach, Phil Metzger, la mayor limitación técnica para la extracción del hielo de agua en la Luna, el único problema que “nos mantiene despiertos por la noche”, es el proceso de purificación. Y como no tenemos muestras lunares reales para probar regularmente estas tecnologías, resulta difícil desarrollar membranas para filtrar los contaminantes específicos de la Luna. Las impurezas podrían volver inutilizable el combustible del oxígeno líquido y del hidrógeno líquido, o peor aún, se podría volver inestable y explosivo.
Metzger prevé que la recogida del agua en la Luna tendrá una alta tasa de fracaso durante años. Y concluye: “No creo que las tecnologías que se diseñan y conciben hoy en día vayan a funcionar perfectamente en la Luna. Pero sí creo que habrá mucha actividad industrial en la Luna dentro de varias décadas. Y cuando lleguemos a ese punto, la gente mirará hacia atrás y dirá: ‘Oh, tenía que haber sido más obvio. Todo cuadraría'”.
