Impronta di Buzz Aldrin sulla Luna durante la missione Apollo 11. La polvere a grana fine che ricopre la superficie lunare è regolite. Crediti: Nasa
Sfruttare in modo efficace le risorse disponibili sulla Luna, su Marte e sugli asteroidi rappresenta una questione cruciale per i futuri insediamenti umani o robotici su questi corpi celesti, per soddisfare le esigenze essenziali dell’esplorazione spaziale umana e robotica, in primis il fabbisogno energetico.
Lo studio completamente italiano “Spark plasma sintering and optical characterization of lunar regolith simulant”, recentemente pubblicato sulla rivista Acta Astronautica, prende in considerazione il potenziale di un simulante di regolite lunare – lo strato di polvere che ricopre la superficie della Luna – chiamato Jsc-1A. Questo composto – in pratica, un tipo di ceramica – sarebbe utilizzabile per possibili applicazioni di raccolta di energia solare e di accumulo di energia termica. Le polveri del simulante di regolite sono state in un primo momento consolidate mediante la tecnica detta spark plasma sintering a temperature di 700 e 900 °C per produrre campioni con diverse densità e porosità. Quello che si riscontra è che il processo di sinterizzazione – la cottura della polvere in uno stampo ad alta temperatura – modifica le proprietà ottiche della regolite, con un aumento dell’assorbimento solare e dell’emittanza termica mostrati dai pellet sinterizzati rispetto alle polveri originarie.
Ne parliamo in maggiore dettaglio con Aldo Dell’Oro, ricercatore dell’Inaf di Firenze ed esperto di piccoli corpi del Sistema solare, e in particolare di asteroidi, della loro evoluzione collisionale e delle loro famiglie dinamiche. Dell’Oro è anche responsabile di una parte dell’analisi dei dati degli asteroidi osservati dal satellite europeo Gaia e della costruzione del catalogo finale.
Quali sono i principali risultati di questo studio?
«La regolite lunare può essere utilizzata per la costruzione di apparati sulla superficie della Luna per la raccolta e l’immagazzinamento dell’energia solare. In particolare, producendo da essa alcuni tipi di ceramiche speciali, è possibile realizzare componenti sia di dispositivi per la raccolta di energia solare sia di apparati per il suo accumulo, a seconda di alcuni parametri del processo di lavorazione della regolite, come ad esempio la temperatura di “cottura”, che ne modifica sostanzialmente le caratteristiche termiche e ottiche nel modo desiderato».
In quale contesto si inserisce questo tipo di studio?
«La corsa allo spazio, e in particolare alla sua futura colonizzazione, ha bisogno di soluzioni tecnologiche per la costruzione di installazioni che dovrebbero essere realizzate sfruttando il più possibile materiali già disponibili. Si fa riferimento in generale al filone di ricerca detto in situ resource utilization. Si pensi per esempio ai materiali da costruzioni, fonti di energia, ossigeno, altri elementi volatili e così via».
Cosa si intende con spark plasma sintering?
«Si tratta di una tecnica di sinterizzazione, ovvero di produzione di oggetti solidi a partire da materiale allo stato di polvere senza ricorrere al riscaldamento fino alla temperatura di fusione. A differenza di altre tecniche, con la spark plasma sintering si ottiene un medesimo risultato attraverso l’azione di correnti elettriche che attraversano il materiale in polvere e lo stampo in cui è contenuto per effetto Joule».
Aldo Dell’Oro all’Osservatorio di Arcetri a Firenze. Crediti: Inaf/Dell’Oro
Questo studio ha ripercussioni anche terrestri?
«Le tecniche di sinterizzazione sono già ampiamente utilizzate per la produzione di ceramiche particolari che sono state proposte nella letteratura scientifica per l’utilizzo in sistemi per la produzione di energia elettrica o termica da radiazione solare concentrata. Un possibile uso nelle centrali solari di una certa dimensione per la produzione e distribuzione dell’energia potrebbe essere possibile».
È una collaborazione tutta italiana…
«Sì, abbiamo fatto un lavoro di grande collaborazione in cui l’università di Cagliari ha acquistato il materiale simulante la regolite e si è occupata della sua sinterizzazione, della caratterizzazione chimico-fisica prima e dopo il processo anche con analisi cristallografiche ai raggi X e di microscopia elettronica; l’Istituto nazionale di ottica del Cnr di Firenze ha caratterizzato le proprietà ottiche delle polveri originarie e dei campioni sinterizzati tramite analisi spettroscopiche; infine l’Istituto nazionale di astrofisica ha fornito un supporto nella definizione delle caratteristiche degli ambienti extraterrestri dove le ceramiche di regolite potrebbero essere impiegate. In particolare, essendo l’unico astronomo tra ingegneri e fisici della materia, il mio apporto è stato proprio di consulenza riguardo alle caratteristiche ambientali (irraggiamento, temperatura) dei corpi dove verranno usate le ceramiche. In poche parole mi è stato chiesto: “Si potrebbero utilizzare queste ceramiche in ambiente extraterrestre per lo sfruttamento dell’energia solare?” I risultati di questo lavoro suggeriscono che ciò è possibile. È un campo recente e in grande sviluppo, caratterizzato da una forte competizione tra gruppi di ricerca, sia per le sue applicazioni terrestri che spaziali».
Per saperne di più:
- Leggi su Acta Astronautica l’articolo “Spark plasma sintering and optical characterization of lunar regolith simulant”, di R. Licheri, R. Orrù, E. Sani, A. Dell’Oro e G. Cao