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Come faranno gli esploratori a farsi un buon caffè bollente nella loro fredda postazione lunare? Niente paura, ci pensa la NASA

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Vi siete mai chiesti come potreste gustarvi un buon caffè a colazione su un altro pianeta, o magari proprio sulla Luna? Una bevanda fumante sarebbe davvero utile nelle gelide mattine lunari.

Ma con poco sole, senza carbone o legna da ardere, e senza acqua fluente come fonte di energia idroelettrica, come si potrebbe preparare un caffè, tanto meno cucinare la colazione, riscaldare le abitazioni, e far funzionare i dispositivi e gli strumenti necessari per vivere e lavorare lassù? La NASA, con in mente la futura postazione lunare, si sta ponendo le stesse domande.

rappresentazione artistica di FSP

rappresentazione artistica dell’impianto FSP

Esiste più di un modo per generare elettricità sulla Luna. La “fissione superficiale” (Fission Surface Power) è una delle possibilità che la NASA sta considerando. Se si sceglierà questa via, potrebbe essere un motore inventato all’inizio del 1800, dai fratelli scozzesi Robert e James Stirling, a rendere possibile l’impresa.

I fratelli Stirling erano così orgogliosi della loro creatura che gli diedero il loro nome, e a ragione. Negli anni il motore Stirling, quell’efficiente e affidabile “piccolo motore che può” – come lo definivano – si è guadagnato una reputazione di primo piano qui sulla Terra, e un giorno potrebbe provare il suo valore anche sulla Luna.

“Gli abitanti di una postazione lunare avranno bisogno di un metodo rapido e sicuro per generare luce, calore ed elettricità,” dice Mike Houts del Marshall Space Flight Center. “Il buon vecchio motore Stirling ha tutte le carte in regola. Non solo è affidabile ed efficiente, ma anche versatile e pulito.”

La NASA sta collaborando con il Dipartimento dell’Energia al fine di sviluppare una tecnologia “a fissione superficiale” per produrre calore e alimentare un motore Stirling, che a sua volta convertirebbe il calore in elettricità ad uso degli esploratori lunari.

Non è certo che la NASA adotterà questo approccio, tuttavia le qualità della soluzione sono davvero allettanti. Spiega Houts: “Un vantaggio considerevole di questo sistema è che il suo funzionamento non richiede l’energia solare. Un impianto elettrico a fissione superficiale potrebbe fornire energia in qualsiasi momento, ovunque, sulla Luna, o su Marte. Può essere utilizzato vicino o lontano dai poli, permetterebbe di sopravvivere alla fredda notte lunare e funzionerebbe benissimo in luoghi sempre in ombra, come i profondi crateri. Non lo fermerebbero nemmeno le vorticose tempeste marziane di polvere che oscurano la luce del sole”

Schema FSP

Sopra: Rappresentazione di Un sistema di energia a fissione superficiale.
Clicca sull’immagine per i dettagli. Credits: Mike Houts/NASA.

Per una postazione lunare, sarebbero sufficienti solo 40 kW di potenza, o anche meno.

“E’ un livello elevato di energia per lo spazio, ma estremamente basso per gli standard terrestri,” dice Houts. “E’ circa ventimila volte inferiore di quello di un comune reattore usato sulla terra. Sulla Luna sarebbe sufficiente un piccolo reattore, la porzione alimentata sarebbe larga solo 25 cm e lunga 45″.

Sarebbe in grado di fornire una maggiore potenza con minor massa rispetto ad altri sistemi di produzione di energia. L’intero impianto – radiatore, motore Stirling e reattore messi uno sopra l’altro – occuperebbe solo una piccolissima parte del modulo lunare.

Prima di realizzare l’impianto definitivo, Houts e il suo gruppo stanno eseguendo test con energia non-nucleare, per dimostrare che l’idea è praticabile.

“Stiamo eseguendo prove nel vuoto termico per capire come gestire e controllare il sistema sulla Luna,” dice Houts. “Usiamo riscaldatori a resistenza per simulare il calore nucleare. La resistenza elettrica produce calore.”

Se i test dimostreranno la fattibilità del sistema, il gruppo potrebbe iniziare a crearne uno vero e proprio,” traendo importanti insegnamenti dall’esperienza con i reattori terrestri.

Impianto installato nella regolite lunare

Sopra: Rappresentazione artistica di un sistema a fissione di superficie immerso in regolite lunare.

“Sarebbe realizzato in acciaio inossidabile e alimentato con ossido di uranio, un’accoppiata comune nei reattori terrestri di tutto il mondo e quindi ben conosciuta da scienziati e ingegneri.”

Il dispositivo non sarebbe in funzione al momento del lancio, ma verrebbe azionato una volta raggiunta la superficie lunare, circondato da schermi per prevenire eventuali danni prodotti dalle radiazioni emesse.

“Sarebbe una soluzione molto sicura,” ritiene Houts. “E la cosa più bella di questo sistema è che praticamente sarebbe autoregolante.”

Funzionerebbe in questo modo: Il reattore contiene al suo interno un groviglio di piccoli tubi pieni di uranio. All’esterno del reattore si trovano tamburi di controllo, un lato di ciascun tamburo riflette i neutroni, l’altro lato li assorbe, permettendo così di controllare il tasso al quale i neutroni in fuga dal nucleo del reattore vengono reinseriti all’interno. Per avviare il dispositivo, il lato assorbente di ciascun tamburo di controllo viene rivolto nella direzione opposta al nucleo del reattore, cosicché il materiale riflesso è diretto verso l’interno e spinge i neutroni in fuga di nuovo nel nucleo. Il conseguente aumento di neutroni disponibili permette una reazione a catena che si autosostiene, generante calore.

Un agente refrigerante (mix di sodio e potassio) scorre attraverso i canalini tra un tubo e l’altro, acquisisce il calore termico prodotto dall’uranio reagente e lo trasferisce al motore Stirling. Il motore Stirling poi compie la magia generando elettricità. Nel frattempo il refrigerante, che ha “scaricato” parte del suo carico (calore) al motore Stirling, viene fatto circolare attraverso il nucleo del reattore, dove assorbe calore ed è pronto a ripetere il ciclo.

Il sistema utilizzerebbe una quantità minuscola di carburante – 1 kg di uranio per ogni 15 anni – pur conservando sufficiente reattività per decenni.

“La sua durata prevista è però di 8 anni, perché qualcos’altro si guasterebbe prima dell’esaurimento del carburante.”

Dopo la chiusura del sistema, la radiazione emessa si ridurrebbe rapidamente. Un impianto sostitutivo potrebbe venire installato facilmente nello stesso luogo.

Dopo tutto, ci potrebbe essere un gran bisogno di caffè lassù!

tradotto da: http://science.nasa.gov/headlines/y2009/15may_stirling.htm

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Appassionata di astronomia, ha da sempre considerato se stessa come parte integrante dell’Universo. Da cui una struggente volontà di capirne tutti i segreti. La sua conoscenza della materia nasce, quindi, da una continua ricerc ... pagina autore

I 21 commenti di questo articolo sono in sola lettura poichè precedenti al nuovo restyling del portale. Iscriviti al Forum di Astronomia.com ed entra a far parte della nuova community!

  1. E’ praticamente un mini reattore nucleare raffreddato a metalli liquidi…che storia! Magari avranno modo di utilizzarlo i fortunati e invidiati 6 nuovi astronauti ESA annunciati ieri a Parigi…tra i quali un italiano e finalmente anche un’italiana!

  2. @francesca
    bell’articolo!! ma se ho capito bene il funzionamento questo dispositivo è in grado di produrre elettricità per piccoli fabbisogni? a parte l’utilizzo dell’uranio, sarebbe possibile rirpodurlo o modificarlo per generare maggiori quantità di energia? magari lo hanno già fatto o è successo il contrario…scusami ma non conosco queste informazioni
    grazie

  3. Francesca, molto interessante! Almeno un buon caffè, per i primi abitatori della Luna ci vorrebbe!
    Ti vorrei chiedere: sapevo che fino a qualche anno un grave problema per la sopravvivenza dell’uomo nello spazio, era l’assenza di gravità che provoca la decalcificazione delle ossa. La NASA per ovviare a questo problema, stà sviluppando dei medicinali? la scarza gravità che c’è sulla Luna, e su Marte, basterà, o anche quì l’uomo andrà incontro al problema della decalcificazione delle ossa?

  4. @Stefano

    eheh mi piacerebbe ma…dopo la laurea di nucleare non ho più visto nemmeno un neutrino…faccio tutt’altro ormai! Ma cercherò comunque in qualche modo di tenermi aggiornato! :wink:

  5. Per limitare i danni da microgravità sarà importante fare moto -un pò come quaggiù- e integrare gli elementi necessari con una corretta alimentazione, ma da quel che ne so, in ogni caso una lunga permanenza oltre l’atmosfera e la gravità terrestri causerebbe in ogni caso delle modificazioni importanti nell’organismo umano, tanto da dover temere (sempre a patto di riuscire a proteggersi adeguatamente dall’elevatissimo livello di radiazioni che c’é nello spazio) che a un certo punto non si sarebbe più in grado di sostenere un rientro sulla Terra.
    Un libro illuminante e anche semplice da leggere è “Viaggiare nello spazio” di N. Comins per Kowalski. Lo consiglio.

    A Proposito di Luna: sabato puntata dedicata all’esplorazione lunare di Ulisse di P. e A. Angela. Niente a che fare con Jakob e jakobini, spero un buon livello di divulgazione.

  6. @Baol

    Fare moto nello spazio è importante ma non è sufficiente, soprattutto ipotizzando missioni future a lungo termine. Il problema è che l’assenza di gravità non permette al calcio che abbiamo in corpo di fissarsi alle ossa, per questo che la permanenza in orbita provoca una vera e non trascurabile decalcificazione… Infatti si sta studiando anche una SAHC (Short Arm Human Centrifuge) da portare a bordo della ISS proprio per fare ricerca in questo settore, usando la gravità artificiale come “countermeasure” alla decalcificazione ossea.

  7. Sfruttando la forza centrifuga…fai girare un uomo attorno ad un centro (una vera e propria centrifuga) e in base al raggio e alla velocità con cui lo fai girare puoi fare in modo che su di lui agisca una certa accelerazione (con una determinata intensità e una determinata direzione) che sul corpo umano provoca gli stessi effetti fisiologici che provoca la forza di gravità. In base a quanto veloce decidi di centrifugarlo puoi anche fare in modo che lui “senta” la gravità marziana (1/3 g), piuttosto che la gravità lunare (1/6g) piuttosto che la gravità terrestre.

  8. Una domanda forse sciocca e da profanissimo: ma questo tipo di minireattori quali garanzia di sicurezza danno e sarebbe possibile e sicuro usarli anche qui sulla Terra?