Falso d’autore: gli scienziati riproducono il suolo lunare

La NASA sta per tornare sulla Luna, ma gli ingegneri vorrebbero testare i progetti su vera polvere lunare. Solo un problema. Non c’è n’è abbastanza. E così gli scienziati stanno realizzando un vero e proprio falso d’autore.

La vita è dura per un umile granello di polvere sulla superficie lunare. E’ esposto ai raggi cosmici e alle tempeste solari, bombardato da micrometeoriti, vaporizzato e ricondensato innumerevoli volte nel corso dei miliardi di anni. E come se non bastasse, gli esseri umani vorrebbero usarlo per estrarre ossigeno ed altri elementi per “l’uso di risorse in situ”, o ISRU, il processo alla base del progetto NASA per il ritorno sulla Luna, in un futuro ormai prossimo.

Granello di regolite

Un granulo di regolite

Ma, come dice la celebre frase dello scrittore Robert Heinlein, “La Luna è una severa maestra.” Convivere con la polvere lunare ed usarla per i propri scopi può essere più arduo di quanto si immagini.

I ricercatori vorrebbero testare le loro idee per l’ ISRU ed i progetti per i rover lunari su un terreno che rispecchi fedelmente la realtà, prima del ritorno degli astronauti sulla Luna. Ma c’è un problema: “Non abbiamo abbastanza materiale lunare per effettuare i test”, dice Larry Taylor, direttore del Planetary Geosciences Institute dell’Università del Tennessee a Knoxville. Per effettuare tutti i test, “abbiamo bisogno di un materiale artificiale che sia una fedele riproduzione della regolite lunare.” E non basteranno alcuni sacchi. “Ce ne vorranno tonnellate, specialmente per lavorare sulle tecnologie da adottare per scavatori, ruote e altri tipi di macchinari che dovranno operare a diretto contatto con la superficie lunare,” aggiunge David S. McKay, scienziato capo di astrobiologia al Johnson Space Center (JSC).

Taylor e McKay sono i due leader di un piccolo nucleo di sedicenti “lunatici”, le cui carriere sono focalizzate sullo studio della superficie lunare. Essi svolgono la mansione di consulenti al Marshall Space Flight Center (MSFC) della NASA, che gestisce il Programma di Sviluppo per il Simulante della Regolite Lunare (Lunar Regolith Simulant Development Program).

Carole McLemore è il program manager al Marshall. “Negli anni 90,” spiega, “i ricercatori usarono un simulante chiamato JSC-1, sviluppato al JSC. Ma attualmente questo materiale non è più disponibile.” Così, per iniziare, i ricercatori del Marshall stanno lavorando con l’ Astromaterials Research and Exploration Science Office allo scopo di creare una replica del simulante JSC-1: il JSC-1A. Tale composto presenta una prima suddivisione per tipo di grana (fine, media e grossa). Il MSFC ha anche iniziato a lavorare su richiesta ad altri tipi di simulante che rappresentino con esattezza le varie aree geografiche della Luna.

Fino a che gli astronauti della missione Apollo non portarono sulla Terra dei campioni di superficie lunare (1969-72), si pensava che l’ambiente secco e privo di aria della Luna fosse un luogo tranquillo e indisturbato. La realtà, invece, risultò essere più dura del previsto. Le micrometeoriti, molto più piccole della sfera di una penna, piovono costantemente sulla superficie lunare alla velocità di 100.000 Km/h, formando microscopici crateri. Dopo l’impatto alcuni frammenti si fondono con il suolo, vaporizzano e si ricondensano sottoforma di strati cristallini attorno ad altri granuli di polvere. Il calore degli impatti trasforma la materia in “agglutinato”. Le complesse interazioni con il vento solare convertono il ferro sulla superficie in miriadi di granelli metallici nano-fase larghi solo alcuni nanometri.

Processo di formazione della regolite

Sopra: La superficie lunare è costantemente esposta al vento solare e bombardata da micrometeoriti

Tali processi contribuiscono alla formazione della regolite – dal greco litho + rhegos (pietra + manto) – che copre la superficie della Luna. Ciò che attende gli astronauti e le navi spaziali è un materiale composto da “fragili frammenti appuntiti, abrasivi e intrecciati tra di loro,” dice Taylor. Una prova durissima per macchinari e strumentazioni, senza contare i danni che può provocare ai nostri polmoni.

“La regolite trovata all’interno della navetta Apollo fu tritata finemente,” dice McKay. La polvere era dappertutto ed impossibile da rimuovere. Tutti gli astronauti, chi più chi meno, presentarono patologie polmonari, come Harrison H. (Jack) Schmitt e il suo “raffreddore da regolite”.

I campioni della missione Apollo sono considerati patrimonio degli Stati Uniti d’America e donati in quantità ridottissima agli scienziati che dimostrano di poter dare un contributo valido con esperimenti di alto livello tecnico. L’interesse rinnovato per le esplorazioni lunari di fine anni 80 fu un chiaro input che i simulanti lunari sarebbero stati indispensabili per testare schemi di strutture permanenti sulla Luna o per l’estrazione di ossigeno e altri materiali. Questo portò, nel 1993, alla creazione del simulante JSC-1, un composto costituito da coni di cenere vulcanica di basalto depositati in una cava nei pressi di Flagstaff, Arizona. Il lotto da 25 tonnellate – distribuito in sacchi da 50 libbre – riscosse successo.

“Siamo totalmente fuori strada, ma stiamo aggiustando il tiro”, dice McKay. il MSFC ha stipulato un contratto con la casa produttrice Orbirec of Madison, per la produzione di circa 16 tonnellate dei 3 tipi di JSC-1A: 1 tonnellata di polvere fine (già smistata): 14 tonnellate di taglia media (in fase di smistamento); e una tonnellata di grana grossa (in produzione). Il Geolocical Survey degli Stati Uniti assieme all’ Università del Colorado – partners chiave del progetto – sono impegnati nel controllo delle proprietà chimiche, mineralogiche e geotecniche del composto.

Granelli di regolite

Questa foto mostra da vicino la varietà di

polvere lunare e la difficoltà nel riprodurla

artificialmente

Il MSFC sta sviluppando 3 nuovi simulanti. Due di essi saranno usati per i mari e le regioni polari. Il terzo simulerà i bordi cristallini, appuntiti e seghettati della regolite più insidiosa, che metterà a dura prova strumenti ed esseri umani. Ma cercare di riprodurre ogni zona lunare come nella realtà potrebbe richiedere grandi numeri di piccoli, unici pacchetti differenziati di materiale artificiale, con costi elevatissimi.

“Invece, svilupperemo dei simulanti di base e simulanti ricavati dalla modifica dei primari”, aggiunge McLemore. “Questo processo è simile alla preparazione di una torta: indipendentemente dal tipo di torta che si vuole ottenere, avremo sempre bisogno di alcuni ingredienti fissi di cui non potremo fare a meno per la corretta riuscita del dolce. Ottenere la giusta ricetta di base, che si tratti di una torta o di un simulante lunare, è un’attività critica.

Ad esempio, il nuovo simulante per i mari lunari sarà arricchito con ilmenite, un minerale composto da ferro e titanio. I materiali sorgenti usati per produrre le 3 misure di simulanti proverranno probabilmente da luoghi come Montana, Arizona, Virginia, Florida, Hawaii ed altri siti internazionali. I lotti iniziali peseranno solo alcune decine di chilogrammi per assicurarsi che il simulante sia stato prodotto correttamente. “Eventualmente incrementeremo la produzione nel momento in cui saremo sicuri che c’è solo una piccola variazione da gruppo a gruppo,” dice McLemore.

Una volta compreso come produrre i vari simulanti, il progetto NASA prevede l’appalto della produzione su larga scala. “Avremo procedure di certificazione che i produttori dovranno seguire scrupolosamente per assicurare che i simulanti seguano gli standard NASA,” dice McLemore.

Questa sarà la via per ottenere un vero e proprio “falso d’autore”, senza compromessi.

Fonte: http://science.nasa.gov/headlines/y2006/28dec_truefake.htm