Em um futuro próximo, a NASA, a Agência Espacial Européia (ESA), a China e a Roscosmos montam missões tripuladas à lua. Esta será a primeira vez que os astronautas caminharam na superfície lunar desde a era Apollo. Mas, ao contrário da "corrida para a lua", o objetivo desses programas não é chegar lá primeiro e deixar apenas alguns experimentos e aterrissadores para trás (ou seja, missões de "pegadas e bandeiras"), mas estabelecer uma presença humana sustentada no planeta. superfície lunar. Isso significa criar habitats na superfície e em órbita que podem ser usados ​​por equipes rotativas.
Embora a NASA e outras agências espaciais pretendam alavancar os recursos locais o máximo possível – um processo conhecido como utilização de recursos in situ (ISRU) – a criação de bases lunares ainda exigirá que muitos materiais e máquinas sejam enviados da Terra. Em um estudo recente, Philip Metzger e Greg Autry revisaram o custo e o consumo de energia da construção de plataformas de pouso na superfície lunar. Depois de considerar vários métodos de construção, eles determinaram que uma combinação de manufatura aditiva e infusão de polímeros era o meio mais eficiente e econômico.

Philip Metzger é cientista associado do Instituto Espacial da Flórida (FSI) da Universidade da Flórida Central (UCF), ex-físico de pesquisa sênior do Centro Espacial Kennedy (KSC) da NASA e cofundador do KSC Swamp Works. Greg Autry é professor clínico de Liderança, Política e Negócios Espaciais na Thunderbird School of Global Management da Arizona State University (ASU) e presidente do Grupo de Trabalho de Segurança do Comitê Consultivo de Transporte Espacial Comercial (COMSTAC) da Federal Aviation Administration ( FAA).

Para seu estudo, Metzger e Autry examinaram diferentes métodos para construir plataformas de pouso na superfície lunar. Cada método foi avaliado com base em três fatores principais:a necessidade de enviar grandes quantidades de massa da Terra, o nível de consumo de energia na superfície lunar e o tempo que levaria para terminar a construção. Cada um desses fatores contribui (direta ou indiretamente) para o custo total das atividades lunares.

Entre suas descobertas, Metzger e Autry determinaram que duas variáveis ​​são as mais importantes na avaliação dos métodos de construção no espaço:os custos de transporte e os atrasos impostos pelo processo de construção. Como Metzger explicou ao Universe Today por e-mail:

"Fiquei surpreso que a complexidade e a confiabilidade do processo de construção não tenham desempenhado um papel maior. Um sistema complexo precisará de cerca de 50% mais investimento inicial para torná-lo tão confiável quanto os métodos mais simples, e um aumento de custo de 50% parece como muito, mas comparado com o custo do transporte lunar e a perda de valor se você atrasar as coisas na lua, acontece que 50% a mais de custo de desenvolvimento é totalmente inconsequente.

"Então, se você inventar um método mais complexo de fazer as coisas, e esse método é mais rápido e de menor massa do que os métodos anteriores, vale a pena. Isso vai contra nossa tendência natural como tecnólogos espaciais. Achamos que manter as coisas mais simples é melhor e achamos que quando estamos operando longe na Lua, é ainda mais importante manter as coisas simples. Mas quando olhamos de uma perspectiva econômica, esse sentimento não se mostra verdadeiro. operações, tecnologia superior vale o maior investimento inicial."

Eles descobriram ainda que a espessura das almofadas, o ambiente térmico (que varia entre a almofada interna e externa) e a cadência de lançamento do programa lunar também foram fatores importantes no estabelecimento de limites práticos no tempo de construção. Em suma, o custo-benefício de cada método se resume ao custo por quilo de carga útil de lançamento e à velocidade de construção. Eles consideraram vários com base nos requisitos de energia e como isso variaria dependendo do ambiente térmico.

Em particular, eles consideraram inovações recentes em manufatura aditiva (impressão 3D) e ISRU, que foram objeto de pesquisa da NASA e da ESA por muitos anos. Quando adaptados à superfície lunar, os métodos incluem o aquecimento do regolito com micro-ondas para criar uma cerâmica fundida (também conhecida como "sinterização") que é impressa e solidificada em contato com o ambiente lunar sem ar, ou a adição de um agente de ligação ao regolito (como cimento ou um polímero) para formar "lunarcrete".

"Alguns métodos requerem grandes quantidades de energia, o que requer sistemas de energia pesados ​​na Lua. Outros métodos requerem muitas toneladas de aglutinante trazidas da Terra a um grande custo. Ainda assim, outros são processos muito, muito lentos. Queríamos ver como esses diferentes fatores comparar uns com os outros quando olhamos para isso de uma perspectiva econômica.

"Nós convertemos tudo em um custo real:o custo do transporte de massa da Terra; o custo da energia entregue na lua; a perda de valor econômico se levarmos muito tempo na construção. Juntando tudo, pudemos ver qual construção métodos fornecem o melhor valor para as operações lunares."

Eles descobriram que a sinterização por microondas forneceu a melhor combinação de baixa massa e alta velocidade em comparação com outros métodos. Isso foi particularmente verdadeiro para a construção do interior, a zona de alta temperatura da plataforma de pouso lunar (onde acontecem as queimaduras do foguete de decolagem e aterrissagem). Este método também é o mais favorável para a construção da zona externa de baixa temperatura se e quando os custos de transporte forem altos.

No entanto, caso os custos de transporte para a face lunar possam ser mantidos em US$ 110 por kg (cerca de US$ 50 por libra), o método mais econômico mudou para a infusão de polímero. Eles também produziram estimativas sobre o custo total da construção do Acampamento Base de Artemis (US$ 229 milhões) – o habitat de superfície que a NASA pretende construir em torno da Bacia do Pólo Sul-Aitken. Estes foram baseados na ressalva de que os custos de transporte cairão de sua taxa atual de US $ 1 milhão por kg (US $ 454.545 por libras) para US $ 300.000 por kg (~ US $ 136.360 por libras).

Metzger disse:"Descobrimos que o custo de construção de uma plataforma de pouso durante o programa Artemis da NASA é bastante acessível - aproximadamente o mesmo custo de uma nave espacial da classe Discovery da NASA (US $ 300 milhões). Por esse custo, o programa criará a primeira instalação permanente construída em outro mundo e também levará os robôs de construção à lua, para que eles possam começar a fazer outras tarefas, como construir habitats humanos."

Essas estimativas caem para US$ 130 milhões se os custos de transporte puderem ser reduzidos para US$ 100.000 por kg (US$ 45.455 por libras) ou para US$ 47 milhões se ficarem abaixo de US$ 10.000 por kg (US$ 4.545 por libra). Em última análise, Metzger e Autry demonstraram que uma base lunar poderia ser construída de forma acessível, e o preço dependerá da extensão em que os custos de lançamento continuarão a diminuir nos próximos anos. Essas descobertas são de particular importância, dado o número de agências espaciais que procuram construir postos avançados na Bacia do Pólo Sul-Aitken nesta década e na próxima.

Além do Artemis Base Camp, a ESA planeja criar uma base permanente conhecida como International Moon Village. Como sucessora espiritual da Estação Espacial Internacional (ISS), esta base acomodaria tripulações rotativas de astronautas, estadias de longa duração e operações científicas na lua. Não muito tempo atrás, representantes dos programas espaciais chinês e russo se reuniram para anunciar uma visão compartilhada para uma base lunar – a Estação Internacional de Pesquisa Lunar (ILRS).

Antecipando a próxima era da exploração lunar, a NASA e outras agências espaciais continuam pesquisando tecnologias que permitirão uma construção econômica na lua. Isso inclui um processo de fabricação ISRU conhecido como Regolith Adaptive Modification System (RAMs) iniciado por pesquisadores da Texas A&M University. Este processo está focado em fornecer infraestrutura em estágio inicial que facilite o transporte de equipamentos de sinterização ou polimerização.

Há também um conceito de aterrissagem lunar em desenvolvimento pela Masten Space Systems com apoio do Institute for Advanced Concepts (NIAC), Honeybee Robotics, Texas A&M e da University of Central Florida (UCF). Esse conceito incorpora um processo conhecido como técnica de pulverização de alumina em voo (FAST), em que um módulo de pouso injeta partículas de alumínio em seus bicos de propulsão de pouso para formar sua própria plataforma de pouso, o que também mitiga o problema da poeira lunar sendo levantada.

Nesta década e na próxima, a humanidade retornará à Lua, desta vez para ficar. Não apenas várias agências espaciais enviarão astronautas, mas parceiros comerciais serão alistados para fornecer serviços de carga útil e transporte de tripulação. Turistas lunares e até colonos podem eventualmente seguir, levando a uma presença humana permanente e à primeira geração de "Lunites" (ou "Loonies").

Esse esforço multinacional está promovendo a inovação em vários setores e levando a aplicações para a vida aqui na Terra. Afinal, se vamos garantir que os humanos possam superar o problema ecológico que enfrentamos na Terra e viver no espaço, é preciso sermos inventivos.