Vivemos em um mundo em que decisões importantes são tomadas por pessoas muitas vezes sem premeditação. Mas algumas coisas são previsíveis, incluindo que, se você consumir continuamente um recurso finito sem reciclar, ele acabará eventualmente.
No entanto, à medida que nos concentramos em embarcar de volta à lua, levaremos conosco todos os nossos maus hábitos, incluindo nosso desejo de consumo desenfreado.

Desde a descoberta, em 1994, de gelo de água na Lua pela espaçonave Clementine, a empolgação reinou com a perspectiva de um retorno à Lua. Isso seguiu-se a duas décadas de marasmo após o fim da Apollo, um mal-estar que era sintomático de uma falta subjacente de incentivo para retornar.

Aquela água mudou tudo. Os depósitos de gelo de água estão localizados nos pólos da lua escondidos nas profundezas de crateras que são para sempre desprovidas de luz solar.

Desde então, principalmente devido à Estação Espacial Internacional, desenvolvemos técnicas avançadas que nos permitem reciclar água e oxigênio com alta eficiência. Isso torna o valor do fornecimento local de água para consumo humano mais tênue, mas se a população humana na Lua crescer, a demanda também aumentará. Então, o que fazer com a água na lua?

Existem duas respostas comumente propostas:armazenamento de energia usando células de combustível e combustível e oxidante para propulsão. A primeira é facilmente dispensada:as células de combustível reciclam seu hidrogênio e oxigênio por meio de eletrólise quando são recarregadas, com muito pouco vazamento.

Energia e combustível

A segunda – atualmente a principal razão de ser para a mineração de água na Lua – é mais complexa, mas não mais convincente. Vale a pena notar que a SpaceX usa uma mistura de metano/oxigênio em seus foguetes, então eles não precisariam do propulsor de hidrogênio.

Então, o que está sendo proposto é minerar um recurso precioso e finito e queimá-lo, assim como temos feito com petróleo e gás natural na Terra. A tecnologia de mineração e uso de recursos no espaço tem um nome técnico:utilização de recursos in-situ.

E embora o oxigênio não seja escasso na lua (cerca de 40% dos minerais da lua compreendem oxigênio), o hidrogênio certamente é.

Extraindo água da lua

O hidrogênio é altamente útil como redutor e combustível. A lua é um vasto repositório de oxigênio dentro de seus minerais, mas requer hidrogênio ou outro redutor para ser liberado.

Por exemplo, a ilmenita é um óxido de ferro e titânio e é um mineral comum na lua. Aquecê-lo a cerca de 1.000 C com hidrogênio o reduz a água, ferro metálico (do qual uma tecnologia à base de ferro pode ser aproveitada) e óxido de titânio. A água pode ser eletrolisada em hidrogênio – que é reciclado – e oxigênio; este último efetivamente libertado da ilmenita. Ao queimar o hidrogênio extraído da água, estamos comprometendo as perspectivas para as gerações futuras:esse é o cerne da sustentabilidade.

Mas há outras questões mais pragmáticas que emergem. Como acessamos esses recursos de gelo de água enterrados perto da superfície lunar? Eles estão localizados em terreno hostil em todos os sentidos da palavra, em crateras profundas escondidas da luz solar – não há energia solar disponível – a temperaturas de cerca de 40 Kelvin, ou -233 C. Em tais temperaturas criogênicas, não temos experiência em realizando extensas operações de mineração.

Picos de luz eterna são picos de montanhas localizados na região do pólo sul que são expostos à luz solar quase constante. Uma proposta do Jet Propulsion Lab da NASA prevê irradiar a luz do sol de refletores gigantes localizados nesses picos em crateras.

Esses espelhos gigantes devem ser transportados da Terra, pousados ​​nesses picos e instalados e controlados remotamente para iluminar as crateras profundas. Em seguida, veículos de mineração robóticos podem se aventurar nas crateras profundas agora iluminadas para recuperar o gelo da água usando a energia solar refletida.

O gelo de água pode ser sublimado em vapor para recuperação por aquecimento térmico direto ou por micro-ondas – devido à sua alta capacidade de calor, isso consumirá muita energia, que deve ser fornecida pelos espelhos. Alternativamente, pode ser fisicamente escavado e posteriormente derretido a temperaturas um pouco mais modestas.

Usando a água

Depois de recuperar a água, ela precisa ser eletrolisada em hidrogênio e oxigênio. Para armazená-los, eles devem ser liquefeitos para o volume mínimo do tanque de armazenamento.

Embora o oxigênio possa ser liquefeito facilmente, o hidrogênio liquefaz a 30 Kelvin (-243 C) a uma pressão mínima de 15 bar. Isso requer energia extra para liquefazer o hidrogênio e mantê-lo como líquido sem ferver. Este hidrogênio e oxigênio resfriados criogenicamente (LH2/LOX) devem ser transportados para seu local de uso, mantendo sua temperatura baixa.

Então, agora temos nossos estoques de propulsores para lançar coisas da lua.

Isso exigirá uma plataforma de lançamento, que pode estar localizada no equador da lua para flexibilidade máxima de lançamento em qualquer inclinação orbital, pois um local de lançamento polar será limitado a lançamentos polares - apenas ao Gateway Lunar planejado. Uma plataforma de lançamento lunar exigirá amplo desenvolvimento de infraestrutura.

Em resumo, a aparente facilidade de extração de gelo de água dos pólos lunares desmente uma infraestrutura complexa necessária para alcançá-lo. Os custos de instalação da infraestrutura anularão a lógica de economia de custos para a utilização de recursos in situ.

Alternativas à extração

Existem opções mais preferíveis. A redução do hidrogênio da ilmenita para produzir ferro metálico, rutilo e oxigênio fornece a maioria das vantagens da exploração da água. O oxigênio constitui a maior parte da mistura LH2/LOX. Não envolve grande infraestrutura:a energia térmica pode ser gerada por concentradores solares de tamanho modesto integrados às unidades de processamento. Cada unidade pode ser implantada onde for necessária – não há necessidade de longas travessias entre os locais de oferta e demanda.

Portanto, podemos alcançar quase a mesma função por meio de uma rota diferente e mais facilmente alcançável para a utilização de recursos in-situ que também é sustentável pela mineração de ilmenita abundante e outros minerais lunares.

Não continuemos repetindo os mesmos erros insustentáveis ​​que cometemos na Terra – temos a chance de acertar à medida que nos espalhamos pelo sistema solar.