Los métodos para construir plataformas de aterrizaje lunar pueden incluir suelo lunar en microondas

Aug 26, 2023

El establecimiento de una base lunar será fundamental para los EE. UU. en la nueva carrera espacial y la construcción de plataformas de aterrizaje seguras y rentables para que las naves espaciales aterricen allí será clave.

Estas almohadillas tendrán que evitar que el polvo y las partículas lunares exploten todo a su alrededor a más de 10,000 millas por hora cuando un cohete despegue o aterrice, ya que no hay aire para reducir la velocidad de la columna del cohete.

Sin embargo, cómo construir estas plataformas de aterrizaje no está tan claro, ya que transportar materiales y equipos pesados ​​más de 230,000 millas en el espacio se convierte rápidamente en un costo prohibitivo.

Es por eso que los investigadores de la Universidad de Florida Central están trabajando en un proyecto financiado por la NASA para encontrar formas de construir plataformas de aterrizaje lunar que mantengan seguras a las personas y los equipos, pero que también sean económicas y fáciles de construir en el espacio. El trabajo está dirigido por la empresa de fabricación espacial y de defensa Cislune e incluye investigaciones de la Universidad Estatal de Arizona.

El equipo descubrió que un método que utiliza microondas para derretir el suelo lunar, junto con la tecnología de beneficio o clasificación desarrollada por UCF, puede ser la mejor opción.

Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista New Space y en un informe presentado a la NASA.

"Es estratégicamente importante para nuestra nación tener presencia en la luna porque el valor económico de los recursos en el espacio es muy alto", dicePhil Metzger '00 MS '05 Doctorado , coautor de la investigación. Es científico planetario en el Instituto Espacial de Florida con sede en la UCF.

Estados Unidos planea regresar a la luna como parte de las misiones Artemis, y se espera que el primer alunizaje tripulado tenga lugar como parte de Artemis III en 2025. Las futuras misiones establecerán hábitats, equipos de extracción de recursos y más.

Con base en un análisis de cuatro métodos de construcción diferentes, que incluyen diferentes combinaciones para los anillos internos y externos de la plataforma de aterrizaje, se descubrió que un método de fusión (o sinterización) que usa microondas es el más rentable, siempre que el costo del transporte a la Luna se mantenga por encima $ 100,000 por kilogramo (alrededor de $ 45,000 por libra), según el nuevo estudio.

La sinterización se vuelve aún más económica cuando se combina con una nueva tecnología de beneficio desarrollada por UCF que utiliza campos magnéticos para llevar a la superficie la mayoría de los minerales aptos para microondas. Los investigadores de UCF diseñaron la tecnología después de descubrir que muchos de los minerales más aptos para microondas también son los más magnéticos. Estos hallazgos fueron documentados en el nuevo informe a la NASA.

"Hemos demostrado que podemos aumentar la absorción de microondas en algún lugar en el rango de 70% a 80% mediante la clasificación de partículas en función de la susceptibilidad magnética", dice Metzger.

El proceso de construcción podría llevarse a cabo mediante vehículos exploradores que recogerían el suelo, lo clasificarían con campos magnéticos, lo colocarían en capas de nuevo en la superficie y lo derretirían con microondas, dice el investigador.

El estudio de New Space encontró que el segundo método más rentable cuando los costos de transporte superan los $100,000 por kilogramo serían las plataformas de aterrizaje basadas en adoquines.

Además, una vez que los costos de transporte caen por debajo de $100,000 por kilogramo, debido a las economías de escala y la reutilización de cohetes, las plataformas de aterrizaje a base de polímeros se convierten en un método más competitivo para construir la parte exterior de la plataforma de aterrizaje que la sinterización y los adoquines.

Cada uno de los métodos tiene ventajas y desventajas, como los costos de energía y construcción, que deben tenerse en cuenta, dice Metzger.

"Los números nos mostraron que la sinterización es en realidad el mejor método porque requiere algo de energía, pero el costo de la energía es menor que el costo de la construcción y tener que llevar los consumibles a la luna", dice Metzger.

Erik Franks, fundador y director ejecutivo de Cislune, dice que la construcción en la superficie de la Luna y Marte es muy diferente a la construcción en la Tierra.

"El hormigón y el acero se utilizan ampliamente en la Tierra y se han producido a partir de milenios de desarrollo y ampliación de la industria basada en la abundancia de agua, carbón y aire", dice. "En otros planetas no tenemos combustibles fósiles, y el aire y el agua son más valiosos que el oro. Se requerirán diferentes procesos, y UCF y Cislune están trabajando juntos para resolver estos problemas con soluciones innovadoras como la sinterización por microondas y el beneficio del suelo. "

Los investigadores utilizaron simuladores de suelo lunar de alta fidelidad del Laboratorio Exolith de la UCF para realizar los experimentos de microondas y susceptibilidad magnética y usaron simulaciones por computadora para modelar los costos económicos de los diferentes métodos de construcción de la plataforma de aterrizaje lunar.

Para los experimentos con simuladores de suelo lunar, se descubrió que el vidrio basáltico, la bronzita y la ilmenita son algunos de los minerales más susceptibles al magnetismo y las microondas.

"Nuestros resultados fueron excelentes", dice Franks. "El beneficio cuidadoso hace que el calentamiento por microondas del regolito sea mucho más eficiente desde el punto de vista energético, por lo que solo necesitamos traer paneles solares y podemos procesar la suciedad lunar en estructuras como plataformas de aterrizaje y edificios".

Metzger dice que la investigación no solo es importante para establecer una presencia estadounidense en la Luna, sino también para mantener las relaciones diplomáticas sin arruinar los equipos e instalaciones de otros países.

"Creo que es realmente crucial para Estados Unidos y un consorcio de países amigos que comparten nuestros valores para la democracia liderar el camino en el espacio para establecer métodos para compartir el espacio y establecer focos para beneficiar a todo el mundo desde el espacio, en lugar de solo correr el riesgo de dejar que otros lo hagan", dice Metzger.

El trabajo fue financiado en parte por el Instituto Virtual de Exploración del Sistema Solar de la NASA, el Centro para la Ciencia de la Superficie Lunar y de Asteroides, y por el programa de Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas (STTR) de la NASA.

Los próximos pasos para la investigación incluyen el desarrollo de proyectos para crear prototipos mejorados del hardware de calentamiento por microondas y probar la tecnología en condiciones similares a las de la luna en el vacío.

El coautor del estudio New Science fue Greg Autry de la Thunderbird School of Global Management, Arizona State University. Dhaka Sapkota, científico asistente de FSI, dirigió los experimentos de beneficio magnético y fue coautor del informe de beneficio.

Metzger recibió su licenciatura en ingeniería eléctrica de la Universidad de Auburn y su maestría y doctorado en física de la UCF. Antes de unirse a la UCF en 2014, trabajó en el Centro Espacial Kennedy de la NASA durante casi 30 años.

Título del estudio: El costo de las plataformas de aterrizaje lunar con un estudio comercial de métodos de construcción