Vivimos en un mundo en el que las personas toman decisiones trascendentales, a menudo sin previsión. Pero algunas cosas son predecibles, incluido que si consume continuamente un recurso finito sin reciclar, eventualmente se agotará.

Sin embargo, mientras nos fijamos en embarcarnos de regreso a la luna, traeremos con nosotros todos nuestros malos hábitos, incluido nuestro impulso de consumir sin restricciones.

Desde el descubrimiento de hielo de agua en la luna en 1994 por la nave espacial Clementine, la emoción ha reinado ante la perspectiva de un regreso a la luna. Esto siguió a dos décadas de estancamiento después del final de Apolo, un malestar que era sintomático de una falta subyacente de incentivos para regresar.

Esa agua lo cambió todo. Los depósitos de hielo de agua están ubicados en los polos de la luna escondidos en las profundidades de los cráteres que siempre están desprovistos de luz solar.

Desde entonces, sobre todo gracias a la Estación Espacial Internacional, hemos desarrollado técnicas avanzadas que nos permiten reciclar agua y oxígeno con gran eficiencia. Esto hace que el valor de suministrar agua local para el consumo humano sea más tenue, pero si la población humana en la Luna crece, también lo hará la demanda. Entonces, ¿qué hacer con el agua en la luna?

Hay dos respuestas comúnmente propuestas:almacenamiento de energía utilizando celdas de combustible y combustible y oxidante para la propulsión. El primero se prescinde fácilmente:las pilas de combustible reciclan su hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis cuando se recargan, con muy pocas fugas.

Energía y combustible

El segundo, actualmente la principal razón de ser para la extracción de agua en la luna, es más complejo pero no más convincente. Vale la pena señalar que SpaceX usa una mezcla de metano y oxígeno en sus cohetes, por lo que no requerirían el propulsor de hidrógeno.

Entonces, lo que se propone es extraer un recurso precioso y finito y quemarlo, tal como lo hemos estado haciendo con el petróleo y el gas natural en la Tierra. La tecnología para extraer y utilizar recursos en el espacio tiene un nombre técnico:utilización de recursos in situ.

Y aunque el oxígeno no es escaso en la luna (alrededor del 40 por ciento de los minerales de la luna contienen oxígeno), el hidrógeno ciertamente lo es.

Extracción de agua de la luna

El hidrógeno es muy útil como reductor y como combustible. La luna es un vasto depósito de oxígeno dentro de sus minerales, pero requiere hidrógeno u otro reductor para liberarse.

Por ejemplo, la ilmenita es un óxido de hierro y titanio y es un mineral común en la luna. Calentarlo a alrededor de 1000 C con hidrógeno lo reduce a agua, metal de hierro (del que se puede aprovechar una tecnología basada en hierro) y óxido de titanio. El agua puede electrolizarse en hidrógeno, que se recicla, y oxígeno; este último efectivamente liberado de la ilmenita. Al quemar el hidrógeno extraído del agua, estamos comprometiendo las perspectivas de las generaciones futuras:este es el quid de la sostenibilidad.

Pero surgen otras cuestiones más pragmáticas. ¿Cómo accedemos a estos recursos de hielo de agua enterrados cerca de la superficie lunar? Están ubicados en un terreno que es hostil en todos los sentidos de la palabra, en cráteres profundos ocultos a la luz solar —no hay energía solar disponible— a temperaturas de alrededor de 40 Kelvin, o -233 C. A tales temperaturas criogénicas, no tenemos experiencia en realizar extensas operaciones mineras.

Los picos de luz eterna son picos de montañas ubicados en la región del polo sur que están expuestos a la luz solar casi constante. Una propuesta del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA contempla la emisión de luz solar desde reflectores gigantes ubicados en estos picos hacia los cráteres.

Estos espejos gigantes deben transportarse desde la Tierra, aterrizar en estos picos e instalarse y controlarse de forma remota para iluminar los cráteres profundos. Luego, los vehículos mineros robóticos pueden aventurarse en los cráteres profundos ahora iluminados para recuperar el hielo de agua utilizando la energía solar reflejada.

El hielo de agua se puede sublimar en vapor para su recuperación mediante calentamiento térmico directo o microondas; debido a su alta capacidad calorífica, esto consumirá mucha energía, que debe ser suministrada por los espejos. Alternativamente, puede ser excavado físicamente y posteriormente derretido a temperaturas un poco más modestas.

Uso del agua

Después de recuperar el agua, necesita ser electrolizada en hidrógeno y oxígeno. Para almacenarlos, deben licuarse para un volumen mínimo del tanque de almacenamiento.

Aunque el oxígeno se puede licuar fácilmente, el hidrógeno se licua a 30 Kelvin (-243 C) a una presión mínima de 15 bar. Esto requiere energía adicional para licuar el hidrógeno y mantenerlo como líquido sin evaporarse. Este hidrógeno y oxígeno enfriados criogénicamente (LH2/LOX) deben transportarse a su lugar de uso manteniendo su baja temperatura.

Entonces, ahora tenemos nuestras existencias de propulsores para lanzar cosas desde la luna.

Esto requerirá una plataforma de lanzamiento, que puede estar ubicada en el ecuador de la luna para una máxima flexibilidad de lanzamiento en cualquier inclinación orbital, ya que un sitio de lanzamiento polar se limitará a lanzamientos polares, solo al Lunar Gateway planificado. Una plataforma de lanzamiento lunar requerirá un amplio desarrollo de infraestructura.

En resumen, la aparente facilidad para extraer hielo de agua de los polos lunares desmiente la compleja infraestructura necesaria para lograrlo. Los costos de instalación de la infraestructura anularán la justificación del ahorro de costos para la utilización de recursos in situ.

Alternativas a la extracción

Hay opciones más preferibles. La reducción con hidrógeno de la ilmenita para producir metal de hierro, rutilo y oxígeno proporciona la mayoría de las ventajas de la explotación del agua. El oxígeno constituye la mayor parte de la mezcla LH2/LOX. No implica una gran infraestructura:la energía térmica puede generarse mediante concentradores solares de tamaño modesto integrados en las unidades de procesamiento. Cada unidad se puede implementar donde se requiera, no hay necesidad de viajes largos entre los sitios de oferta y demanda.

Por lo tanto, podemos lograr casi la misma función a través de una ruta diferente y más fácil de lograr para la utilización de recursos in situ que también es sostenible mediante la extracción de abundante ilmenita y otros minerales lunares.

No sigamos repitiendo los mismos errores insostenibles que hemos cometido en la Tierra:tenemos la oportunidad de hacerlo bien a medida que nos extendemos por el sistema solar.