Los planes para extraer oxígeno del suelo lunar podrían encontrar resistencia: aquí está el porqué

Mientras la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea) esperan que los astronautas vuelvan a la Luna a finales de esta década como parte del programa Artemis de la NASA, los científicos están investigando formas de permitir que los seres humanos sobrevivan en la superficie lunar durante semanas o más sin necesidad de reabastecimiento constante para la Tierra.

Aprender a utilizar el hielo de agua atrapado en los cráteres profundamente sombreados, o cómo extraer el oxígeno del regolito, el suelo lunar, lo que se conoce como “utilización de recursos in situ”, podría ser clave para esas operaciones a largo plazo. Pero los científicos aún están aprendiendo hasta qué punto las condiciones ambientales de la Luna -y, más adelante, de Marte- podrían dificultar el uso de los recursos allí más de lo que se espera en la Tierra.

Una de las tecnologías más prometedoras para crear en la Luna todo tipo de materiales, desde oxígeno respirable hasta materiales de construcción, es el proceso electroquímico de la electrólisis, que utiliza cargas eléctricas para separar el oxígeno del suelo lunar fundido. Sin embargo, un nuevo estudio publicado el martes en la revista Nature Communications revela que los sistemas de electrólisis en entornos de baja gravedad como los de la Luna y Marte podrían ser menos eficaces que en la Tierra.

“Si no se tiene en cuenta esto, si se hace funcionar el mismo sistema, en la Luna, que se ha probado en la Tierra, se va a producir mucho menos producto, lo cual es bastante crítico si se está planificando lo que se necesita para funcionar durante un determinado periodo de tiempo”, declaró la Dra. Beth Lomax, investigadora de la ESA y autora principal del estudio.

La Dra. Lomax y sus colegas comenzaron su estudio porque se habían realizado pocos trabajos sobre la electrólisis de material fundido en condiciones de baja gravedad. Pero como el método típico para estudiar los efectos de las condiciones de baja gravedad en la Tierra -subir a un avión y dejar que el piloto lo haga volar a través de una serie de subidas e inmersiones parabólicas pronunciadas- sería peligroso con materiales fundidos, la Dra. Lomax y sus colegas utilizaron una pequeña célula de electrólisis de agua para sustituir una célula de electrólisis de mayor temperatura. Colocaron su célula electrolítica en una centrifugadora y comprobaron el buen funcionamiento del proceso de electrólisis a distintos niveles de gravedad durante los vuelos parabólicos, pero también realizaron experimentos similares en tierra en una centrifugadora.

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El estudio arrojó dos resultados importantes. En primer lugar, descubrieron que, en las condiciones de gravedad más bajas, similares a las de la Luna, las burbujas de gas que se formaban aplicando una carga eléctrica al agua -el producto que los astronautas lunares querrían recoger- se coagulaban alrededor de los electrodos debido a la menor gravedad, lo que aumentaba la resistencia eléctrica y reducía la eficacia del proceso en un 11 por ciento.

En segundo lugar, aprendieron que al realizar el experimento en el aire y en tierra, ahora pueden modelar de forma fiable la electrólisis en baja gravedad en centrífugas en tierra en adelante sin necesidad de llevar al aire, y también pueden realizar experimentos más largos.

“Se podría poner toda una carga útil destinada a la Luna en una de las centrifugadoras de gran diámetro con las grandes góndolas y hacerla girar durante un mes si se quisiera”, comentó la Dra. Lomax. “En cambio, con los vuelos parabólicos, las torres de caída y otras plataformas de gravedad cero, la duración está muy limitada”, ya que las condiciones de microgravedad duran unos 18 segundos.

La electrólisis no es totalmente nueva en el ámbito de la tecnología espacial, según Jerry Sanders, jefe de capacidad de la NASA para la utilización de recursos in situ. Los electrolizadores de agua se han utilizado en la Estación Espacial Internacional y los investigadores e ingenieros de la NASA conocen bien el funcionamiento de estos sistemas en entornos de baja gravedad.

“Donde no tenemos un buen manejo es en el regolito fundido”, mencionó Sanders. “Así que creo que es un documento oportuno en términos de que estas eran cosas que ya estábamos considerando. Creo que tendrá que hacernos pensar mucho más en los materiales del ánodo y del cátodo y en cómo se fabrican, porque eso favorecerá o degradará bastante el crecimiento de las burbujas.”

Sanders señala que no es necesario diseñar sistemas fiables de electrólisis del regolito lunar para ir a la Luna, ya que el programa Apolo no utilizó esa tecnología. Pero le gusta hacer una analogía entre acampar y establecerse en una zona: A nadie le importa meter toda la comida y el agua en una acampada de tres días, pero meterlo todo para muchas semanas o meses en un lugar remoto es otra cosa.

Y debido a la inmensa cantidad de energía que se necesita para volar cualquier cosa al espacio, empacar para la Luna, o Marte, es mucho más complicado que empacar para una escapada en las montañas.

“Por cada kilo que aterrice en la Luna o en Marte, tengo que poner en órbita 10 kilogramos, o más”, explicó Sanders. “Si pensamos, por ejemplo, en Marte, se necesitan entre 20 y 30 toneladas métricas de propulsor para sacar a la tripulación de la superficie y volver a ponerla en órbita”.

Por ello, la NASA también ha estado estudiando medios para crear propulsor a partir de los recursos de Marte, como separar el oxígeno de la abundancia de dióxido de carbono de la atmósfera marciana. Un dispositivo de electrólisis conocido como MOXIE, o Experimento de Utilización de Recursos In Situ de Oxígeno en Marte, está funcionando actualmente en el roverance de la NASA en el Planeta Rojo.

Sin embargo, las tecnologías de regolito fundido, que podrían ayudar a producir materiales de construcción o piezas espaciales en Marte, u oxígeno y materiales similares en la Luna, se encuentran todavía en una fase de desarrollo relativamente temprana en la agencia espacial de EE.UU. El programa Artemis de la NASA tiene como objetivo aterrizar los primeros humanos en la Luna desde los años 70 en algún momento de 2025 con la misión Artemis III. En futuras misiones del programa, los astronautas podrían pasar semanas en la Luna en la región polar sur, donde las tecnologías de electrólisis del regolito lunar podrían desempeñar un papel importante.

“Tenemos previsto tratar de hacer avanzar rápidamente esta tecnología, así como otras, para mantenernos en línea con el programa Artemis”, dijo Sanders. “Estamos tratando de dirigirnos hacia algún tipo de demostración, en el plazo [2025 a 2027]”.