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Astronautica, Energia, Scienza

Scoperto Elio-3 molto piu’ abbondante del previsto sulla Terra

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Gli scienziati hanno rilevato una quantità sorprendente, per la Terra, di Elio-3, una rara versione di Elio, che e’ famosa per la sua relativa abbondanza sulla superficie lunare e per la sua utilita’ per alimentare reattori a fusione nucleare con alto rendimento e con meno emissione di neutroni rispetto alla versione con Deuterio e Trizio (isotopi dell’Idrogeno). E’ stata trovata una abbondanza circa 67 volte maggiore del normale nelle rocce vulcaniche dell’isola canadese di Baffin, avvalorando la teoria secondo cui il gas nobile sta fuoriuscendo dal nucleo della Terra – e ciò avviene da millenni.

Il gruppo di ricerca ha rilevato anche l’Elio-4 all’interno delle rocce.

Ma mentre l’Elio-4 è comune sulla Terra, l’Elio-3 si trova più facilmente altrove nel cosmo, motivo per cui gli scienziati sono rimasti sorpresi nel rilevare una quantità maggiore dell’elemento rispetto a quanto precedentemente riportato nelle rocce dell’isola di Baffin. Uno studio che descrive la scoperta e’ stato pubblicato di recente sulla rivista Nature.

Questo non cambia molto nel forte interesse di Cina e Stati Uniti per l’Elio-3 lunare, siccome sulla Terra rimane comunque mooolto raro rispetto alla Luna. E quindi rimane tutto l’interesse per tornare sulla Luna, al di la’ ovviamente delle ovvie ragioni scientifiche e di esplorazione.

La scoperta scientifica e’ invece molto utile per caratterizzare meglio le profondita’ estreme del mantello terrestre, giu’ giu’ fino alla superficie del nucleo ferroso del nostro pianeta.


E’ stato osservato che la lava associata ai pennacchi del mantello hanno rapporti Elio-3/Elio-4 più elevati rispetto al mantello convettivo superiore, cosa che aiuta a raffinare i modelli geofisici, geodinamici e geochimici dell’interno profondo della Terra. Gli autori dell’articolo sostengono che la concentrazione estremamente elevata di Elio-3 rispetto all’Elio-4 potrebbe derivare direttamente dal nucleo della Terra.

Illustrazione schematica del trasferimento dal nucleo al pennacchio. Gli ossidi espulsi galleggianti dal nucleo esterno possono mescolarsi in una zona del mantello più bassa composto da mantello impoverito subdotto (cioè un cimitero di placche tettoniche affondate decine di milioni di anni fa). Il mantello arricchito da materiale derivato dal nucleo potrebbe quindi ereditare elevati livelli di Elio-3 dal nucleo. Nel corso di decine di milioni di anni, l’Elio derivato dal nucleo potrebbe poi diffondersi nel mantello impoverito circostante. Entrambi i domini – uno arricchito da ossidi derivati ​​dal nucleo, l’altro dalla diffusione di Elio – potrebbero essere incorporati nei pennacchi del mantello, come il pennacchio (di tipo “islandese”) che ha prodotto le lave dell’isola di Baffin.

Distribuzione globale dell’abbondanza di Elio-3 (ppb – parts per billion) per la superficie lunare: (a) lato vicino, (b) lato lontano.

Commentato da Davide Borghi

Links correlati e articolo originale su Nature:

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06590-8.epdf?sharing_token=wRu9ZwbpBKabZReN0Z9A3tRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0PKmXMX8n7E_pqStH5omCW26qpSsyne8kcCIqZL3QnJhv41PDOUbXpwQH_D5BNKa8PW1DwlOVdDGeWfZjcLyz7l8txun10CBdnFJl3BlzTYuGaC52nGm_sAqAyc-ckOF4xv_6Q0hDCDK9T4mOZfnLTyli6w5Di_VCQCu1l1Jv8N3JA9AzBv5z3IuRwbNeTBAic%3D&tracking_referrer=edition.cnn.com

https://webthesis.biblio.polito.it/17228/1/tesi.pdf

https://www.researchgate.net/figure/Global-distribution-of-3-He-abundance-ppb-for-lunar-surface-a-nearside-b-farside_fig5_227194157#:~:text=According%20to%20the%20above%20remote,estimation%20has%20not%20been%20reported.

https://edition.cnn.com/2023/10/27/world/earth-core-helium-leak-scn/index.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Helium-3

Astronautica

Finalmente Ariane Group sta lavorando sui sistemi riutilizzabili.

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Lo ha affermato alla conferenza internazionale IAC 2022 (International Astronautical Congress) presentando due studi:

1) Navette riutilizzabili.

Il primo progetto riguarda la navicella riutilizzabile SUSIE (Smart Upper Stage for Innovative Exploration).

Lo scopo è quello di fornire una navicella riutilizzabile per non dipendere più né dalla Russia (con Soyuz) né dagli USA (con Crew Dragon o Boeing Starliner).

Un progetto che potrebbe concludersi nel 2026.

Un dettaglio del progetto lo trovate qui:

https://www.hwupgrade.it/news/scienza-tecnologia/arianegroup-presenta-susie-l-europa-guarda-ai-nuovi-vettori-e-navicelle-spaziali-riutilizzabili_110258.html

ArianeGroup SUSIE: la navicella spaziale riutilizzabile europea

2) Booster riutilizzabili.

Il secondo (già noto da tempo) Ariane Group svilupperà i razzi spaziali riutilizzabili ed ecologici per ESA e l’Europa. Anche questo è un progetto che ha come obiettivo il 2026.

Il progetto di sviluppo si chiama SALTO (Reusable StrAtegic space Launcher Technologies & Operations) dedicato all’atterraggio dei nuovi vettori che eseguiranno i test dimostrativi da Kiruna in Svezia. 

ENLIGHTEN (European iNitiative for Low cost, Innovative & Green High Thrust Engine) invece sarà dedicato ai motori riutilizzabili e sarà il successore di Prometheus. Questi propulsori dovrebbero impiegare metano o idrogeno (insieme all’ossigeno) come alimentazione.

Con l’arrivo di SpaceX sul mercato dei lanci spaziali molto è cambiato sul come affrontare (e a quali costi) l’immissione di un carico utile in orbita. La società di Elon Musk, grazie a un vettore ormai affidabile come Falcon 9, può contare su prezzi ridotti e su una cadenza di lancio impressionante (per esempio recentemente sono state effettuate tre missioni in due giorni).

Ora finalmente anche l’ESA vuole cercare di percorrere la stessa strada e lo farà grazie Un dettaglio del progetto lo trovate qui:

https://www.hwupgrade.it/news/scienza-tecnologia/arianegroup-sviluppera-i-razzi-spaziali-riutilizzabili-ed-ecologici-per-esa-e-l-europa_108522.html

https://www.hwupgrade.it/news/scienza-tecnologia/esa-guarda-al-futuro-con-i-razzi-spaziali-vega-c-e-ariane-6-ma-anche-con-nuove-soluzioni_108012.html

Il piano di sviluppo del progetto di SALTO

Commentato da Luigi Borghi.

Astronautica

Abbiamo due stazioni spaziali in orbita terrestre.

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La vecchia cara ed internazionale stazione spaziale (ISS) ed ora anche il primo modulo, il core, della nuova stazione cinese: il Tianhe-1.

Proprio oggi 29 aprile, alle 5:22 italiane, è stato lanciato con successo Tianhe-1, il primo modulo della nuova stazione spaziale cinese, con un razzo Lunga Marcia 5B. Il vettore è decollato dal centro di lancio di Wenchang, nell’isola di Hainan, in Cina. (Vedi mappa sotto).

Una data oggi che vale la pena ricordare nelle nostre News perché è sicuramente un momento storico dell’astronautica mondiale.

Inizia una nuova e serrata competizione spaziale che ricorda quella degli anni Sessanta. Ora però i concorrenti sono cambiati: allora vi era solo USA e URSS, e sappiamo come è andata. In gioco c’era il prestigio e l’orgoglio nazionalista mescolato con onnipresente dimostrazione di supremazia militare.

Oggi è rimasto ancora ovviamente qualche reminiscenza dei vecchi impulsi ma si è inserito a pieno titolo un’altra potente leva che spinge sui competitors: “il business”.

Lo spazio è diventato un secondo “Eldorado”. La possibilità di accedere sulla Luna e sugli asteroidi a minerali carenti sulla Terra e la concreta possibilità di proporre un “turismo spaziale” per pochi, ma facoltosi clienti, stanno diventando i traguardi ed i premi della nuova competizione.

Dei vecchi competitors oggi sono rimasti solo gli Stati Uniti e al posto della disciolta URSS si è inserita prepotentemente la Cina che ha dimostrato, con le sue missioni lunari e marziane ed ora con la sua nuova stazione spaziale, di poter entrare a pieno titolo nel club.

La ISS, frutto della collaborazione tra USA, Russia, Europa, Canada e Giappone, resterà operativa con questi connotati fino al 2025, dopodiché probabilmente qualcuno si ritirerà e quasi certamente verrà ristrutturata ad uso privato (vacanze in orbita, ricerca per aziende private, hotel a molte stelle).

Lo stesso “club” della attuale ISS, a meno della Russia che sembra essersi ritirata, sta già costruendo i moduli del Gateway, la stazione orbitante lunare che dovrebbe entrare in servizio approssimativamente nello stesso periodo di quella cinese intorno alla Terra.

Il Gateway e la stazione cinese sono più o meno della stessa dimensione, ma molto più piccole della attuale ISS.

Un rendering della nuova stazione cinese.

Questo evento oltre a rilanciare la competizione spaziale che non può che portare benefici a tutto il mondo con i suoi ritorni tecnologici, evidenzia anche altri aspetti che invece non sono eclatanti.

Prima considerazione: qual è il ruolo dell’Europa in questa competizione? Le capacità tecnologiche e industriali della Comunità Europea sono invidiabili e non temono confronti, tuttavia stiamo diventando gli ultimi del club!  Vero che collaboriamo con NASA, con Russia e che l’Italia in particolare è un partner presente anche nelle missioni interplanetarie della NASA, ma il nostro lanciatore europeo, Ariane, sta seguendo un percorso lento.

Dovremmo essere dei protagonisti ma non riesco a vedere ancora dove e con cosa.

Seconda considerazione: la Russia. In quel paese vi sono delle menti e delle esperienze nel settore astronautico che hanno portato la ex Unione Sovietica a restare in testa alla competizione spaziale degli anni Sessanta per quasi un decennio tenendo testa agli USA che stavano arrancando.

Dove è andata a finire quell’esperienza? La mia opinione è che è ancora lì, ma senza soldi!

E l’esperienza, se non cresce, muore!

L’attuale ed ormai pluridecennale governo russo, un paese che ha un PIL inferiore all’Italia, spende soldi cercando di mantenere alto il suo potere militare, ma sta trascurando il futuro. La formidabile ed infallibile Soyuz che ha garantito a mezzo mondo, incluso gli americani, di poter andare e tornare dallo spazio, è diventato un “divano” su cui si è seduta l’astronautica russa.

Le nuove generazioni di vettori e navicelle stentano ad uscire dal CAD/CAM dei computer dove sono già “vecchie”.

Io spero di sbagliarmi ma le notizie, non confermate, che il ritiro russo dal progetto Gateway motivato dal disaccordo con la NASA per un ruolo marginale, sia stato invece un passo necessario per potersi alleare con i cinesi nella conquista della Lune e di Marte. Ciò significherebbe per i russi, a mio avviso, accettare la sconfitta! L’alleato cinese sta investendo e crescendo ad una velocità inaccessibile ai russi che non potendoli seguire diventerebbero gregari. Questo non va bene! Non fa bene alla crescita del settore.

Una velocità di crescita, quella cinese, che incredibilmente è invece accessibile al terzo concorrente, un outsider impensabile fino a qualche anno fa: le aziende private.

SpaceX di Elon Musk in testa ma anche Virgin Galactic di Richard Branson, Blue Origin di Jeff Bezos, la Sierra Nevada, la Boeing ed altri, controllate da miliardari lungimiranti, hanno capito bene cosa succederà domani nel campo della evoluzione del business e di conseguenza ciò che guadagnano lo reinvestono in nuove tecnologie spaziali… e con successo.

Questo sarà a mio avviso il vero vincitore di questa neonata competizione Luna-Marte. Per ora sono solo aziende americane ma il privato non lavora per il paese che lo ospita ma per chi gli dà lavoro.

Vi propongo questo articolo tratto da Astronauti News che spiega bene le caratteristiche di questa nuova stazione cinese, mentre qua sotto vi lascio il programma che la porterà ad essere operativa nel 2023.

Commentato da Luigi Borghi.

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Ci sono due stazioni spaziali
Astronautica, Tecnologia

Come ottenere acqua sulla Luna.

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Un problema che comincia a diventare attuale, visto che la NASA sta facendo sul serio. Sulla Luna ci si torna nel 2024… per restarci!

Beh… non esageriamo! Ci staremo sicuramente in orbita con un presidio umano sul Gateway, l’avamposto orbitale posizionato intorno alla Luna che fungerà da base di supporto a lungo termine per tutte le missioni del programma Artemis, ma una base permanente e presidiata sulla superfice della Luna ci vorrà ancora un po’ di tempo, ma non certo decenni!

La NASA fa sul serio perché ha appena firmato un contratto con la SpaceX per lanciare in orbita lunare, a maggio 2024 con un razzo Falcon Heavy, due elementi fondamentali del Lunar Gateway.

Gli elementi saranno il Power and Propulsion Element (PPE, modulo di produzione energia e propulsione) e l’HALO, Habitation and Logistic Outpost (l’avamposto abitativo e logistico).

Nello specifico il PPE, realizzato dalla Maxar Technologies di Westminster in Colorado, è un sistema propulsivo elettrico alimentato a energia solare con una potenza complessiva di 60 kW che permetterà di stabilire e mantenere comunicazioni ad alta velocità con la Terra e di gestire il controllo dell’assetto dell’avamposto e dell’orbita sulla quale sarà posizionato, con la possibilità di variare quest’ultima al fine di fornire un accesso più rapido e semplice alla superficie lunare.

HALO sarà invece il modulo abitativo, costruito dalla Northrop Grumman Space Systems di Dulles in Virginia, nel quale risiederanno gli astronauti che visiteranno il Gateway. È costituito da una sezione pressurizzata nella quale saranno presenti tutti i supporti vitali di base e che fungerà da centro di comando e controllo dell’intera struttura. Permetterà inoltre di svolgere attività di ricerca scientifica, distribuirà l’energia prodotta dal modulo propulsivo, assicurerà il controllo termico della stazione e sarà infine dotato di diverse zone di attracco per supportare e gestire i futuri moduli e i veicoli che visiteranno il Gateway.

L’avamposto, molto più piccolo dell’attuale Stazione Spaziale Internazionale, sarà posizionato su una particolare orbita definita Near-rectilinear halo orbit, ovvero un’orbita halo quasi rettilinea con pericinzio e apocinzio a distanza rispettivamente di 3.000 e 70.000 km dalla superficie della Luna.

(vedi animazione  qui (https://youtu.be/jfCaac1ijRg )  

Le particolari condizioni “ambientali” in cui il Gateway si troverà permetteranno alla NASA e ai suoi partner internazionali di svolgere ricerche scientifiche e tecnologiche senza precedenti, sviluppando così competenze e conoscenze fondamentali per lo sviluppo dell’esplorazione umana dello spazio.

Ma quando poi dovremo presidiare e quindi vivere per mesi sulla superficie della Luna ci servirà una risorsa essenziale: l’acqua! Ma come si fa ad estrarre acqua dalla Luna?

Comprendere le fonti dell’acqua lunare è fondamentale per studiare la storia dell’evoluzione lunare, così come l’interazione del vento solare con la Luna e altri corpi senz’aria. Recenti osservazioni spettrali orbitali hanno rivelato che il vento solare è un significativo fattore esogeno dell’idratazione superficiale lunare. 

Ciò indica che l’abbondanza di acqua nelle regioni polari può essere saturata o integrata da altre possibili fonti, come il vento terrestre (particelle dalla magnetosfera, distinte dal vento solare), che possono compensare le perdite di diffusione termica mentre la Luna si trova all’interno della magnetosfera terrestre. Questo lavoro fornisce alcuni indizi per gli studi sui sistemi pianeta-luna, in base al quale il vento planetario funge da ponte che collega il pianeta con le sue lune.

Ma la fonte principale di acqua sottoforma di ghiaccio resta comunque la zona polare.

L’acqua lunare è stata trovata bloccata sotto forma di ghiaccio nei crateri freddi, permanentemente ombreggiati ai poli della Luna, e alla deriva sotto forma di gas nella sottilissima atmosfera lunare. Inoltre, abbiamo scoperto che l’acqua esiste in tracce sulla superficie della Luna, legata ai minerali lunari. Ma l’acqua lunare è più complicata della sua semplice presenza o assenza. Si pensa anche che la Luna abbia un ciclo dell’acqua: l’acqua viene continuamente creata o consegnata alla superficie della Luna, quindi distrutta o rimossa da essa.

Comprendere i processi di guida in questo ciclo ci consentirà di sfruttare al meglio le risorse della Luna e di approfondire la nostra comprensione della fisica che influenza i corpi rocciosi senz’aria in tutto il nostro sistema solare e oltre. Sulla base di esperimenti di laboratorio e osservazioni lunari, ecco la nostra comprensione finora:

Produzione.

Riteniamo che la produzione continua di acqua superficiale lunare possa essere in gran parte guidata dai protoni in arrivo (nuclei di idrogeno) dal vento solare, che poi si legano con l’ossigeno nei minerali lunari per formare l’acqua. Possono anche contribuire altri processi, come la produzione da fonti aggiuntive di protoni in arrivo o il rilascio episodico di acqua tramite comete e asteroidi.

Rimozione.

L’acqua sulla superficie lunare viene rimossa principalmente attraverso processi continui come la fotodissociazione, la decomposizione delle molecole d’acqua da parte della luce solare.

Con le ricche osservazioni recentemente prodotte da missioni come lo spettrometro Moon Mineralogy Mapper (M3) della NASA sulla sonda orbitante indiana Chandrayaan-1, siamo attualmente in una posizione eccellente per testare questa comprensione.

In una nuova pubblicazione guidata da Huizi Wang (Università di Shandong e Accademia delle scienze cinese), un team congiunto di fisici spaziali e scienziati planetari presenta un’esplorazione della produzione di acqua sulla superficie della Luna.

Produzione ventosa.

Mentre la Luna circonda la Terra, trascorre 3-5 giorni ogni mese al riparo dal vento solare dalla magnetosfera terrestre. Se i protoni in arrivo dal vento solare sono il motore principale della produzione di acqua lunare, sostengono Wang e collaboratori, le misurazioni dell’abbondanza di acqua lunare dovrebbero mostrare una diminuzione durante quei 3-5 giorni, supponendo che l’acqua continui a essere distrutta alla stessa velocità tramite la fotodissociazione .

Invece, gli autori scoprono che la spettroscopia di M3 non rivela alcun cambiamento nell’abbondanza di acqua sull’orbita lunare completa, nonostante le osservazioni mostrino il previsto calo dell’energia eolica solare in arrivo quando la Luna passa attraverso la magnetosfera terrestre.

Un’altra fonte potrebbe contribuire alla produzione di acqua sulla Luna, mantenendo costanti le abbondanze? Wang e collaboratori dimostrano che quando la Luna è protetta dal vento solare, i protoni in arrivo dal vento terrestre – un flusso più debole di particelle cariche dalla magnetosfera terrestre – potrebbero fornire i protoni necessari per mantenere le abbondanze d’acqua osservate sulla superficie della Luna.

Ci sono ancora molte domande aperte, ma il futuro riserva maggiori opportunità per affinare la nostra comprensione. La missione lunare cinese Chang’e 5 ha misurato con successo il materiale lunare e riportato campioni sulla Terra alla fine dell’anno scorso, e le missioni Artemis sulla Luna in programma forniranno presto ulteriori informazioni.

Rapporto di ricerca: “Il vento terrestre come possibile fonte esogena di idratazione della superficie lunare”.

Commento di Luigi Borghi.

Ecco l’articolo da:

https://www.moondaily.com/reports/How_to_Get_Water_on_the_Moon_999.html

https://aliveuniverse.today/flash-news/spazio-astronomia/5137-la-terra-rifornisce-acqua-sulla-luna

Astronautica

Andiamo a vivere sulla Luna o su Marte?

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Prima di tutto, Buona Pasqua!
La voglia di evadere è tanta, ma dobbiamo stare in casa. Spero di aiutarvi con queste considerazioni.
Il titolo di oggi è evidentemente una provocazione: meglio restare qui sulla Terra e mettersi in testa che è una sola e che la dobbiamo preservare.
Credo e spero che questa pandemia di positivo ci lasci una visione diversa del nostro futuro. Un futuro consapevole, equilibrato e sostenibile. Quello di prima non lo era. Non so come sarà, ma sara diverso!
Mi è venuta in mente questa provocazione perché, andando a fare la spesa in questi giorni di Covid-19, si vedono immagini surreali. Aria pulita, pochissima gente in giro e quei pochi che si vedono hanno tutti una mascherina sul viso. Certo che su Marte la “mascherina” sarebbe un tantino più pesante e sarebbe accompagnata da una robusta tuta termica. Però sulla Luna e su Marte i “coloni” dovrebbero restare il più possibile “in casa”, un po’ come facciamo noi adesso. Si esce solo per necessità, su un mezzo protetto (le nostre auto hanno aria condizionata e riscaldamento come i mezzi che scorrazzeranno su Marte) ed a trazione elettrica (io l’auto elettrica già ce l’ho anche qui sulla terra).
Un mondo ancora lontano ma che si sta avvicinando a grandi passi.
L’obiettivo dell’industria aerospaziale di oggi è quelle di studiare e sperimentare soluzioni tese realizzare colonie stabili, abitate ed operative al di fuori della Terra, portando da casa la minore quantità di merce possibile. Portare un KG di qualsiasi cosa nello spazio oggi costa parecchio: $20.000 in orbita bassa e $100.000 sulla Luna.
Quindi meno ne porti e meglio è. Bisogna tentare di sfruttare al massimo le risorse locali per produrre: materiale da costruzione; carburante per i razzi; energia e acqua. Sono queste le quattro voci che incidono parecchio sui costi di mantenimento di una colonia lunare. Componenti fondamentali che però oggi hanno già avuto risposte positive, almeno sulla Luna. L’acqua si trova in abbondanza, sotto forma di ghiaccio, all’interno dei crateri ai poli lunari.
Con l’acqua e l’energia dai pannelli solari si può ricavare idrogeno ed ossigeno, indispensabili per creare combustibili per razzi ed aria da respirare. L’ossigeno poi si può ricavare anche dalla stessa regolite di superficie senza dover “consumare” della preziosissima acqua.
L’articolo che vi propongo oggi riguarda la ricerca avanzata per usare la regolite come materiale da costruzione e l’urina umana come collante.
Si avete capito bene: urina! Non spaventatevi. Noi qui sulla Terra, senza dover andare nella stazione spaziale (ISS), già siamo sottoposti a questo processo: la pipi di oggi, di chiunque di noi, servirà a produrre la tazza di tè che berremo domani.
È un processo lungo ma inevitabile. Sulla Terra impiega decenni o secoli, mentre sulla ISS il ciclo si chiude in pochi giorni, ma alla fine l’urina diventa acqua potabile. Quindi se in futuro la useremo anche per tenere legati dei polimeri in una specie di “igloo” lunare, non sarà di certo un problema.

Rappresentazione artistica di un robot lunare mentre stampa in 3D la copertura di una cupola. Credit: ESA.

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