El lanzamiento de la misión Artemis I, que podremos seguir desde España el próximo 14 de noviembre si no surgen nuevos problemas, iniciará una nueva etapa en la exploración espacial, una que busca establecer una presencia humana permanente en la Luna. En ello están trabajando también otras agencias espaciales, como la china, que el año pasado llevó a cabo la misión Chang'e-5 para conseguir hasta 1,7 kilos de muestras de suelo lunar. 

Hasta que puedan hacerse realidad proyectos tan futuristas como The Glass, la colonia espacial que replicará la gravedad terrestre para poder vivir en la Luna, lo que buscan los científicos es aprovechar los recursos disponibles en el satélite terrestre para permitir una estancia prolongada de seres humanos. En ese sentido, las limitadas reservas de oxígeno y combustible son algunos de los desafíos más importantes a superar para que estos asentamientos sean factibles.

Con ese objetivo, un equipo de investigación conjunto de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Nanjing y la Academia China de Tecnología Espacial han estado estudiando la posibilidad de utilizar el polvo lunar obtenido por la misión Chang'e-5 en 2021 como catalizador para producir estos dos elementos imprescindibles para una presencia humana sostenida en la Luna.

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Muestras lunares

Con Chang'e-5, China se convirtió en el tercer país del mundo en traer muestras lunares después de Estados Unidos y Rusia. Desde agosto de 1976, cuando la nave Luna 24 no tripulada de la Unión Soviética trajo a la Tierra 170,1 gramos de muestras lunares, no se producía un hito similar, que los científicos chinos están intentando aprovechar al máximo.

Antes de utilizar algunas de estas preciadas muestras, proporcionadas por la Administración Nacional del Espacio de China (CNSA), los científicos ya habían demostrado la posibilidad de combinar la energía fotovoltaica y la electrocatálisis (un proceso químico que implica la oxidación o la reducción mediante la transferencia directa de electrones a un sólido) para obtener combustibles y oxígeno utilizando CO2 y agua como materias primas. Y gracias a la presencia en la superficie lunar de considerables reservas de estos dos elementos, han querido dar un paso más allá.

La extracción de suelo lunar durante la misión Chang'e-5 CSNA Omicrono

Así, en un artículo publicado por la revista internacional National Science Review, los responsables de esta iniciativa han demostrado la posibilidad de utilizar el polvo lunar de la misión Chang'e-5 como catalizador para impulsar la conversión del CO2 y producir tanto oxígeno como gas metano, que puede ser utilizado como combustible ya que está basado en hidrocarburos.

"La utilización in situ de los recursos del suelo lunar para lograr la producción de combustible y oxígeno extraterrestre es vital para que el ser humano pueda llevar a cabo misiones de explotación de la Luna", afirma el químico Yujie Xiong, uno de los autores principales de este estudio. "Teniendo en cuenta que los recursos humanos en los emplazamientos extraterrestres son limitados, propusimos emplear un sistema robótico para realizar toda la configuración del sistema de conversión electrocatalítica de CO2".

Imágenes del robot que convierte polvo lunar en oxígeno y metano Science China Press Omicrono

Los primeros asentamientos humanos extraterrestres, tanto en la Luna como en Marte, serán muy reducidos y tendrán asignadas numerosas tareas, por lo que necesidades constantes, como el oxígeno y el combustible para generar energía, deberían automatizarse lo antes posible. Por eso, el equipo de Xiong ha querido desarrollar un sistema robotizado para esa conversión electrocatalítica de CO2. 

Para cumplir sus requisitos operativos, los científicos intentaron simplificar el sistema lo máximo posible y que sea el propio robot el que lleve a cabo todos los procesos. "Debido a la compleja configuración del sistema, el funcionamiento sin personal del sistema de conversión de CO2 se considera uno de los cuellos de botella para realizar la aplicación de la tecnología". explica Yujie Xiong.

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Tampoco hay que lanzar las campanas al vuelo: el proceso catalítico utiliza el cobre presente en las muestras recogidas, y no es uno de los elementos más abundantes en el suelo lunar, que tiene sobre todo hierro. Además, este primer robot desarrollado para llevar a cabo las pruebas no está diseñado para trabajar en un entorno tan hostil como la Luna, con abundante polvo y una gravedad más débil que la de la Tierra.

Recursos in situ

El estudio de los científicos chinos debe entenderse dentro del contexto de las investigaciones en torno a la ISRU, acrónimo en inglés de la utilización de recursos in situ. Para garantizar una permanencia prolongada de seres humanos en hábitats extraterrestres es imprescindible el desarrollo de sistemas similares, ya que en caso contrario existiría una peligrosa y carísima dependencia de suministros enviados desde la Tierra.

Muestras de regolito lunar de la misión Chang'e-5 Hui Ren - Wikimedia Commons Omicrono

Una de las ideas más extendidas es la de utilizar el regolito —la capa de materiales no consolidados en la superficie lunar— para 'fabricar' herramientas y hasta los propios hábitats de los astronautas gracias a la impresión 3D. En eso están trabajando los responsables del proyecto Redwire Regolith Print (RRP) que, en colaboración con la NASA, han puesto a prueba este sistema en la Estación Espacial Internacional (ISS) para determinar si los materiales son aptos para las condiciones que presenta el espacio. 

Otro proyecto de gran escala de la NASA, que implica el uso de reactores de fisión nuclear para proveer de electricidad a los equipos e instrumentación de futuras estaciones lunares, también contempla la creación de un ecosistema energético necesario para "poder operar rovers, realizar experimentos y usar los recursos para producir agua, propelente y otros suministros de la vida", como el oxígeno.

Redwire Regolith Print, la primera impresora 3D en el espacio Redwire Omicrono

Y aquí volvemos a recurrir al regolito, compuesto hasta en un 45% de oxígeno que gracias a los óxidos de sílice, aluminio, hierro y magnesio que pueblan la superficie lunar en forma de minerales. Para extraerlo, los científicos de la NASA han llegado a la misma conclusión que los chinos: es necesario un proceso de electrólisis para separar los componentes. 

"En la Luna el oxígeno sería el producto principal y el aluminio -o cualquier otro metal- extraído se convertiría en el subproducto potencialmente útil", admite John Grant, profesor de ciencias del suelo de la Universidad Southern Cross, en The Conversation. El problema es que es un proceso "que consume mucha energía" y que para ser sostenible debería "estar respaldado por energía solar u otras fuentes de energía disponibles en la Luna".

Rocket Mining System Masten

El tercer elemento imprescindible para una estancia duradera en la Luna es el agua. Y para eso existen soluciones como la propuesta por Masten Space y su Rocket Mining System, que utiliza la propulsión de los cohetes para realizar labores mineras en la Luna. "Este método altera el suelo lunar con una serie de columnas de cohetes que fluidizan el regolito de hielo al exponerlo a un calentamiento convectivo directo", explican desde la compañía. 

Se espera que el sistema de minería lunar sea capaz de realizar 12 cráteres por día con una producción estimada de unos 100 kilogramos de hielo por cada uno de ellos. Además, una vez almacenada, el agua se puede electrolizar para conseguir oxígeno e hidrógeno usando energía solar para retroalimentar al cohete, que tendría una vida útil estimada de 5 años.

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