Sierra Space: los astronautas podrán respirar en la Luna gracias al regolito

En el Centro Espacial Johnson de la NASA, ingenieros de la compañía Sierra Space probaron una tecnología para obtener oxígeno a partir del suelo lunar . Dentro de una enorme cámara esférica que simula las condiciones en la superficie del satélite terrestre, se instaló un equipo metálico plateado cubierto de múltiples cables de colores. Este dispositivo está diseñado para procesar regolito, una mezcla de polvo y grava afilada que químicamente es idéntica a la roca lunar.

El experimento comenzó después de que todos los especialistas abandonaron la cámara. El equipo extrajo pequeñas porciones de regolito artificial, calentándolo gradualmente a temperaturas extremas de más de 1650 grados Celsius. A esa temperatura, el suelo se transformó en una masa viscosa, y al añadir reactivos específicos, comenzaron a formarse burbujas que contenían moléculas con oxígeno.

La cámara esférica de prueba puede reproducir con precisión la presión y temperatura de la superficie lunar, creando el vacío necesario. Según Brant White, director del programa de Sierra Space, el equipo realizó todas las pruebas posibles en condiciones terrestres. Ahora se enfrentan al paso más importante: probar la tecnología directamente en la Luna.

El desarrollo de Sierra Space no es único. Muchos equipos de investigación trabajan en tecnologías de soporte vital para futuras bases lunares. Los astronautas necesitarán oxígeno no solo para respirar, sino también como oxidante en el combustible de los cohetes que partirán de la superficie lunar hacia otros destinos espaciales, incluido Marte. Además, el polvo lunar podría utilizarse para extraer diversos metales y fabricar materiales in situ.

Si los planes se concretan, sería posible ahorrar miles de millones de dólares en la transportación de recursos desde la Tierra. Afortunadamente, el regolito lunar contiene una gran cantidad de óxidos metálicos. Sin embargo, el proceso de extracción de oxígeno, aunque bien desarrollado en la Tierra, será más complicado de implementar en la Luna.

Uno de los mayores desafíos es la estructura extremadamente abrasiva del regolito. Los ingenieros tuvieron que modificar repetidamente el diseño del equipo, ya que las partículas afiladas penetran en todos los componentes y desgastan rápidamente los mecanismos. Además, un factor crítico es la gravedad lunar, que es solo una sexta parte de la terrestre y no puede reproducirse ni en la Tierra ni en órbita.

Las pruebas de Sierra Space en condiciones reales en la superficie lunar, utilizando regolito auténtico, están programadas no antes de 2028, cuando la NASA, en el marco de la misión Artemis, enviará astronautas al satélite. Hasta entonces, los científicos deben confiar en simulaciones por computadora y experimentos de laboratorio.

El investigador Paul Burke, de la Universidad Johns Hopkins, destaca que la baja gravedad podría complicar significativamente el funcionamiento de algunos sistemas. En abril, su equipo publicó resultados de simulaciones por computadora que muestran cómo afecta la baja gravedad al proceso de electrólisis del regolito fundido, uno de los métodos directos para extraer oxígeno.

El problema radica en que, en la superficie de los electrodos sumergidos profundamente en el regolito fundido, se forman burbujas frías. Este material fundido, cuya consistencia es similar a la miel, es muy viscoso. En condiciones de baja gravedad, las burbujas ascienden mucho más lentamente y pueden quedarse adheridas a los electrodos, interrumpiendo el proceso.

Para resolver este problema, los investigadores proponen varios enfoques. Una opción es utilizar vibraciones en todo el equipo para desprender las burbujas. Otra es emplear electrodos especialmente lisos, que permitan que el aire se desprenda con mayor facilidad.

Sierra Space aplica un método completamente diferente: el proceso carbotérmico. En su tecnología, las burbujas de oxígeno se forman libremente en todo el volumen del material fundido, y no solo en la superficie de los electrodos, lo que reduce considerablemente el riesgo de que se queden atrapadas. Aunque este proceso requiere añadir carbono, los ingenieros aprendieron a reutilizarlo después de cada ciclo.

Burke intentó calcular cuánto oxígeno sería necesario para operar una base lunar. Según sus estimaciones, un astronauta requiere diariamente la cantidad de oxígeno contenida en 2-3 kilogramos de regolito, dependiendo de su nivel de actividad física. Sin embargo, los sistemas de soporte vital reciclarán y purificarán constantemente el aire exhalado, lo que reducirá significativamente la necesidad de producir oxígeno para respirar.

Aun así, la mayor parte del oxígeno producido se utilizará como oxidante para el combustible. Las naves espaciales podrán reabastecerse en la base lunar antes de realizar misiones prolongadas.

Palak Patel, estudiante de doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, y su equipo están desarrollando un sistema alternativo de electrólisis del regolito fundido. Su dispositivo permite obtener simultáneamente oxígeno y metales. "Nuestro objetivo principal es minimizar la dependencia de los suministros desde la Tierra", explica la investigadora.

Para evitar que las burbujas se atasquen en condiciones de baja gravedad, el equipo de Patel implementó otra solución innovadora: un emisor ultrasónico. Las ondas sonoras separan eficazmente las burbujas de la superficie de los electrodos. En el futuro, estos dispositivos podrían extraer hierro, titanio y litio del regolito, metales útiles para la impresión 3D de piezas de repuesto tanto para la base lunar como para las naves espaciales.

Durante experimentos adicionales, Patel descubrió otra posible aplicación del regolito lunar. Al fundir un simulador de regolito, se obtiene un material similar al vidrio, de color oscuro y muy resistente. Este material podría utilizarse para fabricar ladrillos huecos con alta resistencia. Estos bloques de construcción podrían convertirse en la base de diversas estructuras en la Luna, sólidas y monolíticas.