Exploração espacial: os cientistas querem transformar a Lua em um posto de combustível

De uma forma ou de outra, os seres humanos estão voltando à Lua. E desta vez, eles vão ficar. Tanto os Estados Unidos quanto a China planejam construir suas próprias bases lunares no polo sul da Lua. 

Essa localização não é aleatória; acredita-se que ela contenha reservas preciosas de água, seja na forma de gelo, água subterrânea ou ambos. Essas reservas poderiam ser usadas para hidratar astronautas, cultivar plantações e fabricar combustível para foguetes.

Essa última aplicação, de produção de combustíveis, pode parecer surpreendente, mas a química é bastante básica. Isso porque a água é composta por hidrogênio e oxigênio. Quando liquefeitos, esses dois elementos podem inflamar-se e ser usados para propulsionar naves espaciais de forma muito eficaz.

Se essa alquimia funcionar na Lua, isso tornaria o polo sul lunar mais do que apenas um posto de pesquisa científica. Ele se tornaria um depósito de combustível, capaz de fabricar seu próprio propelente, em vez de ter que enviá-lo da Terra a um custo elevado. E isso tornaria a viagem a Marte consideravelmente mais fácil.

“Os benefícios da produção abundante de propelente na superfície lunar são enormes”, afirma George Sowers, engenheiro mecânico da Escola de Minas do Colorado. “A água é o petróleo do espaço.”

Nenhuma das tecnologias necessárias para transformar água em combustível é fruto da ficção científica; todas elas já existem de uma forma ou de outra, mas só foram utilizadas adequadamente na Terra.

A baixa gravidade e a natureza extrema do polo sul lunar são condições bastante diferentes das do nosso planeta. “Não temos ideia se isso funcionará nessas condições”, afirma Paul Zabel, pesquisador do Instituto de Sistemas Espaciais DLR em Bremen, na Alemanha. E só há uma maneira de descobrir.

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Como encontrar água na Lua

O primeiro passo será descobrir onde está escondida a água da Lua. Os astronautas ainda não exploraram o polo sul lunar — e, embora evidências de sondas orbitais da Nasa e da agência espacial indiana tenham determinado que ele contém água, talvez não haja uma abundância dela.

Quando atingida pela luz solar, a superfície lunar pode chegar a 121°C, enquanto na escuridão pode cair para -245°C. Mesmo nas partes particularmente frias da Lua, qualquer gelo se vaporiza e escapa para o espaço, pois não há atmosfera para mantê-lo na superfície lunar.

Alguns dos locais mais promissores são conhecidos como regiões permanentemente sombreadas, partes da superfície lunar — muitas vezes crateras íngremes e profundas — que nunca são expostas à luz solar e são alguns dos lugares mais frios do universo. Essas áreas “são a melhor chance de encontrar grandes quantidades de água que podem realmente ser usadas como recursos”, afirma Julie Stopar, cientista sênior do Instituto Lunar e Planetário.

Mas dentro desses abismos obscuros, não espere encontrar geleiras. “A água não está realmente lá como uma pista de gelo. Ela está misturada ao solo”, diz Stopar. “Há algumas evidências de geada na superfície, mas não será um volume muito grande.”

Mesmo que essas crateras de escuridão perpétua estejam cheias de água, elas seriam locais altamente precários para os astronautas explorarem, mesmo com rovers lunares de alta tecnologia transportando seus equipamentos científicos e de mineração. “É questionável se podemos entrar lá com um rover”, diz Zabel.

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“Cozinhar” as rochas lunares para extrair água

No entanto, se a água no solo lunar for acessível e abundante o suficiente, ela poderá ser extraída. E há várias maneiras que os engenheiros propuseram para fazer isso — a maioria delas envolve aquecer a rocha para expelir a água presa nela.

“Se houver gelo suficiente perto da superfície, então o calor pode ser aplicado diretamente na superfície e o vapor capturado sob uma cúpula chamada tenda de captura”, diz Sowers. O vapor é então coletado em um recipiente frio chamado armadilha fria, onde se transforma em gelo utilizável.

Apesar de ser um dos lugares mais frios do Cosmos, a superfície da Lua pode um dia ter várias fontes de calor. A luz solar refletida é uma opção. Alternativamente, tanto os Estados Unidos quanto a China também planejam colocar reatores nucleares na Lua para não dependerem da energia solar — que pode ser um pouco instável no polo sul lunar — para sustentar suas bases. As reações de fissão que dividiriam os átomos para alimentar essas usinas também produzem excesso de calor que poderia ser aproveitado para a extração de água. 

Nos últimos anos, agências espaciais e parceiros da indústria criaram diferentes maneiras de usar o calor para recuperar o gelo lunar. Uma proposta seria utilizar um motor de foguete, preso sob uma cúpula pressurizada, para escavar crateras mais profundas e extrair mais água do que outros métodos permitiriam. 

Embora se concentre mais em Marte, a Nasa também tem seu próprio conceito de “poeira para propulsão”, no qual robôs autônomos cavariam o solo extraterrestre, transportariam para uma instalação de processamento e aqueceriam em fornos para remover a água.

Uma das tecnologias de extração de água mais promissoras é uma cortesia de um projeto da Agência Espacial Europeia chamado LUWEX (abreviação de Lunar Water Extraction, ou Extração de Água Lunar) — e já existe um protótipo funcional. Robôs de mineração autônomos ou astronautas despejariam solo gelado na boca do aparelho. 

Zabel, gerente do projeto LUWEX, explica que aquecer rochas lunares congeladas é bastante difícil, devido à falta de atmosfera na Lua e às temperaturas superficiais já assustadoramente baixas. É por isso que o cadinho do LUWEX agita e gira o solo lunar, o que o grelha com mais eficiência e remove o gelo. 

A partir daí, uma armadilha fria captura a água liberada e a transfere para um liquefator, pronta para ser usada. Bem, quase pronta: nesta fase, a água ainda está poluída por partículas extremamente finas de poeira lunar, semelhantes a vidro. “Tem uma aparência leitosa, como leite cinza”, diz Zabel. Felizmente, os engenheiros que trabalham no projeto também projetaram um purificador que parece fazer maravilhas. “Alcançamos a qualidade da água potável.” 

Transformando água em gases inflamáveis 

Por fim, a água precisa ser separada em hidrogênio e oxigênio por meio de um processo conhecido como eletrólise, no qual correntes elétricas rompem as ligações moleculares entre esses dois elementos.

Existem várias versões desse processo que funcionam na Terra. No Espaço, houve menos demonstrações dessa tecnologia, mas vários laboratórios a testaram em vácuos superfrios — uma simulação da superfície lunar. E o experimento Moxie do rover Perseverance da Nasa mostrou que é possível usar a eletrólise para separar o oxigênio respirável do dióxido de carbono tóxico em Marte.

Mas mesmo a água potável não é boa o suficiente para ser separada eletricamente em hidrogênio e oxigênio; ainda há muitas impurezas químicas nela para produzir um combustível limpo. Para o LUWEX, “precisaríamos adicionar outra etapa de polimento”, diz Zabel. Ele observa que tecnologias de purificação de água extremamente eficazes são comuns na Terra. “Só precisa ser transformada em tecnologia para o espaço.”

Então, quando você tiver sua água cristalina, poderá extrair o hidrogênio e o oxigênio dela por meio de um processo de ionização. “Por fim, os gases são liquefeitos e armazenados como propelentes de hidrogênio líquido e oxigênio líquido”, diz Sowers.

Zabel espera que, em alguns anos, a LUWEX chegue ao polo sul lunar. “Seria ótimo produzir um litro de água na Lua como demonstração da tecnologia”, diz ele.

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O gás barato pode impulsionar a próxima corrida espacial

Ainda estamos muito longe de ter o que seriam efetivamente postos de abastecimento no polo sul lunar. Mas se a corrida espacial entre a China e os Estados Unidos realmente esquentar, como se espera, então o rápido desenvolvimento tecnológico não ficará muito atrás.

“Há muita engenharia excelente e muitas ideias excelentes”, comenta Stopar. “Alguém precisa dar o primeiro passo.”

Quando as primeiras bases lunares forem instaladas e os astronautas passarem mais do que apenas alguns dias ou semanas lá, a maior parte do que eles precisarão para sobreviver será enviada da Terra. Mas, com o tempo, essas bases precisarão se tornar autossustentáveis, porque lançar qualquer coisa da Terra custa uma quantia enorme de dinheiro, devido à forte atração gravitacional do nosso planeta e à necessidade de usar grandes quantidades de combustível de foguete para escapar dela.

Mas a Lua tem baixa gravidade e nenhuma atmosfera para atravessar. Portanto, lançar foguetes de lá é mais fácil — e mais barato — do que lançar qualquer coisa da Terra. 

Por que não usar o polo sul lunar como base para futuras explorações do Sistema Solar? Principalmente porque isso exigiria consideravelmente menos combustível no geral, “o custo de uma única missão tripulada a Marte pode ser reduzido em US$ 12 bilhões usando propelente lunar”, diz Sowers.

E não serão apenas os foguetes que usarão esse propelente à base de água. Você poderia “colocá-los em células de combustível para alimentar os automóveis rovers lunares”, afirma Zabel. Você poderia usá-los para sustentar máquinas que consomem muito mais energia e que não podem ser alimentadas de forma confiável por células solares ou de forma segura por reatores de fissão nuclear.

E o que funcionar na Lua provavelmente também funcionará em outros lugares do Espaço. Tornar a superfície lunar um ambiente autossustentável será útil. Mas, para que os astronautas permaneçam no Planeta Vermelho, esse tipo de sistema será essencial. “Toda a arquitetura da Lua a Marte depende de parte disso ser demonstrado na superfície lunar”, diz Stopar.

Mas mesmo que se torne possível fabricar água potável em massa e, por sua vez, combustível para foguetes na Lua, isso deixa um problema bastante delicado sem uma solução clara. “Os recursos não são infinitos”, comenta Zabel. É fácil imaginar uma situação em que a China e os Estados Unidos estejam competindo para encontrar e extrair essa água inestimável antes um do outro, no mesmo canto apertado da Lua.

“Pode haver um conflito em algum momento”, conclui Zabel.