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L'Italia costruirà le case su Marte, ecco il progetto
di Elena Re Garbagnati, 27 febbraio, 2014 10:03
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L'Italia potrebbe avere un ruolo determinante nella colonizzazione umana di Marte: i ricercatori dell'Università di Cagliari hanno già depositato i brevetti per la costruzione delle abitazioni e la produzione di ossigeno.
Andremo su Marte, e la tecnologia italiana sarà protagonista. Nel 2020 i rover ci precederanno, poi nel 2030 sarà la volta dell'uomo. Di ipotesi su come arrivare e come vivere in un ambiente tanto avverso se ne fanno quasi ogni giorno, e noi stiamo spesso con gli occhi puntati sulla NASA per cogliere la scoperta che segnerà la svolta.
Ma dobbiamo imparare a guardare un po' di più in casa nostra, perché anche qui le idee ci sono e a volte brillano più delle altre. Parliamo in particolare del progetto COSMIC, coordinato dal professor Giacomo Cao, ordinario di Principi di ingegneria chimica presso il dipartimento Ingegneria meccanica, chimica e dei materiali dell'Università di Cagliari, e responsabile del Programma Bioingegneria del CRS4 (Centro ricerca Parco tecnologico Sardegna, Pula) e finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana. Sono coinvolti anche partner importanti come il Dipartimento Energia e Trasporti del CNR (DET-CNR), l'Istituto Tecnico Industriale "Enrico Fermi" di Fuscaldo (CS) e COREM Srl.
Appuntamento al 2030 per il viaggio su Marte
Cao e il suo staff hanno registrato in Europa, Stati Uniti, Cina, Russia, India e Giappone due brevetti, di cui quello PCT/IB2012/053754 sul "procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ". In sostanza si tratta di un brevetto che "riguarda un procedimento per ottenere sostanze quali ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, fertilizzanti azotati e biomassa edibile, utili al sostentamento degli astronauti durante le missioni spaziali permanenti su Marte, utilizzando risorse reperibili in loco".
Gli inventori del brevetto, oltre al professore Cao, sono Alessandro Concas (CRS4), Gianluca Corrias (UNICA), Roberta Licheri (UNICA), Roberto Orrù (UNICA) e Massimo Pisu (CRS4).
Il Professor Giacomo Cao
Le nazionalizzazioni interessano Paesi che potrebbero concorrere alla realizzazione di missioni su Marte e che, quindi potrebbero utilizzare le tecnologie brevettate. Il brevetto potrebbe rientrare nelle strategie NASA per le missioni su Marte, e s'inserisce a pieno titolo tra i settori di applicazione che la NASA ha definito con gli acronimi ISFR (In Situ Fabrication and Repair) e ISRU (In Situ Resource Utilisation), che hanno l'obiettivo di consentire alle missioni spaziali con presenza umana di estrarre e utilizzare le risorse reperibili sul posto (Luna o Marte), senza doverli trasportare in abbondanza dalla Terra, e di realizzare materiali e strumenti per intervenire su piattaforme orbitanti.
Vediamo in dettaglio di cosa si tratta grazie alla disponibilità del professor Cao che ha risposto alle nostre domande.
2. Le abitazioni su Marte
Le abitazioni su Marte
Di abitazioni su Marte si è parlato molto, e l'idea che ci è rimasta più impressa è quella delle caverne in fibra di basalto proposte dal progetto avveniristico di alcuni architetti. Il professore Cao pensa a qualcosa di profondamente diverso, che si vede anche nel seguente filmato.
[video] 2. Le abitazioni su Marte Le abitazioni su Marte Di abitazioni su Marte si è parlato molto, e l'idea che ci è rimasta più impressa è quella delle caverne in fibra di basalto proposte dal progetto avveniristico di alcuni architetti. Il professore Cao pensa a qualcosa di profondamente diverso, che si vede anche nel seguente filmato.[/video]
Il professore ci spiega che il progetto del basalto si riallaccia all'idea di usare dei robot deputati a scavare la roccia per la realizzazione di abitazioni ricavate nelle caverne. Cao e il suo gruppo di lavoro hanno sviluppato nell'ambito del progetto COSMIC due brevetti italiani e altrettanti internazionali che si basano su un principio differente.
Il primo in particolare, che risale al 2010, prevede la realizzazione di elementi strutturali sulla Luna e su Marte, sfruttando il suolo lunare e quello marziano. "Abbiamo ritenuto di non dover scavare come suggeriscono i colleghi architetti, ma usare e recuperare quelle sostanze che sono già presenti sul suolo lunare e marziano".
Queste sostanze sono ilmenite (un ossido misto di ferro e titanio) e ossido di ferro, estratti rispettivamente dal suolo lunare e da quello marziano, perché il brevetto riguarda installazioni umane sia sulla Luna sia su Marte. "Non abbiamo proprio pensato a una tecnologia di scavo per una scelta concettualmente diversa. Ben venga che ci sia qualcun altro che ipotizzi delle soluzioni alternative. È ragionevole immaginare che da qui a qualche tempo si arrivi a una spedizione umana su Marte, e certamente prima di arrivarci ci saranno da fare dei passaggi intermedi, e quindi tutte le tecnologie dovranno essere testate sul suolo marziano con dei lander specifici".
Sul suolo lunare si trova ilmenite
Il riferimento è a Curiosity 2 ed ExoMars, al momento in progettazione. "L'aspetto rilevante è che ci si aspetta che nel 2020 un lander marziano entrerà in azione, il che sta a significare che sulla piattaforma ci saranno un certo numero di tecnologie che saranno testate. Sono del parere che più sono le idee e le tecnologie in questo senso e meglio è".
L'idea del professor Cao è quella di comporre una struttura di dimensioni variabili a seconda delle necessità, che ospiti sia i coloni umani sia le coltivazioni. Il brevetto prevede l'uso di pannelli solari come unica fonte per l'apporto energetico e la realizzazione di elementi strutturali per mezzo di una tecnologia di sintesi autopropagante ad alta temperatura.
Partiamo proprio da questa tecnologia: in cosa consiste e come si realizza la struttura?
"La tecnologia nasce nel 1972 in Russia e sostanzialmente è molto usata sulla Terra. Per fare un esempio pensiamo alla pasta abrasiva che contiene particelle di una determinata sostanza, tipicamente carburo di titanio. Questo materiale è forse l'esempio più conclamato e noto di reazione autopropagante. Immaginate di mescolare della polvere di carbonio e della polvere di titanio, di conformare un cilindretto di questa polvere pressandolo. Immaginate poi di innescare una reazione semplicemente fornendo una determinata quantità di calore a questa miscela. L'energia fornita alla base di questo cilindretto innesca la reazione tra il carbonio e il titanio. Una volta che la fonte energetica che ha costituito l'innesco non è più operativa la quantità di calore che viene sviluppata dalla reazione fra il carbonio e il titanio è in grado da sola (ecco l'auto propagazione) di riscaldare le parti sottostanti della miscela e far avanzare questa reazione che quindi si propaga spontaneamente lungo il cilindro stesso.
Ilmenite
È l'esempio più semplice tra le possibili reazioni autopropaganti, che prevedono il raggiungimento di alte temperature. Le reazioni autopropaganti ad alta temperatura trovano applicazioni in svariati Paesi tra cui l'Italia, che in questo momento è un punto di riferimento internazionale su questa tipologia di reazioni. A Cagliari abbiamo fondato a metà degli anni '90 il Centro studi per le reazioni autopropaganti ad alta temperatura e nel 2007 sono stato premiato tra i leader mondiali di questa tecnologia".
All'atto pratico come costruiamo, una volta arrivati sulla Luna o su Marte, l'impianto abitabile?
"Abbiamo affrontato l'argomento della produzione di quelli che la stampa ha voluto soprannominare 'mattoncini' e che io più enfaticamente chiamo elementi strutturali. La realizzazione di questi elementi passa attraverso una serie di stadi che prevedono innanzitutto l'arricchimento del suolo lunare in ilmenite, che è presente attorno al 15% e che deve essere portata con una particolare tecnica a maggiori concentrazioni. Una volta fatto questo si può passare a utilizzare il suolo lunare così arricchito per innescare delle reazioni autopropaganti. La stessa cosa si può fare su Marte, però in quel caso bisogna arricchire il suolo marziano di ossido di ferro.
Fatto questo si possono realizzare - come abbiamo dimostrato - mattoncini delle dimensioni e forme che si desiderano. Il nostro intendimento è che una volta realizzati un certo numero di elementi strutturali si possa procedere a costruire la struttura, con un lavoro di incastro".
Edificio marziano
Cao è stato in passato coordinatore di un progetto europeo che aveva come obiettivo quello di studiare come le reazioni auto propaganti ad alta temperatura fossero in una qualche maniera influenzate dalla gravità. Esperimenti condotti a bordo di voli parabolici hanno dimostrato nel 2010 che la tecnica proposta per la produzione di elementi strutturali non è influenzata dalla gravità ridotta, pertanto potrà essere sviluppata in vista di future missioni per l'esplorazione umana dello spazio.
di Elena Re Garbagnati, 27 febbraio, 2014 10:03
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L'Italia potrebbe avere un ruolo determinante nella colonizzazione umana di Marte: i ricercatori dell'Università di Cagliari hanno già depositato i brevetti per la costruzione delle abitazioni e la produzione di ossigeno.
Andremo su Marte, e la tecnologia italiana sarà protagonista. Nel 2020 i rover ci precederanno, poi nel 2030 sarà la volta dell'uomo. Di ipotesi su come arrivare e come vivere in un ambiente tanto avverso se ne fanno quasi ogni giorno, e noi stiamo spesso con gli occhi puntati sulla NASA per cogliere la scoperta che segnerà la svolta.
Ma dobbiamo imparare a guardare un po' di più in casa nostra, perché anche qui le idee ci sono e a volte brillano più delle altre. Parliamo in particolare del progetto COSMIC, coordinato dal professor Giacomo Cao, ordinario di Principi di ingegneria chimica presso il dipartimento Ingegneria meccanica, chimica e dei materiali dell'Università di Cagliari, e responsabile del Programma Bioingegneria del CRS4 (Centro ricerca Parco tecnologico Sardegna, Pula) e finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana. Sono coinvolti anche partner importanti come il Dipartimento Energia e Trasporti del CNR (DET-CNR), l'Istituto Tecnico Industriale "Enrico Fermi" di Fuscaldo (CS) e COREM Srl.
Appuntamento al 2030 per il viaggio su Marte
Cao e il suo staff hanno registrato in Europa, Stati Uniti, Cina, Russia, India e Giappone due brevetti, di cui quello PCT/IB2012/053754 sul "procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ". In sostanza si tratta di un brevetto che "riguarda un procedimento per ottenere sostanze quali ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, fertilizzanti azotati e biomassa edibile, utili al sostentamento degli astronauti durante le missioni spaziali permanenti su Marte, utilizzando risorse reperibili in loco".
Gli inventori del brevetto, oltre al professore Cao, sono Alessandro Concas (CRS4), Gianluca Corrias (UNICA), Roberta Licheri (UNICA), Roberto Orrù (UNICA) e Massimo Pisu (CRS4).
Il Professor Giacomo Cao
Le nazionalizzazioni interessano Paesi che potrebbero concorrere alla realizzazione di missioni su Marte e che, quindi potrebbero utilizzare le tecnologie brevettate. Il brevetto potrebbe rientrare nelle strategie NASA per le missioni su Marte, e s'inserisce a pieno titolo tra i settori di applicazione che la NASA ha definito con gli acronimi ISFR (In Situ Fabrication and Repair) e ISRU (In Situ Resource Utilisation), che hanno l'obiettivo di consentire alle missioni spaziali con presenza umana di estrarre e utilizzare le risorse reperibili sul posto (Luna o Marte), senza doverli trasportare in abbondanza dalla Terra, e di realizzare materiali e strumenti per intervenire su piattaforme orbitanti.
Vediamo in dettaglio di cosa si tratta grazie alla disponibilità del professor Cao che ha risposto alle nostre domande.
2. Le abitazioni su Marte
Le abitazioni su Marte
Di abitazioni su Marte si è parlato molto, e l'idea che ci è rimasta più impressa è quella delle caverne in fibra di basalto proposte dal progetto avveniristico di alcuni architetti. Il professore Cao pensa a qualcosa di profondamente diverso, che si vede anche nel seguente filmato.
[video] 2. Le abitazioni su Marte Le abitazioni su Marte Di abitazioni su Marte si è parlato molto, e l'idea che ci è rimasta più impressa è quella delle caverne in fibra di basalto proposte dal progetto avveniristico di alcuni architetti. Il professore Cao pensa a qualcosa di profondamente diverso, che si vede anche nel seguente filmato.[/video]
Il professore ci spiega che il progetto del basalto si riallaccia all'idea di usare dei robot deputati a scavare la roccia per la realizzazione di abitazioni ricavate nelle caverne. Cao e il suo gruppo di lavoro hanno sviluppato nell'ambito del progetto COSMIC due brevetti italiani e altrettanti internazionali che si basano su un principio differente.
Il primo in particolare, che risale al 2010, prevede la realizzazione di elementi strutturali sulla Luna e su Marte, sfruttando il suolo lunare e quello marziano. "Abbiamo ritenuto di non dover scavare come suggeriscono i colleghi architetti, ma usare e recuperare quelle sostanze che sono già presenti sul suolo lunare e marziano".
Queste sostanze sono ilmenite (un ossido misto di ferro e titanio) e ossido di ferro, estratti rispettivamente dal suolo lunare e da quello marziano, perché il brevetto riguarda installazioni umane sia sulla Luna sia su Marte. "Non abbiamo proprio pensato a una tecnologia di scavo per una scelta concettualmente diversa. Ben venga che ci sia qualcun altro che ipotizzi delle soluzioni alternative. È ragionevole immaginare che da qui a qualche tempo si arrivi a una spedizione umana su Marte, e certamente prima di arrivarci ci saranno da fare dei passaggi intermedi, e quindi tutte le tecnologie dovranno essere testate sul suolo marziano con dei lander specifici".
Sul suolo lunare si trova ilmenite
Il riferimento è a Curiosity 2 ed ExoMars, al momento in progettazione. "L'aspetto rilevante è che ci si aspetta che nel 2020 un lander marziano entrerà in azione, il che sta a significare che sulla piattaforma ci saranno un certo numero di tecnologie che saranno testate. Sono del parere che più sono le idee e le tecnologie in questo senso e meglio è".
L'idea del professor Cao è quella di comporre una struttura di dimensioni variabili a seconda delle necessità, che ospiti sia i coloni umani sia le coltivazioni. Il brevetto prevede l'uso di pannelli solari come unica fonte per l'apporto energetico e la realizzazione di elementi strutturali per mezzo di una tecnologia di sintesi autopropagante ad alta temperatura.
Partiamo proprio da questa tecnologia: in cosa consiste e come si realizza la struttura?
"La tecnologia nasce nel 1972 in Russia e sostanzialmente è molto usata sulla Terra. Per fare un esempio pensiamo alla pasta abrasiva che contiene particelle di una determinata sostanza, tipicamente carburo di titanio. Questo materiale è forse l'esempio più conclamato e noto di reazione autopropagante. Immaginate di mescolare della polvere di carbonio e della polvere di titanio, di conformare un cilindretto di questa polvere pressandolo. Immaginate poi di innescare una reazione semplicemente fornendo una determinata quantità di calore a questa miscela. L'energia fornita alla base di questo cilindretto innesca la reazione tra il carbonio e il titanio. Una volta che la fonte energetica che ha costituito l'innesco non è più operativa la quantità di calore che viene sviluppata dalla reazione fra il carbonio e il titanio è in grado da sola (ecco l'auto propagazione) di riscaldare le parti sottostanti della miscela e far avanzare questa reazione che quindi si propaga spontaneamente lungo il cilindro stesso.
Ilmenite
È l'esempio più semplice tra le possibili reazioni autopropaganti, che prevedono il raggiungimento di alte temperature. Le reazioni autopropaganti ad alta temperatura trovano applicazioni in svariati Paesi tra cui l'Italia, che in questo momento è un punto di riferimento internazionale su questa tipologia di reazioni. A Cagliari abbiamo fondato a metà degli anni '90 il Centro studi per le reazioni autopropaganti ad alta temperatura e nel 2007 sono stato premiato tra i leader mondiali di questa tecnologia".
All'atto pratico come costruiamo, una volta arrivati sulla Luna o su Marte, l'impianto abitabile?
"Abbiamo affrontato l'argomento della produzione di quelli che la stampa ha voluto soprannominare 'mattoncini' e che io più enfaticamente chiamo elementi strutturali. La realizzazione di questi elementi passa attraverso una serie di stadi che prevedono innanzitutto l'arricchimento del suolo lunare in ilmenite, che è presente attorno al 15% e che deve essere portata con una particolare tecnica a maggiori concentrazioni. Una volta fatto questo si può passare a utilizzare il suolo lunare così arricchito per innescare delle reazioni autopropaganti. La stessa cosa si può fare su Marte, però in quel caso bisogna arricchire il suolo marziano di ossido di ferro.
Fatto questo si possono realizzare - come abbiamo dimostrato - mattoncini delle dimensioni e forme che si desiderano. Il nostro intendimento è che una volta realizzati un certo numero di elementi strutturali si possa procedere a costruire la struttura, con un lavoro di incastro".
Edificio marziano
Cao è stato in passato coordinatore di un progetto europeo che aveva come obiettivo quello di studiare come le reazioni auto propaganti ad alta temperatura fossero in una qualche maniera influenzate dalla gravità. Esperimenti condotti a bordo di voli parabolici hanno dimostrato nel 2010 che la tecnica proposta per la produzione di elementi strutturali non è influenzata dalla gravità ridotta, pertanto potrà essere sviluppata in vista di future missioni per l'esplorazione umana dello spazio.
