Rumo à utilização de recursos no espaço: lacunas de conhecimento, questões em aberto e prioridades

npj Microgravity volume 9, Número do artigo: 22 (2023) Citar este artigo

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Existem muitas questões científicas abertas na utilização de recursos espaciais devido à novidade e relativa imaturidade do campo. Embora muitas tecnologias potenciais tenham sido propostas para produzir recursos utilizáveis ​​no espaço, o projeto de alta confiança em grande escala é limitado por lacunas no conhecimento das condições ambientais locais, geologia, mineralogia e características do regolito, bem como questões científicas específicas intrínsecas ao cada processo. Além disso, as restrições de engenharia (por exemplo, energia, produtividade, eficiência, etc.) devem ser incorporadas ao projeto. Este trabalho visa resumir brevemente as atividades recentes no campo da utilização de recursos espaciais, bem como identificar as principais lacunas de conhecimento e apresentar questões científicas abertas. Finalmente, são destacadas as prioridades futuras de exploração para permitir o uso dos recursos espaciais.

O uso de recursos espaciais é crítico para o futuro da exploração de longo prazo e do espaço profundo. A exploração espacial apresenta desafios para a sustentabilidade; lançadores de uso único, satélites não recarregáveis ​​e a necessidade de todo o hardware e consumíveis serem fornecidos da Terra, todos adicionam uso de recursos e custos consideráveis ​​aos programas espaciais. Felizmente, um progresso significativo está sendo feito: a SpaceX, da Blue Origin, está demonstrando o valor dos sistemas de lançamento reutilizáveis1; o reabastecimento em órbita está sendo desenvolvido por start-ups como Orbit Fab e Orbital Express, bem como por atores estabelecidos, como Airbus e Busek2.

O uso de recursos espaciais para fornecer propelente, habitação e materiais essenciais para sustentar a vida humana (por exemplo, água, oxigênio) liberará todo o potencial da exploração espacial, permitindo que os humanos viajem mais longe e passem mais tempo no espaço3,4,5. Isso transformará a economia da exploração espacial.

O uso de recursos espaciais, conhecido como utilização de recursos in situ (ISRU), ou mais geralmente como utilização de recursos espaciais (SRU), não é um conceito novo. Uma história detalhada da SRU é fornecida por Meurisse e Carpenter6. Em resumo, a utilização de recursos espaciais foi sugerida pela primeira vez por Konstantin Tsiolkovsky, amplamente considerado o criador de abordagens modernas para foguetes, em 19037,8. Lunar SRU foi proposto por Clarke9 na década de 1950. Durante a Era Apollo na década de 1960, o SRU foi sugerido por Carr10 como um meio prático para reduzir a massa de lançamento e a dependência terrestre. Nos 50 anos seguintes, o conceito cresceu em maturidade. Muitos estudos terrestres foram realizados para projetar e testar tecnologias candidatas (por exemplo, refs. 11,12,13,14,15,16,17).

A partir de 2022, o SRU foi demonstrado apenas uma vez no espaço, apesar dessas tecnologias desempenharem um papel fundamental nos roteiros de exploração espacial da ESA e da NASA12,18. A carga útil MOXIE (Mars OXygen ISRU Experiment) a bordo do Perseverance Rover da NASA produziu oxigênio da atmosfera rica em CO2 de Marte em 2021 por eletrólise de óxido sólido19. Missões de demonstração Lunar SRU estão em desenvolvimento (por exemplo, refs. 20,21), e missões preliminares para testar novas estruturas jurídicas e econômicas de SRU estão programadas ao longo de 2023, por exemplo, a Missão HAKUTO-R 1 da ispace inc., atualmente a caminho de a Lua22,23.

Hoje, acessar e usar recursos espaciais é o foco de muitas agências espaciais18,24,25,26,27, governos28,29,30,31, organizações intergovernamentais32,33 e indústria privada34,35,36. Mais recentemente, houve um interesse renovado em SRU para uma série de aplicações, tais como:

Produção de oxigênio e metais na Lua e em Marte (ex. refs. 19,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46);

Extração de água dos polos lunares (ex. refs. 47,48,49,50,51);

Extração de água, voláteis e metais de objetos próximos da Terra (eg refs. 52,53,54,55,56,57,58);

Construção de habitats e abrigos térmicos, incluindo por fabrico aditivo (ex. refs. 59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70); e,