Perché gli Stati Uniti stanno correndo per costruire un reattore nucleare sulla Luna

La NASA sta accelerando un piano per costruire un reattore nucleare sulla Luna entro il 2030, in base a una nuova direttiva dell'amministratore ad interim dell'agenzia, Sean Duffy.

Il piano rilancia un sogno vecchio di decenni di aumentare l'energia nucleare nello spazio, un cambiamento che sbloccherebbe possibilità futuristiche e metterebbe alla prova le linee guida legali e normative sull'uso di risorse e ambienti extraterrestri.

Duffy, che è anche segretario ai trasporti del presidente Donald Trump, ha definito l'essere il primo a installare un reattore sulla superficie lunare come una sfida imprescindibile in una nuova corsa alla Luna. "Dal marzo 2024, Cina e Russia hanno annunciato in almeno tre occasioni uno sforzo congiunto per installare un reattore sulla Luna entro la metà degli anni '30", ha affermato Duffy nella direttiva , datata 31 luglio.

"Il primo Paese a farlo potrebbe potenzialmente dichiarare una zona di divieto, il che impedirebbe in modo significativo agli Stati Uniti di stabilire una presenza pianificata di Artemis se non ci fossero per primi", ha aggiunto, riferendosi al programma Artemis della NASA, che mira a far atterrare l'uomo sulla Luna nei prossimi anni.

La direttiva ha delineato una tabella di marcia per progettare, lanciare e installare un reattore operativo da 100 kilowatt al Polo Sud lunare entro cinque anni, che sarebbe stato costruito con partner commerciali (a titolo di paragone, 100 kilowatt potrebbero alimentare circa 80 famiglie americane). Sebbene le specifiche siano, beh, speculative a questo punto, 100 kilowatt rappresentano un notevole incremento di potenza rispetto ai generatori nucleari di base che alimentano i rover su Marte e le sonde spaziali, che in genere funzionano con poche centinaia di watt, equivalenti a un tostapane o a una lampadina.

Le implicazioni sarebbero trasformative, "non solo per la Luna, ma per l'intero sistema solare", afferma Bhavya Lal, che in precedenza ha ricoperto il ruolo di amministratore associato per la tecnologia, le politiche e la strategia della NASA e di capo tecnologo ad interim. Collocare un reattore nucleare sulla Luna consentirebbe all'industria spaziale di "iniziare a progettare sistemi spaziali in base a ciò che vogliamo fare, non a ciò che piccole quantità di energia ci consentono di fare. È lo stesso salto che si è verificato quando le società terrestri sono passate dalla luce delle candele all'elettricità di rete".

Costruire una centrale nucleare sulla Luna entro il 2030 non sarà facile, ma molti esperti ritengono che sia un obiettivo raggiungibile.

"Quattro anni e mezzo è un lasso di tempo molto rischioso", ma "la tecnologia c'è", afferma Simon Middleburgh, professore di materiali nucleari e co-direttore del Nuclear Futures Institute presso la Bangor University nel Regno Unito.

Finora il problema non è stato necessariamente la maturità tecnologica, ma la mancanza di domanda di missioni per reattori extraterrestri o di incentivi politici per incentivarne il completamento. Ora questo scenario sta cambiando.

"Abbiamo investito per oltre 60 anni e speso decine di miliardi di dollari, e l'ultima volta che abbiamo lanciato qualcosa è stato il 1965", afferma Lal, riferendosi alla missione SNAP-10A della NASA, il primo reattore nucleare lanciato nello spazio. "Penso che il grande momento di cambiamento sia stato l'anno scorso, quando la NASA, per la prima volta nella sua storia, ha scelto l'energia nucleare come principale tecnologia di generazione di energia di superficie per le missioni con equipaggio su Marte.

"Ora abbiamo una certezza politica che prima non avevamo", aggiunge. "Infine, ma non meno importante, il settore privato non è solo interessato a utilizzare l'energia nucleare spaziale, ma è persino interessato a fornirla". Sia le startup che le aziende aerospaziali affermate come Boeing e Lockheed Martin stanno studiando l'uso dell'energia nucleare nello spazio. "Ci sono molti tasselli del puzzle che si sono incastrati bene, dove possiamo effettivamente muoverci".

Il programma Artemis della NASA dovrebbe gettare le basi per una base permanente al Polo Sud lunare e per tecnologie pionieristiche da portare su Marte, sebbene il suo futuro sia incerto . In ogni caso, il fabbisogno energetico di qualsiasi missione con equipaggio in ambienti esotici come la Luna, dove le notti durano due settimane e le temperature oscillano notevolmente, richiede un'energia costante e abbondante.

"La gravità lunare e le oscillazioni termiche sono brutali", afferma Lal. "Le temperature diurne si aggirano sui 100 gradi Celsius. Di notte sono prossime allo zero assoluto. Tutta l'elettronica deve essere resistente alle radiazioni. Anche se, a dire il vero, i rischi maggiori non sono di natura tecnica. Il rischio maggiore è mantenere lo slancio e l'obiettivo della missione".

Entra in gioco la Cina, che sta progettando anch'essa una base lunare al Polo Sud. Questa regione è ricca di risorse e ghiaccio d'acqua, il che la rende un sito interessante per l'esplorazione e una potenziale presenza permanente, e la Cina è in trattative con la Russia per collaborare alla costruzione di un reattore entro il 2035. Questi sviluppi hanno spinto i funzionari della NASA, del Dipartimento della Difesa e del Dipartimento dell'Energia a partecipare alla gara.

"Si potrebbe fare, perché qui negli Stati Uniti ci troviamo molto bene quando abbiamo un avversario forte, e non ne abbiamo uno da 40 anni", afferma Mohamed El-Genk, professore di ingegneria nucleare e direttore fondatore dell'Institute for Space and Nuclear Power Studies presso l'Università del New Mexico. "Ma ci sono ancora molte cose da risolvere perché ciò accada".

La direttiva di Duffy conteneva pochi dettagli sulla progettazione o sulle dimensioni del reattore previsto, e nessuno può dire quali concetti potrebbero emergere nei prossimi mesi.

"Per promuovere ulteriormente la concorrenza degli Stati Uniti e la leadership sulla superficie lunare nell'ambito della campagna Artemis, la NASA si sta muovendo rapidamente per promuovere lo sviluppo dell'energia di fissione sulla superficie lunare", ha dichiarato Bethany Stevens, addetta stampa presso la sede centrale della NASA, in un'e-mail a WIRED. "Questa tecnologia fondamentale supporterà l'esplorazione lunare, fornirà una generazione di energia ad alta potenza su Marte e rafforzerà la nostra sicurezza nazionale nello spazio. Tra gli sforzi per promuovere lo sviluppo, la NASA designerà un nuovo dirigente del programma per gestire questo lavoro, oltre a inviare una richiesta di proposta all'industria entro 60 giorni. La NASA pubblicherà ulteriori dettagli su questa proposta in futuro".

La direttiva riecheggia i risultati di un recente rapporto sull'energia nucleare spaziale, redatto da Lal e dall'ingegnere aerospaziale Roger Myers, che includeva un'opzione "Go Big or Go Home" per costruire un reattore da 100 kW sulla Luna entro il 2030.

Questo progetto da 100 kW sarebbe "più o meno equivalente a mandare un paio di elefanti africani adulti sulla luna con un ombrello pieghevole grande quanto un campo da basket, solo che gli elefanti producono calore e quell'ombrello non serve per fare ombra, ma per scaricare calore nello spazio", ha detto Lal in un'e-mail di follow-up a WIRED.

La NASA potrebbe anche trarre ispirazione dal suo più recente tentativo di sviluppare un reattore lunare, noto come Fission Surface Power , avviato nel 2020. Il piano prevedeva la costruzione di un reattore da 40 kW che sarebbe stato dispiegato autonomamente sulla superficie lunare. Sebbene non sia ancora chiaro quali aziende si aggiudicheranno i contratti per la costruzione del nuovo reattore da 100 kW, il precursore da 40 kW ha visto il contributo di una serie di organizzazioni, tra cui Aerojet Rocketdyne, Boeing e Lockheed Martin del settore aerospaziale; le aziende nucleari BWXT, Westinghouse e X-Energy; la società di ingegneria Creare; e le aziende di tecnologia spaziale Intuitive Machines e Maxar.

Le aziende incaricate di quel progetto non sono state in grado di soddisfare il requisito di massa massima di 6 tonnellate durante la fase di progettazione iniziale. Tuttavia, la direttiva di Duffy presuppone che il reattore venga trasportato da un lander di classe pesante in grado di trasportare carichi utili fino a 15 tonnellate.

Il reattore da 100 kW, il combustibile all'uranio, i radiatori e gli altri componenti potrebbero essere consegnati tramite più lanci e atterraggi. Il sito dell'impianto potrebbe essere all'interno di un cratere lunare o addirittura sottoterra per prevenire la contaminazione in caso di incidente.

"La Luna presenta alcune serie sfide ingegneristiche", ha affermato Carlo Giovanni Ferro, ingegnere aerospaziale e ricercatore presso il Politecnico di Torino, in Italia, in una e-mail a WIRED. "Senza atmosfera, non c'è raffreddamento per convezione – non si può fare affidamento sul flusso d'aria sui componenti come fanno i sistemi terrestri – per dissipare il calore in eccesso".

Ferro aggiunge che la gravità lunare, che è un sesto di quella terrestre, influenzerebbe la dinamica dei fluidi e il trasferimento di calore, e che la regolite lunare – lo strato di polvere e piccole rocce che ricopre la superficie lunare – è appiccicosa ed elettrostatica, e quindi potrebbe interferire con i radiatori e altri componenti. "È probabilmente fattibile dal punto di vista tecnico, ma rimane molto ambizioso", afferma a proposito dei piani proposti dalla NASA.

Tutte le tecnologie nucleari richiedono rigide restrizioni di sicurezza, in particolare quelle destinate ai lanci su razzi esplosivi e agli atterraggi in ambienti alieni.

"È molto importante che un gruppo di esperti si riunisca e definisca i requisiti per affrontare tutte le problematiche", afferma El-Genk. "Il modo migliore non è fornire soluzioni a potenziali problemi, ma chiedersi: possiamo evitare potenziali problemi attraverso la progettazione?"

A tal fine, l'installazione di un reattore lunare – da parte della NASA, della Cina o di un'altra entità – sarà soggetta a elevati standard normativi in ogni fase. Ad esempio, è probabile che il combustibile all'uranio sia contenuto in strati protettivi resistenti in caso di guasto di un razzo.

"Il motivo per cui abbiamo una regolamentazione è la sicurezza", afferma Middleburgh. "Non vogliamo che gli astronauti restino senza energia. Non vogliamo che abbiano un incidente lassù da cui non possiamo riprenderci. Sarebbe un disastro assoluto.

"Sarà regolamentato fino ai denti", continua. "Chi lo regola è un mistero, ma in ogni caso, non si comincerà a proporre cose che non sono state pensate a fondo e che non hanno dimostrato di essere sicure. Sarebbe la fine del programma".

Oltre a sviluppare una solida strategia di sicurezza, la corsa per portare l'energia nucleare sulla Luna aprirà nuove strade nel diritto e nelle politiche spaziali. Qualunque nazione o entità che arriverà per prima, probabilmente istituirà quella che la direttiva definisce una "zona di divieto" per la sicurezza. Queste zone, che potrebbero estendersi su diverse miglia quadrate, impedirebbero ai concorrenti di entrare nello stesso spazio.

Tali attività devono essere coerenti con le linee guida stabilite dal Trattato sullo spazio extra-atmosferico, che stabilisce che i corpi celesti possono essere utilizzati solo per scopi pacifici e che l'esplorazione e l'uso dello spazio extra-atmosferico devono essere effettuati a beneficio "di tutta l'umanità".

"Non credo che ci sia alcuna violazione di alcun trattato", afferma Lal. "Si tratta più di un'esclusione funzionale che potrebbe essere dovuta a rischi di radiazioni, controlli termici o protocolli di emergenza. Sarebbe in realtà giustificata ai sensi dell'Articolo 9 del Trattato sullo spazio extra-atmosferico, in quanto necessaria per prevenire interferenze dannose.

"Non rivendicheranno alcuna sovranità", aggiunge. "Non stiamo dicendo che si tratti di una sorta di appropriazione indebita di territori".

L'energia nucleare spaziale sembrava essere all'orizzonte da generazioni, ma molti esperti ritengono che il suo momento sia finalmente arrivato e che dovremmo colpire finché il ferro (o meglio, l'uranio) è caldo. Se i reattori nucleari prendessero piede nello spazio, le possibilità di esplorazione e industria sarebbero amplificate.

"Quando avremo quel tipo di potenza, parleremo di infrastrutture di superficie permanenti sulla Luna e su Marte, di sistemi di estrazione mineraria lunari, di sistemi di estrazione mineraria marziani per estrarre ossigeno, acqua e propellente in habitat umani reali, non solo per la sopravvivenza, ma anche per la vivibilità", afferma Lal. "Possiamo fare scienza su larga scala. Non dobbiamo miniaturizzare i nostri strumenti per non consumare troppa energia, che si tratti di radar o sismometri.

"È la base per l'apertura del sistema solare", aggiunge. "È la parte che mi entusiasma davvero".

Le prime nazioni che riusciranno a installare con successo un reattore sulla Luna avranno un ruolo fondamentale nel plasmare questo futuro, e i probabili attori in gioco stanno già scaldando i motori.

"La nuova corsa allo spazio non riguarda chi arriva per primo sulla Luna", afferma Ferro. "Riguarda chi riesce a restarci".