Costruire sulla Luna utilizzando la regolite lunare

Costruire il futuro: come gli scienziati stanno trasformando la regolite lunare in infrastrutture spaziali durevoli

La regolite lunare è lo strato incoerente di materiale roccioso frammentato, polvere e minerali che ricopre la superficie della Luna, che gli scienziati stanno ora trasformando in materiali da costruzione durevoli attraverso la stampa 3D laser. Questo processo, noto come In-Situ Resource Utilization (ISRU), consente la creazione di habitat e strumenti resistenti al calore direttamente sulla superficie lunare, evitando la necessità di trasportare rifornimenti pesanti dalla Terra. Fondendo questo materiale polveroso in strati solidi, i ricercatori stanno gettando le basi per colonie umane permanenti.

Trasportare materiali da costruzione sulla Luna rimane uno degli ostacoli più significativi per l'esplorazione spaziale, con costi storicamente stimati in decine di migliaia di dollari per chilogrammo. Affinché il programma NASA Artemis riesca a stabilire una presenza umana a lungo termine entro la fine del decennio, le missioni devono passare da un modello "porta-tutto-con-te" a uno di autosufficienza. Questo cambio di paradigma si basa sulla In-Situ Resource Utilization (ISRU), dove le risorse naturali della destinazione—nello specifico la regolite lunare—diventano la materia prima primaria per le infrastrutture. Questa strategia riduce drasticamente il peso del carico utile dei veicoli di lancio, rendendo l'esplorazione dello spazio profondo sia economicamente sostenibile che logisticamente fattibile.

Che cos'è la regolite lunare e come può essere utilizzata per l'edilizia?

La regolite lunare è lo strato di detriti sciolti e frammentati che ricopre il basamento roccioso solido della Luna, formatosi in miliardi di anni a causa degli impatti meteoritici e del bombardamento del vento solare. In edilizia, questo materiale funge da materia prima che può essere fusa tramite laser ad alta potenza o energia solare concentrata per creare mattoni stampati in 3D, piattaforme di atterraggio e habitat schermati dalle radiazioni per gli astronauti. Poiché contiene minerali silicati come pirosseno, olivina e plagioclasio, può essere trasformata in strutture simili alla ceramica con un'elevata stabilità termica.

Le proprietà fisiche della regolite lunare variano significativamente a seconda della geografia della Luna. Il materiale utilizzato nelle recenti simulazioni, noto come LHS-1 (Lunar Highland Simulant), replica il suolo trovato negli altipiani lunari—una regione caratterizzata da un terreno pesantemente craterizzato e rocce basaltiche scure. Gli scienziati hanno scoperto che quando questa polvere fine viene sottoposta a tecniche di manifattura additiva, può essere fusa in forme complesse. Questo "cemento lunare" non è solo durevole, ma anche intrinsecamente resistente alla natura tossica e abrasiva dell'ambiente lunare, fornendo un materiale sicuro per ospitare delicate apparecchiature scientifiche ed equipaggi umani.

Il nuovo studio sulla stampa 3D laser di simulante lunare è reale?

Sì, uno studio rivoluzionario pubblicato sulla rivista Acta Astronautica nel febbraio 2026 conferma che la regolite lunare simulata può essere trasformata in strutture durevoli e resistenti al calore utilizzando la stampa 3D laser. Condotto dai ricercatori della The Ohio State University, lo studio ha utilizzato un metodo di "deposizione laser a energia diretta" per fondere il simulante lunare in strati. Guidato dall'associato di ricerca laureato Sizhe Xu e dall'autrice principale Sarah Wolff, il team ha prodotto con successo piccoli oggetti in grado di resistere a condizioni estreme.

La metodologia ha comportato l'uso di un sistema di stampa 3D specializzato che ha fuso il simulante LHS-1 e lo ha unito a diverse superfici di base. Secondo Sizhe Xu, le proprietà finali del materiale sono altamente sensibili all'ambiente in cui vengono stampate. La ricerca ha rivelato che fattori come i livelli di ossigeno atmosferico, l'intensità del laser e persino la velocità del processo di stampa determinano l'integrità strutturale del prodotto finale. Testando queste variabili, il team della Ohio State ha fornito la prima tabella di marcia completa su come le macchine di produzione potrebbero dover essere calibrate per il vuoto lunare.

Quanto sono durevoli le strutture realizzate con il suolo lunare simulato?

Le strutture prodotte a partire dal suolo lunare simulato mostrano un'estrema durabilità, un'elevata resistenza meccanica e un'eccezionale resistenza allo shock termico, rendendole ideali per le volatili escursioni termiche della Luna. Lo studio della Ohio State ha rilevato che quando la regolite lunare viene stampata su superfici in ceramica allumina-silice, i due materiali formano un legame cristallino che ne aumenta la stabilità. Il materiale risultante è in grado di proteggere gli astronauti dagli impatti di micrometeoriti e dalle forti radiazioni solari, pur rimanendo non tossico.

Per verificare questi risultati, il team di ricerca ha confrontato la regolite stampata con vari substrati, tra cui acciaio inossidabile e vetro. Hanno osservato i seguenti parametri chiave di prestazione:

• Stabilità termica: Il materiale ha mantenuto la sua forma e resistenza nonostante i rapidi cicli di riscaldamento e raffreddamento.
• Qualità di adesione: Il simulante si è legato più efficacemente con la ceramica, che condivide composti chimici simili alla crosta lunare.
• Densità strutturale: Gli strati fusi al laser hanno mostrato un'elevata resistenza alla compressione, rivaleggiando con la forza del calcestruzzo ad alte prestazioni utilizzato sulla Terra.

Il ruolo della stampa 3D nella costruzione autonoma

La stampa 3D è più percorribile rispetto alla costruzione tradizionale nello spazio perché consente una produzione robotizzata e autonoma senza la necessità di macchinari pesanti o interventi umani in zone pericolose. Prima che i primi equipaggi Artemis arrivino in un sito, unità robotiche potrebbero potenzialmente essere dispiegate per stampare infrastrutture essenziali, come piattaforme di atterraggio lunari e muri di protezione dalle esplosioni. Questa costruzione pre-arrivo garantisce che, quando gli esseri umani atterreranno, avranno un ambiente schermato pronto per l'occupazione, riducendo significativamente il rischio di fallimento della missione.

Una delle sfide critiche di questa tecnologia è il consumo energetico. Sebbene il sistema di laboratorio della Ohio State si basi attualmente sull'elettricità, la Assistant Professor Sarah Wolff suggerisce che le iterazioni future potrebbero utilizzare architetture a energia solare. Utilizzare l'abbondante energia solare della Luna per alimentare i laser a deposizione di energia diretta creerebbe un ecosistema di costruzione veramente circolare e sostenibile. Questa flessibilità è vitale per la In-Situ Resource Utilization in ambienti poveri di risorse dove ogni watt di energia deve essere gestito con cura.

Implicazioni future per il programma Artemis

Il successo del progetto MMPACT (Moon & Mars Pervasive Additive Construction) e le relative ricerche alla Ohio State segnano una nuova era per le missioni NASA Artemis. Con l'avvicinarsi dell'obiettivo del 2030 per una base lunare permanente, la capacità di scalare la stampa 3D dai piccoli strumenti ai "grattacieli lunari" su larga scala o agli habitat schermati diventa fondamentale. Questa tecnologia fa molto di più che facilitare i viaggi nello spazio; fornisce un modello per la produzione sostenibile che potrebbe essere applicato anche sulla Terra.

Secondo Sarah Wolff, le lezioni apprese dalla produzione in un ambiente povero di risorse come la Luna potrebbero aiutare ad affrontare la scarsità di materiali e i problemi di sostenibilità sul nostro pianeta d'origine. "Se riusciamo a produrre con successo oggetti nello spazio utilizzando pochissime risorse, significa che possiamo ottenere una migliore sostenibilità anche sulla Terra", ha spiegato. Mentre i ricercatori continuano a perfezionare la flessibilità di queste macchine da stampa 3D, il sogno di una colonia lunare autosufficiente si avvicina alla realtà, trasformando la "polvere" della Luna nella pietra angolare dell'espansione umana nel cosmo.