La NASA punta sul reattore nucleare sulla Luna per le future basi ed esplorazioni entro il 2030

La NASA e il Dipartimento dell'Energia (DOE) degli Stati Uniti hanno firmato un'intesa sullo sviluppo e l’utilizzo dell’energia nucleare per la prossima esplorazione spaziale che servirà sia alle basi lunari al Polo sud che per i lunghi viaggi verso Marte. Lo sviluppo è coordinato dallo Space Reactor Office, un nuovo dipartimento recentemente attivato alla NASA, il quale concentra in un'unica struttura autorità e fondi del nucleare spaziale.

La NASA vuole utilizzare il nucleare spaziale in due progetti specifici che condivideranno parte dell'hardware e del combustibile a base di uranio. Il primo è Lunar Reactor-1 (LR-1), un sistema di fissione nucleare di superficie creato entro il 2030 e che verrà utilizzato per le missioni di insediamento lunare e destinato ad alimentare la base lunare al Polo sud del nostro satellite naturale, prevista come fase finale del programma Artemis della NASA.

Il secondo si chiama Space Reactor-1 Freedom (SR-1) ed è un veicolo a propulsione elettrica nucleare, ovvero un reattore che produce elettricità e alimenta propulsori che spingeranno una navicella verso Marte.

L’agenzia spaziale americana ha accelerato i tempi sullo sviluppo e l’utilizzo del nucleare come fonte di energia per le missioni spaziali per una ragione prettamente geopolitica: lo scopo è quello di ottenere il primato come prima nazione che riuscirà a costruire la prima base umana sulla Luna. Anche la Cina (in cooperazione con la Russia) si sta infatti muovendo verso questo obiettivo, prevedendo l’utilizzo di un reattore sulla Luna per alimentare la propria stazione di ricerca.

Insomma, la NASA La NASA sta cercando di velocizzare i suoi due programmi spaziali di punta, le basi lunari e le prime missioni umane verso Marte, per cercare di battere la Cina e mantenere il primato spaziale nella futura esplorazione spaziale.

Perché serve un reattore a fissione per le basi lunari al Polo sud

Ci sono due motivi principali perché un reattore nucleare per le basi lunari è molto utile. Il primo è che la notte lunare che dura circa 14 giorni terrestri, durante la quale i pannelli fotovoltaici non producono nulla. Il reattore, quindi, servirebbe per produrre facilmente energia, dato che le batterie non avrebbero la capacità sufficiente per alimentare una base per così tanto tempo in maniera continuativa.

Il secondo motivo riguarda i crateri in ombra permanente del Polo sud, dove potrebbe esserci ghiaccio d’acqua che potrebbe essere utilizzato come risorsa per le basi umane. All'interno di questi crateri, infatti, la luce del Sole non arriva mai e l’energia nucleare garantirebbe l'accesso a una risorsa energetica permanente in queste zone altrimenti inesplorabili.

Un reattore nucleare a fissione è pensato quindi per fornire energia durante le lunghe notti lunari, consentendo di mantenere attivi gli habitat e i sistemi di supporto vitale, le comunicazioni, i rover e le apparecchiature scientifiche.

Lunar Reactor-1 è la fase finale del programma nucleare spaziale della NASA, in realtà avviato negli anni '60 e che, negli anni, ha subito continui cambiamenti. La ricerca statunitense sui reattori nucleari spaziali iniziò infatti in quegli anni con SNAP-10A, il primo reattore a fissione americano nello spazio. Nel 2015 la NASA avviò il programma Kilopower, culminato nel 2018 con l'esperimento KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling Technology), il quale dimostrò la fattibilità di piccoli reattori per future missioni lunari.

Nel 2021, poi, è nato il programma Fission Surface Power che prevedeva di realizzare un reattore di 40 kilowatt. Nel 2025 l'obiettivo è salito ad almeno 100 kilowatt, con l'ambizione di portare sulla Luna entro il 2030 un reattore nucleare.

Insomma, il programma LR-1 è il tassello finale di questo lungo programma di sviluppo. LR-1 prevede che un singolo reattore possa fornire almeno 20 kilowatt di elettricità, anche dopo averli trasportati fino a un chilometro sulla superficie, e almeno cinque anni di funzionamento continuo a piena potenza senza manutenzione.

Un reattore a fissione come quello che verrà sviluppato con LR-1 userà nuclei di uranio per produrre calore. Il calore verrà poi trasformato in elettricità e l'eccesso verrà smaltito nello spazio con radiatori. Il combustibile utilizzato sarà uranio-235 di tipo HALEU, una sigla usata per indicare un tipo di uranio arricchito fra il 5% e il 20%, più concentrato di quello delle centrali civili ma sotto il 20%, soglia oltre la quale è considerato altamente arricchito.

Il nucleare verrà utilizzato anche per le missioni interplanetarie

Space Reactor-1 Freedom (SR-1) diventerà invece la prima missione interplanetaria della NASA con a bordo un reattore nucleare per alimentare i propulsori della navicella, che secondo i piani attuali, dovrebbe partire in direzione di Marte a fine 2028. Il reattore da oltre 20 kilowatt fornirà l’elettricità che alimenterà i propulsori a effetto Hall, nei quali un gas propellente viene ionizzato e accelerato mediante campi elettrici e magnetici.

SR-1 non è una missione con equipaggio e non dovrà atterrare su Marte. È un dimostratore tecnologico che trasporterà un carico scientifico chiamato SkyFall, composto da tre elicotteri robotici derivati dal drone Ingenuity. Il lancio è previsto per la fine del 2028 con l’obiettivo di raggiungere Marte nel 2029.

Il reattore sarà montato sul modulo Power and Propulsion Element (PPE) inizialmente concepito per il Lunar Gateway (la stazione spaziale lunare inizialmente progettata da NASA e l'agenzia spaziale europea) che diventerà l'elemento centrale della navicella diretta verso Marte. Con la riorganizzazione del programma Lunar Gateway nel 2026, la NASA ha deciso di recuperare parte del progetto per realizzare SR-1, riducendo la necessità di sviluppare una navicella completamente nuova.

La corsa al Polo sud lunare e la filiera dell’uranio

Dall'altro lato, la Cina (insieme alla Russia come partner principale) sta pianificando la costruzione della stazione ILRS (International Lunar Research Station, ovvero Stazione Internazionale di Ricerca Lunare) al Polo sud lunare e di un reattore nucleare sulla superficie fra il 2033 e il 2035. La competizione con gli Stati Uniti è serrata perché entrambi i programmi, ILRS e Artemis, hanno obiettivi simili e proprio nella stessa zona geografica del Polo sud lunare.

Il punto debole dello sviluppo del nucleare spaziale americano è la fornitura di  combustibile. L’uranio di tipo HALEU, infatti, non ha ancora una produzione commerciale interna negli Stati Uniti tale da rifornire regolarmente tutti i reattori avanzati previsti nei prossimi anni.

Fino a qualche anno fa, la Russia e la Cina erano gli unici paesi considerati dotati di infrastrutture per produrre HALEU su scala industriale. La difficoltà degli Stati Uniti nel produrre HALEU su scala commerciale rappresenta quindi un possibile collo di bottiglia per il programma nucleare spaziale della NASA, soprattutto per la missione SR-1 Freedom.

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