A corrida espacial renovada rumo à Lua tem um objetivo claro: o polo sul do nosso satélite natural. O motivo é a presença de gelo no fundo de crateras permanentemente sombreadas, gelo que pode ser usado para obter, obviamente, água e, consequentemente, oxigênio e hidrogênio. Tanto o programa Artemis quanto a nova base lunar da NASA, assim como a Estação Internacional de Pesquisa Lunar (ILRS) sino-russa, têm como alvo o mesmo local: o polo sul. Mas quantas pessoas poderiam viver permanentemente utilizando os recursos do nosso satélite natural? Essa é a questão levantada por Martin Elvis e Jonathan McDowell, ambos do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (McDowell, conhecido pelos entusiastas da astronáutica por seu histórico de lançamentos, também é afiliado à Universidade de Durham), em um breve estudo. A resposta deles é que a energia não é o problema, mas sim a água: mesmo considerando as hipóteses mais otimistas, o gelo polar não seria suficiente para sustentar uma cidade de um milhão de habitantes por mais de um século.
As áreas onde se encontra gelo lunar são oficialmente chamadas de PSRs (Regiões Permanentemente Sombreadas) e também estão localizadas no polo norte da Lua, nem sempre coincidindo com o fundo das crateras. Esse gelo se origina de voláteis resultantes de impactos de asteroides e cometas na Lua ao longo de eras, que se acumularam nessas "armadilhas frias" graças, em parte, à inclinação axial da Lua de apenas 1,5º em relação ao plano da eclíptica, comparada aos 23,5º da Terra. As temperaturas nessas áreas não ultrapassam 110 K (-163 ºC), portanto, o gelo depositado por cometas e asteroides ao longo da história do Sistema Solar sublima a uma taxa de menos de um milímetro a cada bilhão de anos. A grande ironia é que os picos iluminados pelo sol, ideais para a instalação de painéis solares — ou "ilhas de luz" — e as crateras escuras e geladas estão a apenas alguns quilômetros de distância.
O problema é que não sabemos quanta água existe. As estimativas iniciais, baseadas em dados de radar da sonda indiana Chandrayaan-1 e do Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), sugeriam várias centenas de milhões de toneladas. Mas os dados de radar de abertura sintética (SAR) são indiretos e difíceis de interpretar. Detectores de nêutrons, que medem a quantidade de hidrogênio nos primeiros um ou dois metros do regolito lunar, sugerem distribuições mais modestas, limitadas a armadilhas frias, embora com resolução espacial muito baixa (dezenas de quilômetros). Um estudo de 2022 estimou que as oito crateras mais promissoras do polo sul (Amundsen, Cabeus, de Gerlache, Faustini, Haworth, Slater, Shoemaker e Sverdrup) contêm um total de cerca de 34 milhões de toneladas de água, cerca de vinte vezes menos do que as estimativas iniciais. Observações recentes no espectro visível da câmera ShadowCam, a bordo da sonda sul-coreana Danuri (KPLO), indicam que apenas 3,5% das armadilhas frias teriam gelo, embora com concentrações de até 30% em massa misturadas ao regolito, o que facilitaria sua extração.
Portanto, as estimativas da quantidade de água na Lua podem variar em até uma ordem de magnitude, sendo necessárias observações mais detalhadas. Elvis e McDowell usam como referência um bilhão de toneladas, ou um quilômetro cúbico de água, o suficiente para inundar o Central Park com uma coluna de 120 metros de altura. Isso é trinta vezes mais do que a estimativa de 2022, mas está dentro do campo das possibilidades. Contudo, nem toda a água será recuperável. Por exemplo, em campos de petróleo terrestres, entre um terço e metade do petróleo bruto é extraído. No caso do gelo lunar, tudo dependerá da pureza dos depósitos e de sua acessibilidade, entre outros fatores.
Para uma cidade lunar, os autores estimam um consumo de 125 toneladas por pessoa por ano para água potável e higiene (a média dos EUA), menos de 2 toneladas para a produção do oxigênio que respiramos e 500 toneladas por pessoa por ano para o cultivo de alimentos (as estimativas terrestres variam de 730 a 1.825 toneladas por pessoa, mas pressupõem técnicas agrícolas altamente eficientes). Sem qualquer reciclagem de água, um milhão de habitantes consumiria um quilômetro cúbico em apenas dois anos. A chave, portanto, reside na eficiência dessa reciclagem. O Sistema de Controle Ambiental e Suporte à Vida (ECLSS) da Estação Espacial Internacional recuperou 94% da água até 2023, quando a adição do Conjunto Processador de Salmoura (BPA) elevou esse número para 98%. Com essa eficiência, uma cidade de um milhão de pessoas esgotaria sua água em um século, enquanto uma cidade de cem mil habitantes poderia durar mil anos.
Para que uma cidade de um milhão de pessoas pudesse usar água lunar por um milênio, as perdas precisariam ser reduzidas dez vezes, para 0,2%. O estudo conclui que a água limita a população lunar sustentável a algumas centenas de milhares de pessoas. Uma "vila lunar" de mil habitantes, comparável à população de inverno da Antártida, poderia ficar tranquila, pois teria água por milênios; uma cidade de cem mil habitantes teria que ser cautelosa com seu consumo de água.
O estudo baseia-se numa percentagem fixa de perda de água, como se cada litro que passasse por um chuveiro ou estufa perdesse 2% no processo. Mas, num ambiente fechado, a água não desaparece quando utilizada. A grande maioria da água que a agricultura terrestre "consome" evapora, na verdade, através da transpiração das plantas e entra na atmosfera ou nos aquíferos. Numa estufa fechada, essa humidade condensa-se e é reutilizada. Os dados sobre a pegada hídrica da agricultura terrestre não podem ser extrapolados para um sistema fechado. Numa cidade lunar, o que se perde verdadeiramente é a água que escapa para o vácuo através de fugas e comportas, a água retida nos resíduos ou na biomassa não recuperada e a água exportada como propelente — perdas que dependem mais da qualidade do sistema do que da taxa de fluxo.
Para efeito de comparação, o experimento soviético BIOS-3 em Krasnoyarsk demonstrou a reciclagem quase completa da água com o cultivo de plantas na década de 1970 (entre 85% e 95%), e o experimento chinês Yuegong 1 (Palácio Lunar 1) na Universidade Beihang sustentou tripulações por 370 dias entre 2017 e 2018 com uma taxa de reciclagem de materiais de cerca de 98%, segundo seus pesquisadores, incluindo também alimentos. Além disso, o oxigênio é o elemento mais abundante no regolito lunar (constituindo cerca de 45% de sua massa na forma de óxidos), portanto, em princípio, o oxigênio poderia ser obtido diretamente do regolito sem o uso de água. O que é realmente escasso na Lua não é água, mas hidrogênio. Se as perdas tivessem que ser compensadas externamente, bastaria importar hidrogênio e obter oxigênio localmente, reduzindo a massa a ser transportada para um nono. E, no pior cenário possível, os autores calculam que uma cidade de um milhão de habitantes com uma taxa de reciclagem de 98% exigiria a importação de 10 milhões de toneladas de água anualmente, ou 27 pousos diários de espaçonaves carregando 1.000 toneladas de carga — dez vezes a capacidade da Starship. Importar apenas hidrogênio exigiria cerca de três pousos por dia. É um número grande de espaçonaves, mas não enorme. Se conseguirmos ter um milhão de habitantes na Lua no futuro, o desafio de enviar 27 espaçonaves carregadas de água por dia provavelmente será a menor das nossas preocupações.
O próximo ponto a considerar é a energia. Levando em conta o consumo doméstico per capita dos estados americanos mais extremos (0,8 kW) e adicionando um fator de 1,6 para a indústria, uma cidade lunar com um milhão de habitantes precisaria de cerca de 2,1 gigawatts. Torres solares de um quilômetro de altura no polo sul, possíveis graças à baixa gravidade da Lua, poderiam fornecer cerca de 3 GW em 90% do tempo. A alternativa são os reatores de fissão, que não dependem da localização, mas exigem grandes radiadores: um reator que gera 40 kW de eletricidade precisa de cerca de 128 metros quadrados de radiador, portanto, vários gigawatts exigiriam cerca de dez quilômetros quadrados de superfície radiante, que poderia ser localizada no fundo de uma das mais de 400 crateras sombreadas suficientemente grandes. Um reator de um gigawatt também consome cerca de 24 toneladas de combustível por ano. Em resumo, a energia não é um fator limitante. A menos, é claro, que os tão falados centros de dados orbitais sejam instalados na Lua, cada um dos quais requer cerca de um gigawatt.
Em todo caso, o gelo lunar no polo sul é um recurso finito, concentrado em algumas crateras, e, ao contrário da água na Terra, não é reposto. Se uma parte significativa dele for convertida em propelente — um bilhão de toneladas seriam suficientes para alimentar aproximadamente 800.000 segundos estágios da Starship ou mais de dois lançamentos por dia durante um milênio — essa água se perderá para sempre. Os Estados Unidos e a China deveriam primeiro chegar a um acordo sobre como gerenciar a água lunar de forma planejada, e não por ordem de chegada. Isso deveria ser negociado antes que o ILRS e o programa Artemis comecem a perfurar o polo sul, e não depois. Enquanto isso, ainda não sabemos, com uma margem de erro superior a uma ordem de grandeza, quanta água existe de fato nos polos da Lua.
Referências:
- https://www.frontiersin.org/journals/space-technologies/articles/10.3389/frspt.2026.1894104/full
- https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114874
- https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.06.040
- https://www.nasa.gov/missions/station/iss-research/nasa-achieves-water-recovery-milestone-on-international-space-station/
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