Tecnologie e sfide del controllo termico in ambiente lunare

This degree thesis analyzes the main engineering, technological, and biological challenges associated with the design and sustenance of a permanent lunar base, contextualizing them within modern space exploration strategies, with particular reference to the Apollo and Artemis programs. The paper is structured starting from the study of the characteristics of the lunar environment, focusing on geological aspects, extreme thermal fluctuations, and the absence of a protective atmosphere. These extreme conditions impose the development of rigorous engineering criteria for the selection of settlement sites and the design of thermal control systems. A central part of the discussion is dedicated to life support and the mental health of the crew. It examines the complex interaction between the human body and the reduced-gravity environment, outlining the basic biological functions necessary for survival in the absence of direct terrestrial resources. In this context, in-situ resource utilization strategies for water extraction, plant cultivation, and the management of mandatory total resource recycling are explored in depth. Finally, the focus shifts to concrete design solutions to guarantee a stable human presence on the lunar surface. Infrastructures such as road networks, transport vehicles, and shielded housing structures are analyzed. Ultimately, the strategic and indispensable role of nuclear energy is highlighted, identified as the only solution to guarantee operational continuity, energy independence, and the survival of systems during the long lunar nights.

La presente tesi di laurea analizza le principali sfide ingegneristiche, tecnologiche e biolo- giche connesse alla progettazione e al sostentamento di una base permanente sulla luna, contestualizzandole nell’ambito delle moderne strategie di esplorazione spaziale, con par- ticolare riferimento ai programmi Apollo e Artemis. L’elaborato si articola partendo dallo studio delle caratteristiche dell’ambiente lunare, focalizzandosi sugli aspetti geologici, sulle forti escursioni termiche e sull’assenza di un’at- mosfera protettiva. Tali condizioni estreme impongono lo sviluppo di rigorosi criteri in- gegneristici per la scelta dei siti di insediamento e per la progettazione dei sistemi di controllo termico. Un aspetto centrale della trattazione è dedicato al supporto vitale e alla salute mentale dell’equipaggio. Viene esaminata la complessa interazione tra il corpo umano e l’ambiente a gravità ridotta, delineando le funzioni biologiche basilari necessarie alla sopravvivenza in assenza di risorse terrestri dirette. In questo contesto si approfondiscono le strategie di approvigionamento in situ per l’estrazione di acqua, la coltivazione di piante e la gestione dell’obbligo del riciclo totale delle risorse. Infine l’attenzione si sposta sulle soluzioni progettuali concrete per garantire una presenza umana stabile sul suolo lunare. Vengono analizzate le infrastrutture quali reti stradali, veicoli di trasporto e strutture abitative schermate. In ultima analisi viene evidenziato il ruolo strategico e indispensabile dell’energia nucleare, identificata come l’unica soluzione per garantire continuità operativa, indipendenza energetica e la sopravvivenza dei sistemi durante le lunghe notti lunari.