Marte: quando lo colonizzeremo? E come? – video

Entro due o tre anni l’uomo tornerà sulla Luna e sia americani che cinesi appaiono intenzionati a stabilire sul nostro satellite basi lunari stabili, questo sia per cominciare a sfruttare le risorse lunari che per imparare tutto il possibile in vista di un futuro insediamento su Marte.

Portare l’uomo su Marte si sta rivelando una sfida più complessa e costosa di quanto si immaginava ai tempi del primo sbarco lunare della NASA, quando Werner von Braun teorizzò un atterraggio umano sul pianeta rosso in dieci o venti anni.

Purtroppo, già il viaggio verso Marte è complesso e dipende da vari fattori, come la tecnologia della navicella e l’allineamento orbitale tra la Terra e Marte. Ecco una panoramica dei tempi e delle sfide principali:

• Durata tipica del viaggio: Un viaggio verso Marte dura, utilizzando le tecnologie attualmente in uso per le sonde robot, in media tra i 6 e i 9 mesi, a seconda delle orbite relative dei due pianeti e del tipo di traiettoria utilizzata. La finestra di lancio ideale si verifica ogni 26 mesi, quando Marte e la Terra sono più vicini (opposizione).
• Sviluppo di tecnologie avanzate: Con l’uso di sistemi di propulsione più avanzati, come quelli a propulsione nucleare o ionica, i tempi potrebbero essere ridotti, forse a 2-4 mesi.

Le Sfide che dovranno affrontare gli astronauti

• Radiazioni spaziali: Durante il viaggio, gli astronauti sono esposti a livelli elevati di radiazioni cosmiche e solari, che possono aumentare il rischio di sviluppare tumori e causare danni al sistema nervoso.
• Effetti sull’organismo: L’assenza di gravità per periodi prolungati può portare a perdita di massa ossea e muscolare, oltre a cambiamenti nei fluidi corporei che possono influenzare la vista.
• Isolamento e psicologia: Un viaggio così lungo e la permanenza su Marte richiederanno agli astronauti di affrontare un isolamento estremo e lo stress psicologico, derivanti dalla distanza e dal possibile ritardo nelle comunicazioni (fino a 22 minuti perché un messaggio in partenza o in arrivo sia ricevuto).
• Ammartaggio e sopravvivenza: Atterrare su Marte è una sfida tecnica, data la sottile atmosfera marziana che rende difficile rallentare le navicelle durante la discesa. Una volta sul pianeta, gli astronauti dovranno far fronte a temperature rigide (in media -63°C), tempeste di polvere e bassi livelli di pressione atmosferica.
• Rifornimenti e risorse: Gli astronauti dovranno essere in grado di produrre risorse vitali come l’acqua, l’ossigeno e il cibo. Tecnologie come i reattori ad elettrolisi e sistemi di coltivazione indoor saranno essenziali.
• Ritorno sulla Terra: Organizzare una missione di ritorno sarà un’impresa logistica significativa, con la necessità di reperire localmente il combustibile necessario per il lancio dalla superficie marziana.

Prospettive future

Le agenzie spaziali, come la NASA e SpaceX, stanno lavorando a tecnologie per rendere questo tipo di missioni più sicure e veloci. I progressi nella propulsione, nell’ingegneria delle navicelle, tecnologie di rifornimento di carburante sia in orbita che a terra, senza contare i sistemi di supporto vitale saranno cruciali per affrontare con successo queste sfide.

Approfondiamo ora ciascuna delle principali sfide e gli aspetti essenziali del viaggio verso Marte e della permanenza sul pianeta.

Radiazioni spaziali

• Fonte delle radiazioni: le principali fonti di radiazioni nello spazio sono i raggi cosmici galattici (GCR), particelle energetiche provenienti da esplosioni di supernove, oltre alle espulsioni di massa coronale (CME) dal Sole. La Terra è protetta da queste radiazioni grazie al suo campo magnetico e all’atmosfera, ma nello spazio profondo gli astronauti sono vulnerabili, si rende quiandi necessario sviluppare e testare una tecnologia di schermatura adeguata che possa essere utilizzata anche sulla superficie di Marte che presenta, come vedremo più avanti, problematiche simili.
• Effetti sulla salute: l’esposizione prolungata a GCR e CME può aumentare il rischio di tumori, danneggiare il sistema nervoso centrale causando potenziali problemi cognitivi e influire negativamente sul sistema cardiovascolare. Per mitigare questi effetti, si stanno sviluppando scudi di protezione passiva e attiva, come l’uso di materiali assorbenti di radiazioni e campi magnetici artificiali.
• Tecnologie di protezione: la ricerca avanzata include materiali innovativi per le pareti delle navicelle e rifugi dedicati all’interno dei veicoli, dove gli astronauti potranno proteggersi durante le tempeste solari.

Effetti sull’organismo

• Perdita di massa ossea e muscolare: senza la gravità terrestre, gli astronauti perdono circa l’1-2% della densità ossea al mese e una parte significativa della massa muscolare. Questo può causare fragilità ossea e debolezza muscolare al ritorno sulla Terra. effettuare esercizi fisici giornalieri è essenziale per mitigare questi effetti, e le navicelle saranno attrezzate, similmente alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) con macchinari specifici per l’allenamento.
• Alterazioni nei fluidi corporei: In microgravità, i fluidi corporei si spostano verso la parte superiore del corpo, il che può causare problemi di pressione intraoculare e visione alterata. Questi cambiamenti sono noti come sindrome da spostamento dei fluidi.
• Effetti sul sistema immunitario: L’assenza di gravità può alterare la risposta immunitaria, rendendo gli astronauti più suscettibili a infezioni e altre condizioni mediche.

Per moderare questi effetti si sta pensando di sviluppare navicelle in grado di girare sul proprio asse per sviluppare una sorta di gravità artificiale utilizzando la forza centrifuga ma per arrivare anche solo a testare questa tecnologia ci vorrà tempo. Più probabile che, nel medio termine, verranno utilizzati macchinari individuali in grado di ruotare per utilizzare lo stesso principio e dare all’organismo al possibilità di trascorrere alcune ore al giorno in un condizione di gravità simile a quella cui siamo abituati.

Isolamento e psicologia

• Durata della missione: la durata totale, includendo il viaggio e la permanenza su Marte, potrebbe variare da 1,5 a 3 anni. Questo comporterà una notevole pressione psicologica per gli astronauti.
• Stress psicologico: l’isolamento, la separazione dalla famiglia, la lontananza dalla Terra e la consapevolezza delle limitate possibilità di comunicazione e assistenza in caso di emergenza aumentano i livelli di stress. Problemi come la depressione, l’ansia e la tensione tra membri dell’equipaggio sono più che possibili.
• Sistemi di supporto psicologico: Gli astronauti sono selezionati e addestrati per avere capacità di resilienza e vengono dotati di strumenti per mantenere il benessere mentale, come programmi di supporto a distanza, strategie di mindfulness e intrattenimento.

Ammartaggio e sopravvivenza

• Atmosfera sottile: l’atmosfera marziana è circa 100 volte più sottile di quella terrestre e composta principalmente da anidride carbonica. Questa sottigliezza rende difficile rallentare una navicella durante l’ingresso, richiedendo tecnologie avanzate come paracaduti supersonici, sistemi di retrorazzi e scudi termici innovativi. La NASA e la Cina già oggi utilizzano una combinazione di queste tecnologie per fare atterrare sulla superficie di Marte lander e rover indenni.
• Clima ostile: le temperature nelle varie zone sulla superficie di Marte possono variare drasticamente, da circa -125°C durante la notte nelle regioni polari a circa 20°C nelle zone più calde di giorno. Le tempeste di polvere globali possono durare settimane e ridurre significativamente la luce solare disponibile per i generatori di potenza basati su pannelli solari. Si pensa a generatori nucleari portatili, una tecnologia già in via di sperimentazione e che verrà utilizzata anche per le future basi lunari
• Risorse limitate: Gli astronauti dovranno generare acqua e ossigeno autonomamente, utilizzando tecnologie come i reattori a elettrolisi che separano l’acqua in idrogeno e ossigeno, e processi che estraggono l’acqua dal suolo marziano (che contiene minerali idratati). Durante la missione Perseverance, ancora in corso, è stato testato il MOXIE, uno strumento posizionato a bordo di Perseverance in grado di ottenere ossigeno dalla CO2 dell’atmosfera marziana. MOXIE ha portato brillantemente a termine il compito producendo 5,4 grammi di ossigeno in un’ora, assorbendo CO2 e convertendola in ossigeno, appunto, durante il suo primo test sul pianeta rosso

Rifornimenti e risorse

• Produzione di cibo: Per missioni a lungo termine, coltivare cibo sul pianeta sarà necessario. Serre e coltivazione idroponica potrebbero garantire l’approvvigionamento di vegetali freschi, cruciali per un’alimentazione equilibrata.
• Sistemi chiusi: La gestione dei rifiuti e il riciclo dei materiali saranno essenziali per ridurre la dipendenza da rifornimenti dalla Terra. Tecnologie di supporto vitale, come il sistema di riciclo dell’acqua e la produzione di ossigeno, dovranno essere molto efficienti e affidabili.
• Stoccaggio energetico: L’energia solare è la principale fonte di energia, ma la variabilità causata dalle tempeste di polvere richiederà sistemi di accumulo, come le batterie al litio, e l’uso di reattori nucleari compatti come backup.

Ritorno sulla Terra

• Finestra di lancio: Per tornare, l’equipaggio deve attendere la successiva finestra di lancio favorevole, il che potrebbe richiedere di restare su Marte per circa un anno e mezzo prima del rientro.
• Veicoli di ritorno: La progettazione di un veicolo capace di decollare dalla superficie di Marte è complicata, considerando la sua atmosfera e la necessità di immagazzinare il combustibile. Tecnologie come la produzione di metano e ossigeno in situ utilizzando CO2 e ghiaccio d’acqua marziani stanno avanzando per supportare il ritorno.

Insomma, arrivare su Marte con un equipaggio umano rappresenta una delle imprese più ambiziose mai tentate. Richiede la soluzione di complessi problemi di ingegneria, fisiologia umana e psicologia, nonché lo sviluppo di tecnologie per la produzione autonoma di risorse. La preparazione e la ricerca continuano, guidate da enti come la NASA e aziende private come SpaceX, per rendere questa sfida una realtà sicura e sostenibile.

La colonizzazione di Marte

Creare un insediamento permanente su Marte sarà un’impresa ambiziosa e complessa, che richiederà anni di ricerca, pianificazione e sviluppo tecnologico. Ecco un approfondimento sui passi principali e una stima dei tempi necessari per installare un habitat permanente.

Fasi principali per l’installazione di un insediamento

a) Missioni di preparazione e ricognizione

• Raccolta dati: Le missioni robotiche continueranno a raccogliere informazioni dettagliate sul suolo, sul clima, sulla presenza di risorse come l’acqua e sui rischi ambientali (ad esempio, le tempeste di polvere e le radiazioni cosmiche e solari).
• Sviluppo e test delle tecnologie: Tecnologie come rover autonomi, droni per esplorazioni aeree e sistemi di stampa 3D per la costruzione saranno testati sulla Terra e sulla Luna prima di essere impiegati su Marte.

b) Trasporto di materiali e attrezzature

• Navette cargo: Prima dell’arrivo degli esseri umani, navi senza equipaggio trasporteranno attrezzature critiche, tra cui moduli abitativi, generatori di energia (pannelli solari e reattori nucleari compatti), e macchinari per la produzione di risorse in situ (ISRU).
• Prefabbricati e moduli gonfiabili: Strutture modulari in grado di espandersi una volta arrivate su Marte potrebbero fornire rifugi temporanei e protezione dalle radiazioni.

c) Costruzione iniziale e infrastrutture

• Scavi sotterranei e rifugi: Per ridurre l’esposizione alle radiazioni, parte degli insediamenti iniziali potrebbe essere costruita sotto la superficie marziana o utilizzando strati di regolite compressa come copertura protettiva.
• Produzione locale di risorse: La produzione di ossigeno, acqua e metano in situ è essenziale per la sostenibilità. Processi come l’elettrolisi dell’acqua e l’estrazione di ossigeno dall’anidride carbonica tramite il processo MOXIE sono già stati dimostrati in progetti pilota.
• Coltivazione di piante: Verranno allestite serre per la produzione di cibo, utilizzando sistemi idroponici e aeroponici che permettano alle piante di crescere con un minimo utilizzo di acqua e suolo.

Arrivo e permanenza degli astronauti

• Missioni a rotazione: I primi astronauti potrebbero arrivare per missioni inziali di 1-2 anni, per completare la costruzione delle struture e testare i sistemi di supporto vitale.
• Habitat abitabili: Questi includeranno moduli abitativi a pressione controllata, con protezione dalle radiazioni e sistemi per il riciclo dell’aria e dell’acqua.

Espansione e stabilizzazione

• Strutture permanenti: Una volta testata la fattibilità delle prime installazioni, si procederà con la costruzione di strutture più grandi e permanenti, come laboratori di ricerca, serre estese e zone di abitazione per più persone.
• Tecnologie avanzate: La stampa 3D con materiali marziani e l’automazione saranno chiavi per costruire infrastrutture a basso costo e senza l’invio massiccio di materiali dalla Terra.

Tempistiche per un insediamento permanente

• Primi passi (entro i prossimi 10-15 anni): Le prime missioni con equipaggio, pianificate da enti come la NASA e SpaceX (la Cina probabilmente ci proverà dopo gli anni ’40), potrebbero iniziare negli anni 2030. Queste missioni saranno focalizzate sull’atterraggio, l’esplorazione e l’avvio della produzione di risorse locali.
• Base iniziale (20-30 anni): Un insediamento semi-permanente potrebbe essere operativo nel giro di 20-30 anni, capace di ospitare un piccolo gruppo di persone per missioni prolungate. Questo comporterà lo sviluppo di habitat sicuri, sistemi di supporto vitale affidabili e la produzione locale di ossigeno, acqua e cibo.
• Insediamento permanente e autosufficienza (oltre i 30-50 anni): Per avere un insediamento completamente autosufficiente, potrebbero volerci 50 anni o più. Questo traguardo richiederà lo sviluppo di città autonome, complete di strutture industriali per la produzione di materiali e strumenti necessari per l’espansione senza supporto costante dalla Terra, individuazione di giacimenti di metlli ed altre risorse per l’estrazione di materie prime.

Sfide tecnologiche e logistiche

• Energia: I pannelli solari saranno una risorsa importante, ma saranno necessari anche reattori nucleari compatti per garantire energia continua durante le lunghe notti marziane e le tempeste di polvere.
• Sicurezza alimentare: Oltre alle serre, tecnologie come la produzione di proteine sintetiche, l’uso di alghe e, più in là, la coltivazione di carne, potrebbero fornire una dieta più variegata.
• Assistenza medica: La medicina marziana richiederà la capacità di affrontare emergenze senza accesso immediato alla Terra, con strumenti per diagnosi e interventi chirurgici a distanza.

Sfide sociali e psicologiche

• • Adattamento e vita comunitaria: I coloni dovranno sviluppare una cultura di cooperazione e adattarsi a vivere in uno spazio limitato e isolato. La selezione dei primi gruppi sarà fondamentale per garantire la resilienza psicologica e la compatibilità interpersonale.
  • Gestione del tempo e delle risorse: La vita quotidiana sarà pianificata per massimizzare l’efficienza e mantenere il morale alto, con attività regolari e periodi di riposo.

Gestione della società e delle risorse

• • • Autogoverno: Con il passare del tempo, un insediamento autonomo dovrà sviluppare forme di gestione locale e leadership per affrontare sfide quotidiane e decisioni critiche.
    • Educazione e formazione continua: Gli abitanti dovranno essere istruiti su una vasta gamma di competenze tecniche, dalla manutenzione degli impianti alla medicina d’emergenza, per garantire che la comunità possa sopravvivere senza assistenza diretta dalla Terra.

Conclusioni

Stabilire un insediamento permanente su Marte richiederà l’integrazione di tecnologie avanzate, collaborazione internazionale e un adattamento umano straordinario. Con un piano progressivo e una forte determinazione, un avamposto autonomo su Marte potrebbe divenire realtà entro i prossimi 30-50 anni, segnando una nuova era nell’esplorazione umana.