Con il ritorno alla Luna, programmato per il 2024, la NASA si prepara a compiere il primo passo per inviare un equipaggio umano su Marte negli anni ’30, ma c’è ancora molto lavoro da fare. Atterrare con successo su Marte significherà superare una serie di sfide completamente nuove.
“Non siamo nati per vivere nello spazio, per noi lo spazio è ancora un ambiente ostile“, afferma Tommaso Ghidini, capo della divisione strutture, meccanismi e materiali dell’Agenzia spaziale europea (ESA).
per arrivare sulla Luna occore effettuare un viaggio di pochi giorni; al contrario, una missione su Marte richiederà mesi di viaggio ed almeno un anno e mezzo di permanenza sul Pianeta Rosso. Un ambiente a gravità zero durante il viaggio, la solitudine e l’isolamento oltre un ambiente pericoloso, al di là della portata delle cure mediche tradizionali si sommano per rendere il viaggio su Marte pieno di rischi.
Per cominciare, gli astronauti in viaggio verso Marte dovranno affrontare livelli di radiazioni cosmiche elevati, senza la protezione dell’atmosfera terrestre e del campo magnetico della Terra. Secondo l’ExoMars Trace Gas Orbiter dell’ESA, un singolo viaggio su Marte potrebbe vedere gli astronauti accumulare il 60% della radiazione totale a cui dovrebbero essere esposti in tutta la loro vita, molto più delle loro controparti sulla Stazione Spaziale Internazionale e diverse centinaia di volte più di quanto un essere umano assorbirebbe nello stesso periodo sulla Terra. L’aumentata esposizione alle radiazioni è collegata a una serie di tumori, in particolare la leucemia, quindi le future missioni su Marte dovranno sviluppare nuovi modi per ridurre i livelli di agenti cancerogeni a cui sono sottoposti gli astronauti.
La soluzione, secondo Ghidini, è un’elegante ingegneria. È stato dimostrato che le sostanze contenenti idrogeno sono efficaci nella protezione dalle radiazioni, il che significherebbe che l’acqua potrebbe essere utilizzata come strato protettivo all’interno di un veicolo spaziale verso e su Marte. Ma l’acqua è molto pesante e ingombrante oltre che molto costosa da trasportare nello spazio.
Quindi l’ESA sta pianificando di utilizzare i fluidi che sono già a bordo – come l’acqua potabile per gli astronauti o i propellenti – e di immagazzinarli nelle aree in cui gli astronauti dormiranno per dare loro la migliore protezione contro le radiazioni possibile. “In questo modo, l’acqua che devi portare comunque sta svolgendo un’altra nobile funzione: proteggere gli astronauti“, dice Ghidini.
Anche le nuove tute spaziali, con fluidi concentrati attorno alle aree del corpo che producono sangue, che sono già in fase di test sulla ISS, avranno la loro utilità nel ridurre l’esposizione alle radiazioni.
La prolungata esposizione a microgravità e bassa gravità, sia nello spazio che su Marte, è un altro problema. Come si rinnovano le ossa lungo linee di stress; è necessario un regolare esercizio fisico (anche se sta solo portando il proprio peso corporeo) per fermare la decalcificazione delle ossa. Poiché lo spazio è vicino a un ambiente a zero G, gli astronauti subiscono poco stress sulle loro ossa, e quindi cadono vittime dell’osteoporosi, una condizione in cui le ossa possono assottigliarsi e fratturarsi più facilmente.
Mentre l’osteoporosi è una condizione comune sulla Terra, l’ambiente vicino allo zero G nello spazio potrebbe causare un nuovo problema per le ossa degli astronauti: potrebbero essere a rischio di frantumazione, piuttosto che fratturarsi come potrebbero qui sulla Terra. Gli astronauti dovranno avere un modo per sostituire qualsiasi osso che dovesse rompersi in modo irreparabile.
La risposta, afferma Ghidini, potrebbe risiedere nella bioprinting 3D, in cui la pelle umana, le ossa e persino gli organi potrebbero essere stampati su richiesta su veicoli spaziali o sulla superficie del pianeta.
Avere ossa e organi di ricambio disponibili su richiesta per gli astronauti è una cosa, ma avere le abilità per effettuare l’intervento è un’altra.
“Una volta che hai iniziato la missione, non puoi interromperla – non puoi tornare indietro se hai un problema medico. Devi essere in grado di curare l’astronauta“, spiega Ghidini.
L’uso di apparecchiature di chirurgia robotica gestite a distanza da chirurghi terrestri sembrerebbe la soluzione ideale per le emergenze mediche a bordo, ma c’è un ritardo di 40 minuti per le comunicazioni tra la Terra e Marte a causa delle distanze coinvolte – non il legame quasi in tempo reale di cui la telemedicina avrebbe bisogno.
Uno dei membri dell’equipaggio dovrebbe essere il chirurgo designato. Se dovesse verificarsi un’emergenza, gli esperti medici sulla terra potrebbero costruire una simulazione dell’astronauta-paziente, che potrebbe essere utilizzata dall’astronauta-chirurgo per esercitarsi su un auricolare in realtà aumentata (AR), fino a quando non si sentisse abbastanza abile da intraprendere l’intervento reale. L’ISS ha già testato l’uso dell’AR per aiutare a guidare gli astronauti attraverso nuovi progetti.
Ma i problemi di salute di cui potrebbero soffrire i membri di una missione su Marte non sarebbero solo fisici: essere intrappolati per anni in una piccola scatola che galleggia attraverso lo spazio vuoto con le stesse persone metterebbe a dura prova chiunque.
Mantenere gli astronauti in buona salute mentale è un’altra priorità per i ricercatori dell’ESA. La Stazione Spaziale Internazionale sta già vedendo i primi frutti del lavoro sulla salute mentale sotto forma di un robot dotato di AI noto come CIMON. Potrebbe eventualmente essere usato per aiutare a monitorare e migliorare l’umore di un astronauta.
Intrattenere gli astronauti è un altro modo per sostenere la loro salute mentale. Il cibo, secondo Ghidini, sarà una fonte di distrazione per i viaggiatori spaziali. “Dovremo organizzare, dal punto di vista alimentare, qualcosa di simile a un evento sociale, persino culturale. Serve qualcosa per stare insieme, usare la creatività e rilassarsi“, dice.
Ciò significa cucinare. Gli astronauti potrebbero essere in grado di utilizzare la stampa 3D per creare pasti all’occasione, una pausa da una dieta non-stop di sacchetti di cibo disidratato. Il team di Ghidini ha già stampato in 3D una pizza per mostrare come il cibo on demand potrebbe contribuire a spezzare la monotonia della ristorazione spaziale.
Le tecnologie sviluppate nell’ambito della corsa allo spazio sono ormai diventate all’ordine del giorno: lo scanner CT sviluppato per testare l’integrità strutturale dei materiali utilizzati nello shuttle si trova ora negli ospedali di tutto il mondo, mentre i filtri sviluppati per riciclare l’urina degli astronauti hanno ispirato i filtri utilizzati in tutto il mondo per purificare l’acqua contaminata o sporca.
Ghidini spera che la tecnologia creata per le future missioni su Marte possa essere utilizzata per migliorare le condizioni delle persone qui. E anche quelle tecnologie di prossima generazione dovranno essere più ecologiche.
“Vogliamo andare su Marte in modo rispettoso ed evitare gli errori che abbiamo fatto sulla Terra. Vogliamo andare e fare riciclaggio su vasta scala – è così che fai una missione del genere, non c’è altro modo. Devi riciclare tutto l’equipaggiamento, devi usare le risorse che trovi in situ, e questa è un’altra lezione che dobbiamo riportare sulla Terra“, spiega.
Forse i viaggi nello spazio daranno alla fine all’umanità una prospettiva migliore sul suo pianeta natale.
“Andremo su Marte perché, prima di tutto, vogliamo proteggere molto meglio la Terra. Marte era una Terra prima, e poi è invecchiato incredibilmente velocemente – non sappiamo perché – ed è diventato quello che è oggi, un deserto gelido con un’atmosfera prevalentemente di CO2. Vogliamo capire cosa è successo a Marte per evitare che ciò accada sulla Terra“, conclude Ghidini.
