Marte, andata e ritorno, come organizzarsi?

La NASA e SpaceX lavorano a stretto contatto nelle missioni verso la Stazione Spaziale Internazionale,  ma hanno idee contrastanti su come sarebbe una missione con equipaggio su Marte

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La Nasa e SpaceX stanno lavorando per portare l’uomo sul pianeta rosso, ma tante sono le sfide che si dovranno affrontare, durante il viaggio, durante la permanenza e anche per il ritorno alla base, sulla Terra. Vediamo quali ostacoli ci sono e come si pensa di arginarli.

Massa del carico utile

La sfida più grande è quella della massa del carico utile, ovvero veicoli spaziali, persone, carburante, rifornimenti, e altro ancora, tutto ciò che serve per il viaggio. La massa del carico utile è solitamente solo una piccola percentuale della massa totale del veicolo di lancio.

Ad esempio, il razzo Saturn V che ha lanciato l’ Apollo 11 sulla Luna pesava 3.000 tonnellate. Ma potrebbe lanciare solo 140 tonnellate (5% della sua massa di lancio iniziale) verso l’orbita terrestre bassa e 50 tonnellate (meno del 2% della sua massa di lancio iniziale) sulla Luna.

Il problema del carburante

La massa limita le dimensioni di una navicella e cosa può fare nello spazio. Ogni manovra costa carburante per far funzionare i motori a razzo, e questo carburante deve attualmente essere trasportato nello spazio sulla navicella spaziale.

Il piano di SpaceX è che il suo veicolo Starship con equipaggio venga rifornito nello spazio da un’autocisterna lanciata separatamente. Ciò significa che molto più carburante può essere trasportato in orbita di quanto potrebbe essere trasportato su un singolo lancio.

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La sfida del tempo

Un’altra sfida, intimamente connessa al carburante, è il tempo. Le missioni che inviano veicoli spaziali senza equipaggio sui pianeti esterni spesso percorrono traiettorie complesse attorno al Sole.

Usano quelle che vengono chiamate manovre di assistenza gravitazionale per lanciare efficacemente la fionda intorno a diversi pianeti per ottenere abbastanza slancio per raggiungere il loro obiettivo.

Ciò consente di risparmiare molto carburante ma può portare a missioni che impiegano anni per raggiungere le loro destinazioni. Chiaramente, questo è qualcosa che gli umani non vorrebbero fare.

La manovra di Hohmann

Sia la Terra che Marte hanno orbite quasi circolari e una manovra nota come trasferimento di Hohmann è il modo più efficiente in termini di consumo di carburante per viaggiare tra due pianeti. 

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Fondamentalmente, senza entrare troppo nei dettagli, è qui che un veicolo spaziale fa una singola combustione in un’orbita di trasferimento ellittica da un pianeta all’altro.

Un trasferimento di Hohmann tra la Terra e Marte richiede circa 259 giorni (tra otto e nove mesi) ed è possibile solo ogni due anni circa a causa delle diverse orbite attorno al Sole della Terra e di Marte.

Una navicella spaziale potrebbe raggiungere Marte in un tempo più breve (SpaceX richiede sei mesi) ma costerebbe più carburante per farlo in questo modo.

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Atterraggio sicuro

Una volta giunti in prossimità del pianeta rosso, la sfida successiva è l’atterraggio. Un veicolo spaziale che entra nella Terra è in grado di utilizzare la resistenza generata dall’interazione con l’atmosfera per rallentare.

Ciò consente al velivolo di atterrare in sicurezza sulla superficie terrestre (a condizione che possa sopravvivere al relativo riscaldamento). Ma l’atmosfera su Marte è circa 100 volte più sottile di quella terrestre. Ciò significa meno potenziale di resistenza, quindi non è possibile atterrare in sicurezza senza un qualche tipo di aiuto.

Alcune missioni sono atterrate su airbag (come la missione Pathfinder della NASA) mentre altre hanno utilizzato i propulsori (la missione Phoenix della NASA). Quest’ultimo, ancora una volta, richiede più carburante.

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La vita sul pianeta rosso

Un giorno marziano dura 24 ore e 37 minuti, ma le somiglianze con la Terra si fermano qui. La sottile atmosfera su Marte significa che non può trattenere il calore come fa la Terra, quindi la vita su Marte è caratterizzata da grandi estremi di temperatura durante il ciclo giorno/notte.

Marte ha una temperatura massima di 30 ℃, che sembra abbastanza piacevole, ma la sua temperatura minima è di -140 ℃ e la sua temperatura media è di -63 ℃. La temperatura media invernale al Polo Sud della Terra è di circa -49 ℃.

Scelta del luogo marziano

Quindi è necessario scegliere con cura il posto dove vivere su Marte e soprattutto come gestire la temperatura durante la notte.

La gravità su Marte è il 38% di quella terrestre (si ha infatti una sensazione di leggerezza) ma l’aria è principalmente anidride carbonica (CO₂) con diverse percentuali di azoto, quindi è completamente irrespirabile. Ci sarebbe bisogno di costruire un luogo climatizzato solo per viverci.

SpaceX prevede di lanciare diversi voli cargo tra cui infrastrutture critiche come serre, pannelli solari e un impianto di produzione di carburante per le missioni di ritorno sulla Terra.

La vita su Marte sarebbe possibile e sulla Terra sono già state fatte diverse prove di simulazione per vedere come le persone potrebbero affrontare una simile esistenza.

Il ritorno a casa

L’ultima sfida è il viaggio di ritorno e riportare le persone in sicurezza sulla Terra. L’Apollo 11 è entrato nell’atmosfera terrestre a circa 40.000 km/h, che è appena al di sotto della velocità richiesta per sfuggire all’orbita terrestre.

I veicoli spaziali di ritorno da Marte avranno velocità di rientro da 47.000 a 54.000 km/h, a seconda dell’orbita che usano per arrivare sulla Terra. Potrebbero rallentare nell’orbita bassa attorno alla Terra fino a circa 28.800 km/h prima di entrare nella nostra atmosfera ma avrebbero bisogno di carburante extra per farlo.

Se si limitano a precipitare nell’atmosfera, servirà tutta la decelerazione per loro. Bisogna solo assicurarsi dell’incolumità degli astronauti, a causa delle forze di gravità e che non si brucino a causa del riscaldamento eccessivo.

Queste sono solo alcune delle sfide che deve affrontare una missione su Marte e tutti gli elementi tecnologici per raggiungere questo obiettivo ci sono. Bisogna solo spendere tempo e denaro e unire il tutto.

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