Tutte le sfide del viaggio per Marte

NASA e SpaceX collaborano alle missioni verso la ISS la Stazione Spaziale Internazionale ma sembrano esprimere concetti diversi riguardo la conquista di Marte da parte di un equipaggio umano

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Prima di imbarcarsi in un lungo e pericoloso viaggio verso Marte, ci sono molte difficoltà che gli scienziati dovranno affrontare e superare.
NASA e SpaceX collaborano alle missioni verso la ISS la Stazione Spaziale Internazionale ma sembrano esprimere concetti diversi riguardo la conquista umana di Marte. La sfida più impegnativa e vincolante riguarda la massa e il carico utile composto dal veicolo spaziale, dall’equipaggio, dal carburante, e da tutte le attrezzature necessarie per affrontare con successo la missione.
Il carico utile è di solito una piccola parte della massa totale del veicolo di lancio. Il Saturno V può essere un esempio efficace. Questo enorme vettore pesava, al lancio, ben 3000 tonnellate, ma poteva inviarne nello spazio solamente 140 in orbita bassa, cioè il 5% della sua massa e 50, meno del 2% sulla Luna.
La massa limita fortemente le dimensioni e le manovre che il veicolo spaziale deve compiere nello spazio nel viaggio verso Marte. Ogni manovra costa carburante per azionare i motori a razzo, e questo carburante deve attualmente essere trasportato nello spazio a bordo della navicella spaziale in appositi serbatoi che ne aumentano la massa.
La società SpaceX di Elon Musk ha proposto un profilo di missione che prevede il rifornimento nello spazio del suo veicolo diretto verso Marte, utilizzando una cisterna di rifornimento lanciata separatamente in orbita. Questa operazione combinata permetterebbe di imbarcare il carburante necessario alla lunga missione che non potrebbe essere altrimenti portato con un singolo lancio.
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. I veicoli robot usano quelle che vengono chiamate manovre di assistenza gravitazionale o “effetto fionda” lanciandosi verso i pianeti per ottenere un guadagno di velocità tale da consentire di raggiungere in minor tempo i loro obiettivi.
La fionda gravitazionale consente di risparmiare molto carburante, ma può portare a missioni che impiegano anni per raggiungere le loro destinazioni. Chiaramente questo è qualcosa che gli astronauti non possono permettersi di fare. 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. Fondamentalmente, senza entrare troppo nei dettagli, è qui che un veicolo spaziale applica una singola accensione in un’orbita di trasferimento ellittica da un pianeta all’altro.
Un trasferimento di Hohmann tra la Terra e Marte richiede circa 259 giorni ed è possibile solo ogni due anni circa a causa delle diverse orbite percorse attorno al Sole. Una navicella spaziale potrebbe raggiungere Marte in un tempo più breve (SpaceX afferma di poter arrivare su Marte in s sei mesi) ma avrebbe bisogno di consumare più carburante per farlo. Ammettiamo che il viaggio di 259 giorni, seppur lungo, vada a buon fine e l’equipaggio arrivi in orbita marziana.
La prossima sfida da affrontare è l’atterraggio.
Un veicolo spaziale che rientra sulla Terra è in grado di utilizzare la resistenza generata dall’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 che offre molta meno resistenza, quindi non è possibile atterrare in sicurezza senza un qualche tipo di aiuto. Alcune missioni sono atterrate su airbag (come la missione Pathfider della NASA) mentre altre hanno utilizzato i retrorazzi (la missione Phoenix della NASA ). Queste ultime, ancora una volta, hanno bisogno di ulteriore carburante.
Vivere su Marte
Un giorno marziano dura 24 ore e 37 minuti, ma le somiglianze con la Terra si fermano qui. La sottile atmosfera di Marte non può trattenere il calore come la Terra, quindi chi vive su Marte è sottoposto a 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 ℃ .
Quindi dobbiamo essere molto selettivi su dove scegliamo di vivere su Marte e su come gestiamo la temperatura durante la notte. La gravità su Marte è il 38% di quella terrestre ma l’atmosfera è principalmente composta da anidride carbonica (CO₂) con una piccola percentuale di azoto, quindi non è respirabile.
Avremmo bisogno di costruire un habitat climatizzato solo per viverci. SpaceX prevede di lanciare diversi voli cargo, comprese 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 gli astronauti potrebbero far fronte a una tale esistenza.
Tornare a casa
L’ultima sfida da superare è il viaggio di rientro. Gli astronauti devono tornare sulla Terra sani e salvi. La missione Apollo 11 è rientrata nell’atmosfera terrestre a circa 40.000 km / h, che è appena più bassa della velocità richiesta per sfuggire all’orbita terrestre. I veicoli spaziali di rientro da Marte avranno una velocità di rientro più alta, da 47.000 km / ha 54.000 km / h, a seconda dell’orbita che utilizzata per tornare sulla Terra.
Questa velocità potrebbe essere ridotta fino a circa 28.800 km / h entrando in orbita ma per farlo,occorre stivare del carburante in più, aumentando ancora la massa del veicolo spaziale. Se invece si utilizza solo la resistenza dell’atmosfera si potrà decelerare senza spendere ulteriore carburante,
La decelerazione però è una manovra critica perché potrebbe uccidere gli astronauti con forze G eccessive o bruciarli a causa del riscaldamento eccessivo. Queste sono solo alcune delle sfide che deve affrontare una missione per Marte e tutti gli elementi tecnologici per raggiungere questo obiettivo ci sono. Dobbiamo solo spendere tempo e denaro per unirli al meglio.
Fonte: https://phys.org/news/2020-12-people-earth-mars-safely.html