Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte e quali sfide dovranno affrontare gli astronauti?

La NASA prevede di inviare umani su Marte entro due decenni, ma Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte? E come affronteranno gli astronauti le sfide proposte da quasi tre anni da trascorrere lontani dalla Terra senza alcuna possibilità di soccorso?

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Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte?

Lo spazio intriga ed incuriosisce fin da quando esiste l’umanità. I misteri del sistema solare, anche a fronte di tante scoperte, sono lungi dall’essere completamente compresi e molte sfide devono ancora essere vinte.

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Ad esempio, da quando gli umani hanno raggiunto la Luna, l’obbiettivo successivo è stato sempre indicato in Marte ma, dopo cinquant’anni, non siamo ancora stati capaci di allestire una missione con esseri umani per il pianeta rosso.

Raggiungere Marte comporta un viaggio molto lungo nel vuoto dello spazio ma ora, finalmente, la NASA si sta preparando per raggiungere il pianeta rosso con i suoi astronauti entro i prossimi vent’anni.

Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte?

Nonostante la Nasa abbia ormai inviato molti lander e rover sulla superficie di Marte, l’invio di esseri umani sul pianeta rosso è sembrato un obiettivo lontano – fino a poco tempo fa.

Ora, secondo l’agenzia spaziale americana, potremo far sbarcare esseri umani su Marte entro i prossimi due decenni, e non dimentichiamo la SpaceX di Elon Musk che ritiene di poter essere in condizioni di portare un equipaggio umano sul Pianeta Rosso entro i prossimi dieci anni e di poterne avviare la colonizzazione nel prossimo decennio.

Eppure, raggiungere il pianeta sarà ancora un’impresa, poiché la distanza tra la Terra e Marte varia tra i 56 ed i 400 milioni di chilometri. In media, la distanza tra Terra e Marte è di 230 milioni di chilometri, secondo la Nasa.

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Quindi, La NASA prevede di inviare umani su Marte entro due decenni, ma quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte?

Secondo il sito web del Centro di volo spaziale Goddard della NASA, con i mezzi attuali il tempo di viaggio necessario per portare uomini su Marte dovrebbe essere di circa nove mesi e i veicoli spaziali senza pilota inviati fino ad oggi hanno impiegato da 128 a 333 giorni per raggiungere il pianeta rosso.

Insomma, uno dei problemi da affrontare è proprio quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte, ma questo è solo l’inizio.

Secondo il professore di fisica Craig Patten, dell’Università della California, San Diego, il viaggio potrebbe essere abbreviato bruciando più carburante per accelerare l’astronave invece di affidarsi all’inerzia dopo la spinta iniziale.

Non sarebbe, però, consigliabile per via del peso del carburante che sottrarrebbe risorse preziose in scorte di sopravvivenza e strumentazioni, problema che, invece, SpaceX promette di risolvere nel modo che vedremo più oltre.

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Attualmente, la NASA sta progettando un piano in cinque fasi per mandare gli astronauti su Marte attraverso una missione di almeno tre anni tra andata e ritorno più la permanenza in attesa che il pianeta rosso si riavvicini alla Terra.

Secondo alcuni, la Starship di SpaceX potrebbe effettuare il viaggio in poco più di tre mesi, facendo rifornimento in orbita per poi utilizzare il carburante per ottenere una maggiore velocità di percorrenza.

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Altrettanto durerebbe il ritorno, a patto che l’astronave di Elon Musk riesca a sintetizzare localmente il propellente necessario per il ritorno.

I quasi due anni di attesa inevitabile da trascorrere su Marte prima del successivo avvicinamento tra il pianeta rosso e la Terra concederebbe il tempo necessario per effettuare questa operazione.

Quali altre sfide dovranno affrontare gli astronauti?

Le sfide da vincere per arrivare su Marte dovranno essere affrontate in anticipo, molte delle quali hanno a che fare semplicemente con quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte portandoci gli astronauti tutti di un pezzo e in buona salute.

Un nuovo studio studio che descrive quali problemi bisognerà affrontare è apparso di recente online ed è stato accettato per la pubblicazione da Advances in Aeronautical Sciences (data di pubblicazione in attesa).

A parte la Terra, Marte è il luogo più abitabile del Sistema Solare (per gli standard terrestri). Molteplici linee di prove accumulate nel corso di decenni hanno anche dimostrato che un tempo potrebbe aver sostenuto la vita.

Sfortunatamente, l’invio di astronauti su Marte comporterà inevitabilmente una serie di sfide distinte, che derivano dalla logistica e dalla tecnologia ai fattori umani e alle distanze coinvolte.

Affrontare questi problemi in anticipo è fondamentale se la NASA e altre agenzie spaziali sperano di condurre le prime missioni con equipaggio su Marte nel prossimo decennio e dopo. Sulla base della loro analisi, Biswal e Annavarapu hanno identificato 14 sfide distinte, che includono (ma non sono limitate a):

  • La traiettoria di volo per Marte e le manovre correttive
  • Veicoli spaziali e gestione del carburante
  • Radiazioni, microgravità e salute degli astronauti
  • Isolamento e problemi psicologici
  • Comunicazioni (in transito e su Marte)
  • L’approccio di Marte e l’inserimento orbitale

Tutte queste sfide sperimentano un certo grado di sovrapposizione con una o più delle altre elencate. Ad esempio, un problema ovvio quando si tratta di pianificare missioni su Marte è l’enorme distanza coinvolta. Per questo motivo, le finestre di lancio tra la Terra e Marte si verificano solo ogni due anni quando i nostri pianeti sono più vicini tra loro (cioè, quando Marte è in “Opposizione” rispetto al Sole).

Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte quando si aprono le finestre di lancio?

Un veicolo spaziale può compiere il viaggio dalla Terra a Marte in 150-300 giorni (circa cinque-dieci mesi).

Ciò rende le missioni di rifornimento impraticabili poiché gli astronauti non possono aspettare così a lungo per ricevere le necessarie spedizioni di carburante, cibo e altri rifornimenti. Le distanze coinvolte creano problemi anche per quanto riguarda la sicurezza degli astronauti e la produzione di energia.

In altre parole, il semplice arrivo su Marte presenta molteplici sfide specifiche che Biswal e Annavarapu hanno incluso nella loro analisi. Quando si parla di salute e sicurezza degli astronauti, ci sono diverse altre sfide specifiche che entrano in gioco.

Per cominciare, c’è il costo psicologico di essere confinati in una cabina di un veicolo spaziale con altri astronauti. C’è anche il costo fisico dell’esposizione a lungo termine a un ambiente di microgravità.

Come ha dimostrato la ricerca a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) – in particolare, il Twin Study della NASA – trascorrere un anno nello spazio comporta un costo considerevole per il corpo umano.

Oltre alla perdita di densità muscolare e ossea, gli astronauti che hanno trascorso lunghi periodi a bordo della ISS hanno anche sperimentato un calo della vista, cambiamenti genetici e problemi a lungo termine con i loro sistemi cardiovascolari e circolatori.

Ci sono stati anche casi di effetti psicologici, in cui gli astronauti hanno sperimentato alti livelli di ansia, insonnia e depressione.

Ma come ha indicato Biswal, la sfida più grande e più ovvia da vincere riguarda le radiazioni (solari e cosmiche) a cui saranno esposti gli astronauti nel corso dell’intera missione.

Nelle nazioni sviluppate, le persone sulla Terra sono esposte a una media di circa 620 millirem (62 mSv) all’anno, o 1,7 millirem (0,17 mSv) al giorno.

La NASA ha condotto studi che hanno dimostrato come una missione su Marte comporterebbe un’esposizione totale di circa 1.000 mSv in un periodo di due anni e mezzo. Ciò consisterebbe in 600 mSv durante un viaggio di andata e ritorno di un anno, più 400 mSv durante il soggiorno di 18 mesi.

Ciò significa che gli astronauti saranno esposti a 1,64 mSv al giorno durante il transito e 0,73 mSv per ogni giorno in cui si trovano su Marte, ovvero oltre 9,5 e 4,3 volte la media giornaliera, rispettivamente.

I rischi per la salute che ciò comporta potrebbero significare che gli astronauti soffriranno di problemi di salute legati alle radiazioni prima ancora di arrivare su Marte, per non parlare delle operazioni di superficie o del viaggio di ritorno.

Fortunatamente, ci sono strategie di mitigazione per il transito e le parti in superficie della missione, alcune delle quali raccomandate da Biswal e Annavarapua. “Attualmente stiamo sviluppando un habitat marziano sotterraneo che potrebbe affrontare tutte le questioni relative alla salute durante una missione lunga o un insediamento permanente su Marte“, ha detto Biswal.

La missione con equipaggio dovrebbe includere una produzione più rapida delle necessità dell’equipaggio da risorse in situ“.

Questa proposta è in linea con i molti profili di missione che la NASA e altre agenzie spaziali stanno sviluppando per le future esplorazioni lunari e marziane.

Esistono già molte strategie per proteggere gli equipaggi dalle radiazioni mentre si trovano nello spazio, ma in ambienti extraterrestri tutti i concetti incorporano l’uso di risorse locali (come la regolite o il ghiaccio) per creare schermature naturali.

La disponibilità locale di ghiaccio è anche vista come un must per garantire un approvvigionamento idrico costante per il consumo umano e l’irrigazione (poiché gli astronauti in missioni di lunga durata dovranno coltivare gran parte del proprio cibo).

C’è anche la possibilità di sfruttare tecnologie avanzate come la propulsione nucleare-termica e nucleare-elettrica (NTP / NEP). La NASA e altre agenzie spaziali stanno attivamente studiando razzi a propulsione nucleare poiché un veicolo spaziale dotato di NTP o NEP potrebbe compiere il viaggio su Marte in soli 100 giorni.

Come hanno indicato Bisawl e Annavarapu, però, ciò solleva la sfida di affrontare i sistemi nucleari e una maggiore esposizione alle radiazioni.

Purtroppo, tutte queste sfide possono essere affrontate con la giusta combinazione di innovazione e preparazione. E se si considerano i vantaggi dell’invio di missioni con equipaggio su Marte, le sfide sembrano molto meno scoraggianti.

Come ha proposto Biswal, questi vantaggi includono la vicinanza, le opportunità di studiare campioni di suolo marziano in un laboratorio terrestre, l’espansione dei nostri orizzonti e la capacità di rispondere a domande fondamentali sulla vita.

Dall’inizio degli anni ’60, le agenzie spaziali hanno inviato missioni robotiche su Marte. Dagli anni ’70, alcune di queste missioni sono state lander che sono sbarcati in superficie. Con gli oltre quarant’anni di dati e competenze che ne sono derivati, la NASA e altre agenzie spaziali stanno ora cercando di applicare ciò che hanno appreso in modo da poter inviare i primi astronauti su Marte.

I primi tentativi potrebbero essere ancora a più di un decennio (o oltre) di distanza, ma solo se i preparativi significativi vengono effettuati in anticipo. Non solo devono ancora essere sviluppati molti componenti e infrastrutture legati alla missione, ma è ancora necessario fare molta ricerca.

Si spera che tutto ciò porti alla creazione di un programma sostenibile per l’esplorazione marziana. Potrebbe persino consentire l’occupazione umana a lungo termine di Marte e la creazione di una colonia permanente. Grazie agli sforzi di molti ricercatori e scienziati, potrebbe finalmente arrivare il giorno in cui esisterà una popolazione che si definirà “marziana”.

Una volta che gli umani raggiungeranno il pianeta continueranno a essere limitati alle tute spaziali e all’ambiente ristretto di lander e rover, poiché l’aria di Marte non è respirabile e le temperature sono davvero estreme, con escursioni anche di 70 o 80 gradi in un giorno.

Inoltre la mancanza di un campo magnetico planetario e la scarsa densità atmosferica esporranno gli astronauti al rischio di essere colpiti da radiazioni solari e cosmiche con conseguenze imprevedibili per la salute.

Fortunatamente, gli astronauti non avranno tempo per annoiarsi una volta arrivati su Marte.

Gli astronauti, nei quasi due anni che trascorreranno in superficie esploreranno la superficie del pianeta, facendo analisi fisico-chimiche su aree diverse, studiando la geologia, cercheranno ghiaccio d’acqua ed eventuali segni di vita presente o passata.

Dovranno anche effettuare numerosi esperimenti scientifici atti a verificare la possibilità di rendere una futura base planetaria o una colonia.

Bisognerà provare le tecnologie che dovranno ricavare acqua, ossigeno ed idrogeno da ghiaccio e CO2, sia per la sopravvivenza che per ricavare propellente per razzi per il ritorno.

Bisognerà provvedere a coltivare piante ad uso alimentare in ambienti adatti e studiare le reazioni della fisiologia umana alla vita prolungata in un ambiente dove la gravità è un terzo di quella terrestre.

Insomma, quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte è solo il primo dei problemi che dovranno affrontare gli astronauti.