Riunite in una sala comune, un gruppo di persone in lutto salutano il defunto, morto per un aneurisma cerebrale. Il servizio commemorativo della base su Marte celebra una pietra miliare per l’umanità: il geologo deceduto è la prima persona a morire per cause naturali su Marte.
Dopo la funzione, mentre le persone in lutto si dirigono verso il boschetto pubblico che funge da cimitero senza tomba, un paio di tecnici spogliano il corpo e lo spostano in una stanza carredata da alcune capsule di acciaio inossidabile. Si tratta di digestori di tessuti. I tecnici trasferiscono il corpo in una capsula vuota e sigillano il coperchio. Questa si riempie di acqua addizionata di idrossido di potassio, una base caustica. Quindi il pod viene riscaldato a 300° Fahrenheit e pressurizzato a 70 psi.
Gli ingegneri di oggi stanno sviluppando soluzioni che potrebbero portare ai funerali marziani di domani. E i primi esseri umani potrebbero atterrare già nel 2029, se SpaceX riuscirà a mantenere la sua ambiziosa linea temporale per colonizzare Marte. “Questa è una cosa molto dura, pericolosa e difficile, non per i deboli di cuore. Ci sono buone possibilità di morire“, ha detto il fondatore di SpaceX Elon Musk a una conferenza nel settembre 2020. “Sarà dura, ma sarà piuttosto glorioso se funzionerà“.
Far “funzionare” le cose su Marte significherà progettare una generazione di nuove attrezzature, veicoli spaziali, lander e infrastrutture per fornire e supportare i coloni su un mondo alieno. Dal momento in cui la navicella spaziale lascerà la Terra, ogni fase della colonizzazione sarà definita dall’ingegneria che ha lo scopo di consentire ai coloni di vivere una vita piena su Marte.
Parte prima: un viaggio pericoloso
Dall’interno della sala ricreativa della nave, il geologo diretto su Marte può vedere un paesaggio di stelle immobili attraverso un oblò di vetro al quarzo. È abbastanza largo da consentire a una sola persona per volta di guardare fuori. Il quarzo può resistere al riscaldamento e al raffreddamento senza rompersi ma ogni oblò rappresenta un’interruzione nell’integrità strutturale dello scafo.
Ogni oblò è un simbolo di ostinazione, sfida umana e biocentrismo. Perché portare la specie così lontano senza concedere loro la capacità di vedere con i propri occhi, dove stanno andando? È anche un segno della fragilità psicologica degli esseri umani. Fissare qualcosa, qualsiasi cosa, oltre i confini delle paratie dell’astronave è un gradito sollievo per la mente oltre che per gli occhi.
Il programma di ricerca umana della NASA considera “l’isolamento e il confinamento” come una delle principali minacce alla salute umana durante i voli spaziali di lunga durata. Arrivare su Marte richiede un viaggio di oltre 50 milioni di chilometri, che rappresentano sa 4 a sei noiosi mesi di permanenza su una nave probabilmente angusta e irreggimentata.
I giorni della nausea a gravità zero possono fondersi insieme, separati solo da luci interne che imitano il ciclo solare terrestre. I passeggeri sono tenuti impegnati con una routine quotidiana di esercizi, faccende domestiche e controlli medici, tutti volti a mantenersi fisicamente e mentalmente in forma. Il corpo umano è progettato per la gravità. È, essenzialmente, un contenitore pressurizzato di fluido e la gravità attira quei fluidi fino ai nostri piedi. Ma nello spazio, quel fluido scorre liberamente nella parte superiore del corpo, aumentando la pressione arteriosa nel cranio abbastanza da far gonfiare la testa, danneggiare la vista e ridurre le capacità cognitive.
I medici terrestri combattono gli squilibri di pressione con le camere a pressione negativa della parte inferiore del corpo (LBNP) che attirano il fluido corporeo verso le gambe. Nel dicembre 2019, Alan Hargens, PhD, fisiologo spaziale presso l’Università della California, San Diego, ha pubblicato un articolo sulla rivista Aerospace Medicine and Human Performance descrivendo il suo progetto di una tuta mobile LBNP. “Funziona come un aspirapolvere che aspira un oggetto dal pavimento“, afferma Hargens. “Ma in questo caso, si crea un gradiente di pressione negativa che risucchia il corpo di una persona fino alla vita, e sono sigillati nella camera con una specie di gonna da kayak“.
Il viaggio su Marte esporrebbe i viaggiatori (e le apparecchiature elettroniche) alle radiazioni cosmiche se la navicella spaziale non fosse adeguatamente protetta. La dose annuale media di radiazioni cosmiche sulla Terra ammonta a 0,33 millisievert (mSv) e una macchina TC medica fornisce ovunque da 2 a 10 mSv di radiazioni per scansione. Il rover Curiosity ha acceso il suo rilevatore di radiazioni durante il viaggio su Marte e ha misurato una media di 1,8 mSv al giorno. Utilizzando questi dati, il Southwest Research Institute ha calcolato che un viaggio su Marte esporrebbe i viaggiatori a ben 330 mSv. Mille mSv aumentano il rischio di cancro mortale del 5%; Il limite della NASA per gli astronauti oggi è del 3%. Qualsiasi astronave diretta verso il Pianeta Rosso deve avere robusti scudi contro le radiazioni e i ricercatori stanno proponendo nuovi approcci.
Armatura leggera → L’ostacolo principale alla schermatura dei veicoli spaziali dalle radiazioni è il peso, ma i progressi nella scienza dei materiali hanno reso uno scudo fisico più attraente. Ad esempio, uno studio del 2020 ha rilevato che il peridropolisilassano, un polimero di silicio raramente utilizzato, è un buon assorbitore di raggi X, radiazioni gamma e neutroni. Un altro studio della NASA del 2020 ha scoperto che la miscelazione di polvere di metallo ossidato (ruggine) in un polimero incorporato nei rivestimenti comunemente usati aiuta a respingere le particelle cariche aggiungendo un peso minimo.
Scudo elettrostatico → Un’elegante soluzione alle radiazioni potrebbe venire dispiegando una grande struttura leggera e sottile caricata a un alto voltaggio negativo per respingere tutti gli ioni carichi positivamente in entrata. Questo scudo elettrostatico proteggerebbe dalle tempeste di protoni causate dai flares solari chiamate espulsioni di massa coronale e potrebbe essere schierato solo durante quegli eventi mentre la nave fa affidamento su un altro sistema per la protezione quotidiana.
Bolla invisibile → Se un campo magnetico protegge la Terra dalle radiazioni spaziali, perché non portarne una per il viaggio su Marte? La NASA ha sponsorizzato anni di ricerca su questa tecnologia. Il più promettente, un progetto chiamato Magnetospheric Dipolar Torus (MDT), presenta un enorme anello magnetico superconduttore che produce un campo magnetico per respingere la maggior parte delle radiazioni cosmiche. Una bobina di compensazione con una corrente di movimento opposto devia il campo dalla nave stessa. La ricerca in corso per la NASA si sta dirigendo verso un prototipo MDT su piccola scala per i test.
Parte seconda: Sopravvivere all’atterraggio
Gli ultimi istanti del viaggio su Marte sono i più pericolosi. Legato al suo posto, il geologa cerca di non immaginare cosa sta succedendo fuori: entrare nella sottile atmosfera di Marte a 26.000 km/h. Ogni passeggero è stato avvertito che il velivolo avrebbe “decelerato aerodinamicamente”, ma la frase non comprende l’essere schiacciati sui sedili da più di cinque volte la gravità terrestre. A 9 chilometri di altezza, l’atmosfera diventa abbastanza densa da produrre portanza. La Starship ruota le pinne caudali per inclinare il muso verso l’alto finché non sembra un missile che vola all’indietro attraverso il paesaggio marziano.
I motori si accendono a 2500 metri sopra la superficie, rallentando abbastanza per atterrare in sicurezza. Con un altro movimento delle pinne, la nave si raddrizza, i motori puntati verso il basso e ancora ruggenti. Si posa lentamente sul pianeta attraverso un cuscino di polvere e fumi di scarico.
L’atterraggio su Marte è notoriamente difficile. L’atmosfera è 100 volte meno densa di quella terrestre, il terreno spesso oscurato dalla polvere e disseminato di massi, crateri e pendii. “[Marte] ha abbastanza atmosfera per essere davvero fastidioso e non abbastanza per essere utile quanto vorremmo“, afferma Matt Kuhns, che ha lavorato come ingegnere capo presso Masten Space Systems prima di entrare a far parte di SpaceX.
Nel corso degli anni, le agenzie spaziali hanno utilizzato una combinazione di armature protettive, paracadute antivelocità, gru aeree e bozzoli di atterraggio rimbalzanti per trasportare rover e lander sulla superficie del pianeta. L’atterraggio diretto e propulsivo profilato sopra, in particolare utilizzato da Starship di SpaceX, potrebbe fornire un’alternativa relativamente sicura.
Fortunatamente, gli umani hanno già segnato impressionanti bersagli interplanetari. Il 18 febbraio 2021, il Mars rover Perseverance della NASA ha scattato foto del suolo mentre si paracadutava nell’atmosfera e ha abbinato ciò che ha visto a una mappa realizzata dal Mars Reconnaissance Orbiter. Questo sistema ha permesso al rover di atterrare all’interno di un’area un po’ più grande di un campo da calcio, rendendolo l’atterraggio su Marte più preciso di sempre.
Il veicolo spaziale deve anche garantire che il punto di atterraggio sia privo di pericoli. Nell’ottobre 2020, Blue Origin ha lanciato una capsula che trasportava un dispositivo di atterraggio alieno di nuova generazione della NASA, il Safe and Precise Landing-Integrated Capabilities Evolution (SPLICE). Sette chilometri sopra il Texas occidentale, SPLICE ha scattato e confrontato le immagini 3D con una mappa, quindi ha regolato automaticamente il lander per rimanere sul bersaglio e confermare che il terreno era privo di ostacoli.
Piattaforme di atterraggio su richiesta
Per la gioia dei fan della fantascienza pulp degli anni ’50, i retrorazzi sono diventati il metodo preferito per l’atterraggio dei veicoli spaziali. Ma su Marte, quei pennacchi creeranno profondi solchi nel terreno sottostante, esattamente dove il lander intende posarsi, afferma Matt Kuhns. In collaborazione con l’ufficio Innovative Advanced Concepts della NASA, Masten (ora parte di Astrobotic) ha sviluppato una possibile soluzione chiamata Instant Landing Pad che aggiunge una superficie piana a un cratere su richiesta.
COME FUNZIONA
1→ A poche centinaia di metri sopra la superficie di Marte, il lander si libra.
2 → I pellet di alluminio vengono immessi nell’ugello di scarico del motore, dove si sciolgono parzialmente e vengono sparati sulla superficie.
3 → I pellet formano uno strato sulla superficie del punto di atterraggio, che si indurisce quasi immediatamente in un guscio spesso quasi due centimetri. “Una volta abbassato il primo strato, il resto dovrebbe essere in grado di accumularsi abbastanza facilmente“, afferma Kuhns.
4 → Dopo aver distribuito lo spray per 15 secondi fino a cinque volte, il lander si posa su una superficie pulita e stabile con la potenza dei suoi motori principali.
Parte terza: Marte cerca di ucciderci
Il geologo su Marte cerca di impedire alla sua mano di tremare mentre ripone l’ultimo campione di roccia vulcanica prelevata dal pendio dell’Olympus Mons. La raccolta manuale di campioni del più grande vulcano del sistema solare dovrebbe soddisfare il sogno di qualsiasi geologo. Invece, sta correndo contro un’esplosione solare mortale e invisibile.
È breve il viaggio di ritorno al rover, una specie di robusto carrello da golf. Ma non c’è tempo per tornare al sicuro nella colonia, quindi il suo compagno di spedizione ha già iniziato a disimballare un rifugio di emergenza a forma di pillola per due. Le pareti in tessuto hanno ampie tasche che contengono piastre in fibra di carbonio che bloccano le radiazioni, mentre un pacco batteria e bombole di ossigeno rifornisce le loro tute.
Un brillamento solare rende una radiazione di fondo già pesante della superficie marziana, circa 38 volte più forte di quella terrestre, ancora più pericolosa.
Per questo motivo, i primi marziani vivranno probabilmente in bunker sotterranei. “Dovremo prendere precauzioni, come mettere uno o due metri di terra sopra gli insediamenti“, afferma Bruce Jakosky, PhD, professore di Scienze geologiche presso l’Università del Colorado e ricercatore principale dello strumento MAVEN, che studia il clima del pianeta. “Anche l’acqua può fornire protezione, quindi si potrebbero costruire habitat coperti da serbatoi d’acqua“. Dei due, usare la terra ha più senso. Anche se le molecole di idrogeno bloccano efficacemente le radiazioni, nell’acqua si diffondono. Per questo motivo, ci vogliono circa tre quattro d’acqua per ridurre la penetrazione delle radiazioni gamma a livelli sicuri, invece di pochi centimetri di suolo marziano in un sacco o cotto in mattoni.
Rilevare le tempeste solari in arrivo è fondamentale per salvare vite quanto un sistema di allarme tornado sulla Terra. Una grande espulsione coronarica potrebbe portare una dose di radiazioni che può uccidere in pochi minuti e l’accumulo di radiazioni da molte piccole tempeste può causare problemi di salute a lungo termine, incluso il cancro.
Le previsioni meteorologiche spaziali marziane locali richiedono che i propri satelliti e stazioni di terra lavorino insieme, uno misurando le particelle che colpiscono il pianeta e l’altro rilevando quante raggiungono la superficie e quanto velocemente stanno viaggiando. Maggiore è la velocità, maggiore è il danno. Durante una brutta tempesta, i marziani potrebbero ritirarsi in camere sotterranee protette da spessi strati di terra o acqua, dice Jakosky. Quelli sorpresi in superficie dovrebbero essere equipaggiati per ripararsi sul posto.
L’atmosfera di Marte è composta di anidride carbonica al 95%, chiaramente irrespirabile. Le temperature sono più fredde, tra 70° e -200° Fahrenheit, rispetto ai 116° e -114° Fahrenheit della Terra. Fortunatamente, i coloni si godranno docce calde poiché il vapore è onnipresente in una base alimentata da un reattore nucleare. A differenza della Terra, qui non c’è dibattito sulla politica energetica: la NASA, SpaceX e la China National Space Administration riconoscono che solo l’energia nucleare è abbastanza affidabile ed efficiente per alimentare una colonia marziana.
La differenza di temperature in tutto il pianeta – caldo all’equatore e freddo ai poli – provoca enormi sistemi di bassa pressione e fronti polari, con conseguenti tempeste di vento stagionali. La sottile atmosfera di Marte priva il vento della forza effettiva, anche a velocità di uragano. Ma le sottili particelle superficiali che turbinano in quelle raffiche creano tempeste di polvere che possono avvolgere gran parte del pianeta.
Questa polvere è pericolosa, e non solo perché oscura la visuale e intasa i macchinari. Rover e satelliti hanno rilevato sulla superficie marziana concentrazioni di perclorati tossici, un sale così reattivo da essere utilizzato sulla Terra per produrre propellente per razzi, che vengono spazzati via dal vento. “Questi sali sono anche un pericolo per la salute umana perché bloccano l’assorbimento di iodio da parte della tiroide se ingeriti“, afferma Tanya Harrison, PhD, collaboratrice del team scientifico su diversi rover Mars della NASA e manager dei programmi scientifici presso Planet Federal a Washington, DC “E non conosciamo la distribuzione globale e la concentrazione di perclorati [su Marte]“.
Quando le persone raggiungeranno Marte, il tempo sarà meno misterioso. Il nuovissimo rover su Marte della NASA, Perseverance, è arrivato nel 2021 portando una suite di sensori meteorologici chiamata Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) per registrare i cambiamenti nei livelli di polvere, velocità del vento, pressione atmosferica, umidità relativa, temperatura dell’aria, temperatura del suolo e radiazioni.
“In realtà abbiamo aPerseverance e Curiosity operativi contemporaneamente su Marte“, afferma Don Banfield, PhD, della Cornell University, ricercatore principale per diversi sensori MEDA. “Anche se sono tutti piuttosto distanti l’uno dall’altro su Marte, confrontare i risultati di tutti loro ci permette una sorta di previsione meteo abbastanza affidabile“.
Nonostante la flotta di intrepide sonde della NASA, ci sono poche informazioni equivalenti disponibili per giudicare il rischio di un’altra stranezza aliena: la gravità su Marte è circa il 38% di quella sulla Terra. “Non abbiamo dedicato molto tempo alla gravità frazionaria“, afferma Alan Hargens, fisiologo spaziale dell’UCSD. «L’abbiamo fatto solo sulla Luna, che è un sesto della nostra gravità, e solo per pochi giorni. Non sappiamo davvero quanto bene ci potremo adattare”.
Gli studi hanno scoperto che la microgravità può alterare la forma del cervello, dei muscoli, dell’intestino e delle singole cellule cardiache. Un effetto ancora più strano potrebbe essere in agguato, poiché i ricercatori nel 2020 hanno scoperto modelli di cambiamenti nei genomi dei vermi nematodi portati nello spazio. Questi cambiamenti genetici includevano una diminuzione dello spessore dei filamenti spessi muscolari, che può aiutare a spiegare perché gli astronauti perdono massa muscolare nello spazio. Anche la disposizione del citoscheletro dei vermi si è evoluta per essere più corta e più grassa risdpetto ai vermisulla Terra.
Casa dolce casa
Entro pochi anni dal loro arrivo, le strutture sotterranee in cui hanno vissuto i marziani sono state sostituite da habitat indipendenti che sembrano essere stati costruiti da vespe giganti.
Ogni struttura è a doppio scafo con materiale termoplastico. Lo spazio tra le pareti interne ed esterne funge da pozzo di luce, portando i raggi naturali dalla punta della struttura agli altri piani attraverso le finestre delle pareti interne. Un tetto limpido e pieno d’acqua bagna una palestra con una luce solare soffusa. L’obiettivo è costruire una casa confortevole.
Parte quarta: Vivere per morire da colono
Quando è arrivata la scelta, non è stata affatto una scelta. Il geologo decise di rimanere su Marte come residente permanente. Dopo l’inizio della produzione su larga scala di ossigeno e acqua dal ghiaccio marziano, sapeva che era solo una questione di tempo prima che la base si evolvesse in una colonia.
Ora, decenni dopo il suo arrivo, c’è un esercito crescente di robot delle dimensioni di un tosaerba che perlustra il bordo orientale del cratere del ghiacciaio Hellas alla ricerca di pezzi di ghiaccio che porteranno alle fabbriche a energia solare per la purificazione. Alcune strutture trasformano il ghiaccio in acqua; altre strutture dividono il ghiaccio in ossigeno e idrogeno per i sistemi di supporto vitale e motori a razzo. Il geologo non ha mai visto i robot di persona – le pareti del cratere sono ripide e le macchine automatizzate sono pericolose – ma sa che sono là fuori, impegnati a mantenere autosufficiente la base.
L’avanguardia di una forza lavoro marziana automatizzata sta già prendendo forma oggi. La NASA ha tenuto una competizione annuale di estrazione mineraria robotica presso il Kennedy Space Center per un decennio, portando a una pletora di possibili schemi. In passato, lo sviluppo si concentrava su robot minerari autonomi singoli e ultracapaci. L’attuale concetto di punta è una flotta di piccoli robot, ciascuno progettato per viaggiare su ruote a battistrada e recuperare piccole porzioni di ghiaccio. Il vantaggio di uno sciame è che anche se alcuni si rompessero l’estrazione mineraria continuerebbe.
Masten Space Systems a un certo punto ha proposto un approccio di volume più elevato, che catturerebbe il materiale ghiacciato espulso dalle esplosioni dei razzi in una piccola cupola. “Potremmo raccogliere centinaia di tonnellate di ghiaccio d’acqua in un brevissimo lasso di tempo“, afferma Matt Kuhns.
Ottenuto aria e acqua, il passo successivo è quello di coltivare il cibo in impianti idroponici simili a quelli sulla Terra. L’acqua dovrebbe essere disinfettata prima dell’uso e il suolo richiede “la bonifica delle impurità note, come sali e perclorati“, afferma Stephen Hoffman, PhD, un ingegnere di sistemi che lavora al Johnson Space Center con il Mars Architecture Team della NASA. Gli agricoltori marziani dovrebbero anche aggiungere sostanze nutritive al suolo.
La ricerca condotta dal Center for the Utilization of Biological Engineering in Space (CUBE) , una collaborazione della NASA con diverse università per creare la tecnologia di base per creare un insediamento umano autosufficiente e senza rifiuti su Marte, rivela la vera portata della sfida. I ricercatori di CUBE stanno studiando batteri in grado di produrre nutrienti da terreni tossici, utilizzando la nanotecnologia per migliorare la produzione di molecole complesse all’interno delle cellule viventi e progettando serre ottimizzate per spazi angusti e ristretti.
I tecnici potrebbero clonare cellule animali per produrre carne coltivata in laboratorio per integrare una dieta prevalentemente vegana. Una startup israeliana di tecnologia alimentare, Aleph Farms, ha coltivato carne nello spazio durante un esperimento del 2020 sulla Stazione spaziale internazionale (ISS). Mangiare carne durante le feste potrebbe diventare una tradizione marziana.
E se per qualsiasi motivo i razzi rallentano o interrompono le consegne, i coloni dovranno produrre da soli medicine, vestiti, strumenti, vitamine e carburante per missili. La produzione additiva, che utilizza materiali comuni per costruire un numero quasi infinito di prodotti con una singola macchina, potrebbe aiutare. È normale che le fabbriche di fascia alta e le officine per hobby abbiano stampanti 3D; ci sono due stampanti 3D finanziate dalla NASA sulla ISS che sfornano parti dal 2014 e dal 2016. Un medico spaziale potrebbe produrre medicinali specifici su richiesta da un inventario di ingredienti di base.
La portata di questa produzione in situ sarà sbalorditiva se la colonia sarà veramente considerata autosufficiente. Elon Musk ha affermato che raggiungere la piena sostenibilità richiederà l’invio di circa 1 milione di persone a vivere sul pianeta. È più di una colonia o addirittura di una città; a quel punto, Marte diventerà un’entità politica.
In questa fase del suo sviluppo, il concetto di rischio tecnologico cambia. Il meccanismo che ha tenuto in vita l’umanità è stato perfezionato ma potrebbe introdurre minacce per la società. “Un piccolo numero di esseri umani specifici controllerà gli elementi fondamentali della vita: aria, acqua, luce, sistemi idroponici“, ha scritto il dottor Bleddyn Bowen, professore di relazioni internazionali all’Università di Leicester, sul blog Spacewatch Global nell’ottobre 2020 “I cittadini degli habitat spaziali… dovranno subordinare le loro libertà individuali ai puri bisogni della capacità della tecnologia di sostenere la vita“.
Quando il geologo ha deciso di porre fine alla sua vita su Marte, ha accettato questi sacrifici personali, così come si è rassegnato al digestore di tessuti. I suoi resti non troveranno mai un luogo di riposo permanente qui, ma il suo ruolo di scienziato pioniere non sarà mai dimenticato. Forse le persone rimaste sulla Terra non capiranno del tutto questa scelta, ma per lui Marte è diventato più di una missione. È diventato una nuova vita, e non solo per se stesso.
