La complicata logistica di mettere gli esploratori umani su Marte

Da quando gli esseri umani hanno guardato le stelle, abbiamo sognato di avventurarci e visitare questi luoghi lontani. E nessun luogo è stato oggetto di più speculazioni di Marte. Ora, siamo finalmente in un luogo in cui il sogno degli esseri umani che mettono piede su un altro pianeta potrebbe diventare una realtà nelle nostre vite.

Comprendiamo la tecnologia di cui abbiamo bisogno per inviare esseri umani su Marte e abbiamo anche l'esperienza di inviare lì missioni robotiche. Quindi, quando faremo il prossimo salto da gigante e invieremo per la prima volta una missione con equipaggio su un altro pianeta? E cosa ci vorrà per realizzarlo?

Abbiamo parlato con l'esperto spaziale Michael Hecht del Massachusetts Institute of Technology, veterano del Jet Propulsion Laboratory e ricercatore principale del Strumento per la produzione di ossigeno MOXIE sul rover Perseverance, per capire come arriviamo dalla Terra a Marte e come metteremo gli stivali a terra per la prima volta tempo.

Sempre a 15 anni di distanza

Con la recente raffica di interesse per l'esplorazione di Marte, sembra che siamo più vicini che mai a portare effettivamente le persone sulla superficie del pianeta. Eppure, è anche un obiettivo che sembra costantemente fuori portata.

Dopo le missioni Apollo degli anni '60 e '70, molti appassionati di spazio pensavano che avremmo continuato a raggiungere ed esplorare, e passare al prossimo obiettivo di esplorazione: Marte. Ma l'interesse pubblico è diminuito, il supporto per Apollo si è prosciugato e da allora gli umani non hanno più lasciato l'orbita terrestre.

Nei decenni successivi, molti hanno ipotizzato che gli esseri umani avrebbero messo piede su Marte in soli 15 anni; che inevitabilmente presto finiremo sul pianeta rosso. Ma un piano di missione concreto e serio per portare le persone su Marte deve ancora concretizzarsi.

Abbiamo la tecnologia per realizzare una missione su Marte con equipaggio ora e c'è un crescente interesse per l'argomento. Ma Hecht sostiene che la comunità spaziale, e noi come specie nel suo insieme, dobbiamo ancora prendere un serio impegno finanziario e pratico per realizzare davvero una missione. Se decidessimo di farlo, potremmo. Ma dobbiamo prendere questo impegno.

"Avremmo potuto inseguire Apollo", ha detto Hecht. “Sarebbe stato difficile, e sarebbe stato pericoloso. Ma ora possiamo farlo in modo più sicuro. Potevamo andarcene allora, e possiamo andarci adesso».

Un punto magico nel ciclo

Quando si cerca di immaginare come potrebbe essere una missione su Marte con equipaggio, c'è davvero solo un modo pratico per andare da qui a lì. A causa dell'orbita di Marte attorno al sole, un anno lì dura poco meno di due anni terrestri. Tenendo conto del tempo di viaggio, ciò significa che se vuoi viaggiare dalla Terra a Marte, c'è un periodo in un ciclo di 26 mesi in cui quel viaggio è più semplice: quando i due pianeti sono vicini e un razzo può essere inviato in quello che viene chiamato trasferimento di Hohmann orbita.

"C'è un punto magico in quel ciclo di 26 mesi", ha spiegato Hecht. Quando un razzo viene lanciato dalla Terra proprio al momento giusto, può intersecare l'orbita di Marte nello stesso momento in cui lo fa Marte. "È come cambiare corsia in autostrada."

Sebbene sia possibile inviare velivoli su Marte utilizzando altre orbite, è più difficile e pericoloso e molto più costoso. Quindi questo ciclo di 26 mesi pone un limite pratico a quando possiamo inviare missioni su Marte. È per questo che le missioni su Marte vengono spesso lanciate nello stesso periodo, come i tre veicoli spaziali lanciati nell'estate del 2020: il rover Perseverance della NASA, la missione cinese Tianwen-1 e la missione Hope degli Emirati Arabi Uniti.

E c'è un'opportunità equivalente per tornare nella direzione opposta. Questo pone una cornice pragmatica su come sarà una missione su Marte con equipaggio: un viaggio di sei o sette mesi dalla Terra a Marte, poco più di un anno e mezzo sulla superficie, e altri sei o sette mesi in arrivo Indietro. Si tratta di una missione di tre anni in totale.

Una missione più lunga di quella a cui siamo abituati

La durata della missione di tre anni pone delle sfide, poiché è una missione più lunga di quella a cui siamo abituati a inviare persone. Le missioni sulla luna sono durate solo pochi giorni e le rotazioni dell'equipaggio sulla Stazione Spaziale Internazionale durano in genere da sei mesi a un anno.

Avere persone sulla superficie marziana per circa 18 mesi offre loro l'opportunità di fare un po' di scienza ed esplorazione seria, ma comporta anche molti più rischi. Se c'è un problema in una missione su Marte, sarà estremamente difficile, se non impossibile, inviare aiuti o rifornimenti dalla Terra. Se qualcosa va storto, gli astronauti saranno soli.

"Nessuno che è vicino a questo si illude che sia sicuro", ha detto Hecht. Dal minaccia per la salute dell'esposizione alle radiazioni ai rischi durante il lancio e l'atterraggio ai problemi che si presentano trascorrere un anno e mezzo in condizioni anguste dove non puoi uscire senza una tuta spaziale: "È un'impresa rischiosa".

Ecco perché l'obiettivo della pianificazione di una missione con equipaggio è mettere a punto quante più attrezzature essenziali possibile prima che qualcuno lasci la Terra. Per ridurre al minimo i rischi per gli astronauti, invieresti macchine e attrezzature sul pianeta durante la finestra precedente nel ciclo di 26 mesi in modo che sia pronto per l'arrivo degli astronauti. Devi assicurarti che i bisogni più basilari degli astronauti, come l'ossigeno e l'acqua, siano già soddisfatti.

Il progetto MOXIE di Hecht è un esempio del tipo di tecnologia che consentirebbe una missione su Marte con equipaggio e ne ridurrebbe i rischi. È un modo per produrre ossigeno dall'abbondante anidride carbonica nell'atmosfera marziana, e un piccolo La versione della tecnologia è attualmente all'interno del rover Perseverance e ha avuto diverse corse di successo Già. Una versione più grande di questa tecnologia potrebbe essere inviata su Marte insieme a un grande serbatoio di ossigeno, che potrebbe essere riempito di ossigeno pronto per l'arrivo di un equipaggio su Marte.

Luna su Marte?

La NASA sta pianificando di tornare all'esplorazione umana dello spazio con le imminenti missioni Artemis sulla luna, e il l'agenzia ha costantemente affermato che uno dei motivi per viaggiare sulla luna è prepararsi per una missione con equipaggio Marte.

Come l'ex amministratore della NASA Jim Bridenstine ha affermato in un recente rapporto, "La NASA ha sempre puntato gli occhi sull'esplorazione umana di Marte. Ora con gli umani che torneranno sulla Luna tra quattro anni per stabilire un'esplorazione lunare sostenibile da parte del Alla fine del decennio, siamo in grado di vedere chiaramente che la Luna è un trampolino di lancio fondamentale per il pianeta rosso. Imparare a vivere e lavorare sulla Luna ci avvicinerà sempre di più al nostro prossimo balzo da gigante mentre cerchiamo la vita più lontano nel sistema solare”.

Tuttavia, esattamente quanto siano analoghe le missioni lunari alle missioni su Marte è oggetto di dibattito nella comunità spaziale. Alcuni sostengono che qualsiasi esplorazione umana dello spazio aiuterà a costruire conoscenze, tecnologie e procedure che saranno utili negli sforzi futuri: ecco cosa L'astronauta Artemis Kjell Lindgren ha dichiarato a Digital Trends quando lo abbiamo intervistato sugli obiettivi delle missioni Artemis.

Ma altri, come Hecht, sono scettici su quanto si possa imparare su una missione su Marte andando sulla luna. "Faccio fatica a trovare punti in comune tra i due, a dire il vero", ha detto Hecht. Ha sottolineato le differenze tra Marte e la luna in termini di durata dei viaggi, gravità e ambienti polverosi gli astronauti incontreranno, la presenza o l'assenza di atmosfera e il modo in cui ciò influisce sugli sbarchi e le risorse che sono disponibile. "Semplicemente non lo vedo come un trampolino di lancio."

Quando si tratta di Marte, Hecht ha detto: “Non credo che ti alleni andando da qualche altra parte. Ma capisco il punto di vista delle persone che affermano che andare ovunque - non importa se si tratta di un asteroide o della luna - ci sta dando esperienza nell'operare al di fuori della Terra".

Non è che le persone che sono a favore di una missione su Marte siano contrarie a visitare la luna - i sostenitori dell'esplorazione spaziale in generale supportare più missioni di ogni tipo: è piuttosto che se vogliamo viaggiare su Marte, dovremmo concentrarci su Marte e sul suo unico sfide.

Una stazione McMurdo per il pianeta rosso

Si parla molto di città futuristiche su Marte e di inviare centinaia o addirittura migliaia di persone a viverci a lungo termine. Ma è improbabile che le idee inverosimili si realizzino presto. Invece, una visione più realistica sarebbe un avamposto di ricerca scientifica, come la base McMurdo in Antartide, con una manciata di astronauti che trascorrono del tempo lì in turni di 18 mesi.

Sarebbe fattibile organizzare la prima missione con equipaggio su Marte entro 20-25 anni e istituire un avamposto di ricerca nei prossimi decenni.

Sebbene sia possibile che tale missione sia pianificata ed eseguita da un singolo paese, potrebbe esserci una missione più solida se fossero coinvolti diversi paesi. Attualmente, la NASA collabora strettamente con altre agenzie spaziali come l'Agenzia spaziale europea (ESA) e quella giapponese Space Agency (JAXA), ma c'è uno scisma tra gli Stati Uniti e uno dei maggiori attori nelle missioni spaziali: la Cina. Non è ancora chiaro se queste diverse agenzie sarebbero disposte o meno a lavorare insieme su una futura missione su Marte.

“Si spera che quella prima missione [su Marte] coinvolga non solo la NASA e non solo gli Stati Uniti”, ha detto Hecht, “Speriamo che coinvolga anche la Cina, quindi non ci sarà solo un punto di fallimento. Continuerà se un partner decide di andare da qualche altra parte.

Non saranno solo le agenzie governative coinvolte nel progetto. Aziende come SpaceX, Blue Origin e Boeing sono tutte fortemente coinvolte nelle missioni spaziali, e tu può aspettarsi che siano coinvolti come subappaltatori o anche project manager nelle future missioni su Marte come BENE.

Perché andare su Marte?

Ogni volta che viene fuori l'argomento di una missione con equipaggio su Marte, ci sono sempre persone che si oppongono al tempo e soldi che un'impresa del genere richiederebbe e sostengono che questi soldi sarebbero meglio spesi per risolvere i problemi qui Terra. E innegabilmente, nell'ultimo anno in particolare, abbiamo visto le crepe nei sistemi che dovrebbero supportare i bisogni di base di molti, come l'alloggio, l'istruzione e l'assistenza sanitaria.

Ma, sottolinea Hecht, non spendiamo soldi solo per soddisfare i requisiti di base della vita. Ha descritto il frenetico tentativo di racimolare $ 1 milione di fondi per mettere un nuovo pezzo di attrezzatura scientifica su Marte e accendere la TV per vedere gli annunci che venivano riprodotti durante il Super Bowl. Il costo di ogni spot di 30 secondi avrebbe potuto ripagare più volte il suo equipaggiamento.

"Spendiamo soldi per ogni sorta di cose stupide come le pubblicità del Super Bowl", ha detto. “E molti di loro hanno a che fare con il nostro godimento personale della vita e la realizzazione: che si tratti di sport, biblioteche, arte, musica, parchi. Saremmo una scusa piuttosto misera per una società se l'unica cosa per cui spenderemmo soldi fosse cibo e alloggio.

Quando si tratta di esplorazione dello spazio, abbiamo l'opportunità di insegnare e ispirare e, forse la cosa più importante di tutte, di capire di più sull'universo e sul nostro posto al suo interno. Se vogliamo rispondere ad alcune delle più grandi domande della vita: da dove veniamo e se siamo soli nell'universo, allora dobbiamo avventurarci oltre il nostro pianeta ed esplorare.

Cosa impariamo dall'esplorazione

Molti sostenitori dell'esplorazione di Marte sosterranno che dovremmo viaggiare su Marte perché ci sono cose specifiche che possiamo imparare lì sulla Terra. Dallo studio alcune delle rocce più antiche del sistema solare per conoscere la formazione della Terra per studiare il clima per ottenere informazioni sull'urgente questione del cambiamento climatico, ci sono molti modi in cui le scoperte fatte su Marte potrebbero migliorare la vita qui sulla Terra.

Ma per Hecht, cercare di giustificare le missioni spaziali in questo modo “vola di fronte alla storia. Nel senso che sì, ci sono sempre stati quei benefici tangibili [all'esplorazione]. Ma non siamo stati molto bravi a prevederli. Questo è ciò che è meraviglioso. Vai ed esplori un posto nuovo e impari qualcosa che non ti saresti mai aspettato di imparare.

Semplicemente non sappiamo cosa scopriremo da Marte finché non ci andremo. Questo è sempre stato vero per le scoperte scientifiche, dalle scoperte accidentali della penicillina o dei raggi X al modo in cui tecnologia sviluppata per le missioni lunari Apollo portare a migliori macchine per la dialisi renale e migliori dispositivi di protezione per i vigili del fuoco.

E al di là dei vantaggi pragmatici nello sviluppo di tecnologie e conoscenze scientifiche, c'è uno slancio più profondo da esplorare. "La ricerca della conoscenza è ciò che ci rende umani", ha detto Hecht.

“Lo facciamo dalla prima volta che abbiamo sbattuto insieme due rocce. Perseguiamo la conoscenza. E l'esplorazione di nuovi luoghi: ecco perché non c'è un angolo del globo in cui gli esseri umani non abbiano messo piede, incluso il fondo dell'oceano. Questo è quello che facciamo.

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