Rappresentazione artistica del campo base di Marte in orbita attorno a Marte. Quando iniziano le missioni su Marte, uno dei rischi maggiori sarà quello rappresentato dalle radiazioni spaziali. Credito:Lockheed Martin
Nel 1972, la corsa allo spazio si concluse ufficialmente quando la NASA inviò un ultimo equipaggio di astronauti sulla superficie della luna (Apollo 17). Questo era l'anello di ottone che sia gli Stati Uniti che i sovietici stavano cercando di raggiungere, il "colpo di luna" che avrebbe determinato chi aveva la supremazia nello spazio. Nell'era attuale della rinnovata esplorazione dello spazio, il prossimo grande balzo implicherà chiaramente l'invio di astronauti su Marte.
Ciò presenterà molte sfide che dovranno essere affrontate in anticipo, molti dei quali hanno a che fare semplicemente con il portare lì gli astronauti interi! Queste sfide sono state oggetto di una presentazione fatta da due ricercatori indiani allo SciTech Forum 2020, un evento annuale ospitato dall'Accademia Internazionale di Astronautica (IAA), Università RUDN, e l'American Astronomical Society (AAS).
Lo studio che descrive i risultati della ricerca è apparso di recente online ed è stato accettato per la pubblicazione da Advances in Aeronautical Sciences (data di pubblicazione in attesa). Sia esso che la presentazione fatta allo SciTech Forum 2020 sono stati condotti da Malaya Kumar Biswal e Ramesh Naidu Annavarapua, un ricercatore laureato e professore associato di fisica della Pondicherry University, India (rispettivamente).
La loro ricerca è stata anche oggetto di una presentazione fatta durante la settima sessione dello Space Biology Virtual Workshop ospitato dal Lunar Planetary Institute (LPI) – che si è svolta dal 20 al 21 gennaio. Come hanno indicato Biswal e Annavarapua nei loro studi e presentazioni, Marte occupa un posto speciale nei cuori e nelle menti degli scienziati e dei ricercatori astrobiologi.
Accanto alla Terra, Marte è il luogo più abitabile del sistema solare (per gli standard terrestri). Molteplici linee di prove accumulate nel corso dei decenni hanno anche dimostrato che potrebbe aver sostenuto la vita in una volta. 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 limitati a):
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 la pura distanza coinvolta. A causa di ciò, le finestre di lancio tra la Terra e Marte si verificano solo ogni due anni quando i nostri pianeti sono nelle orbite più vicine tra loro (cioè, quando Marte è in "opposizione" rispetto al sole).
Durante queste finestre, una navicella spaziale può compiere il viaggio dalla Terra a Marte in 150-300 giorni (circa cinque-dieci mesi). Ciò rende impraticabili le missioni di rifornimento poiché gli astronauti non possono aspettare così a lungo per ricevere le tanto necessarie spedizioni di carburante, cibo, e altro in dotazione. Come ha detto Biswal a Universe Today via e-mail, le distanze coinvolte creano problemi anche per quanto riguarda la sicurezza degli astronauti e la generazione di energia:
"In caso di qualsiasi situazione di emergenza, non possiamo riportare gli astronauti da Marte [come potremmo] nel caso di LEO o Lunar Missions… Allo stesso modo, la distanza riduce il flusso solare dall'orbita terrestre all'orbita di Marte con conseguente deficit di produzione di energia che è molto significativo per alimentare il veicolo e mantenere la stabilità termica (come ancora una volta la lontananza può portare a una temperatura ambiente bassa causando ipotermia e formazione di brina (specialmente in bocca) ."
In altre parole, semplicemente arrivare 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 anche diverse sfide specifiche che entrano in gioco qui. Ad esempio, il fatto che gli astronauti trascorreranno diversi mesi nello spazio profondo crea tutti i tipi di rischi per la loro salute fisica e mentale.
Per i principianti, c'è il tributo 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 fino a un anno nello spazio richiede un notevole tributo al corpo umano.
Oltre alla perdita di densità muscolare e ossea, anche gli astronauti che hanno trascorso lunghi periodi a bordo della ISS hanno subito una perdita della vista, cambiamenti genetici, e problemi a lungo termine con i loro sistemi cardiovascolari e circolatori. Ci sono stati anche casi di effetti psicologici, dove gli astronauti hanno sperimentato alti livelli di ansia, insonnia, e depressione.
Ma come ha indicato Biswal, la sfida più grande e più ovvia è tutta la radiazione (solare e cosmica) a cui gli astronauti saranno esposti nel corso dell'intera missione:
"[I] maggiori pericoli includono il rischio di cancro prolungato e i suoi effetti dovuti all'esposizione sia alle radiazioni interplanetarie (durante il transito di Marte) che alle radiazioni di superficie (durante la permanenza prolungata in superficie). Quindi, l'effetto delle radiazioni causa una funzione di coordinazione cerebrale impropria e altre malattie legate al cervello; poi l'effetto psicologico dell'equipaggio durante il completo isolamento. Poiché la missione con equipaggio si basa sulle prestazioni dell'astronauta, l'astronauta sperimenta più problemi relativi alla salute."
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. Nel frattempo, La NASA ha condotto studi che hanno mostrato come una missione su Marte comporterebbe un'esposizione totale di circa 1, 000 mSv in un periodo di due anni e mezzo. Questo consisterebbe in 600 mSv durante un viaggio di andata e ritorno di un anno, più 400 mSv durante un soggiorno di 18 mesi (mentre i pianeti si sono riallineati).
Ciò significa che gli astronauti saranno esposti a 1,64 mSv al giorno durante il transito e a 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 soffrirebbero 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.
Per fortuna, esistono strategie di mitigazione per le parti di transito e di superficie della missione, alcuni dei quali consigliano Biswal e Annavarapua. "Attualmente stiamo sviluppando un habitat sotto la superficie di Marte che potrebbe affrontare tutti i problemi relativi alla salute durante la missione estesa o l'insediamento permanente su Marte, " ha detto Biswal. "[L] a missione con equipaggio dovrebbe includere una produzione più rapida delle necessità dell'equipaggio dalla risorsa in situ [utilizzo] (ISRU)."
Un'illustrazione di una base lunare che potrebbe essere costruita utilizzando la stampa 3D e ISRU, utilizzo delle risorse in loco. Credito:RegoLight, visualizzazione:Liquifer Systems Group, 2018
Questa proposta è in linea con i numerosi profili di missione che la NASA e altre agenzie spaziali stanno sviluppando per la futura esplorazione lunare e marziana. Esistono già molte strategie esistenti 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 vista anche 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). A parte tutto ciò, Biswal e Annavarapu hanno sottolineato come mantenere un volo veloce e una traiettoria di ritorno contribuirà a ridurre i tempi di viaggio.
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 ricercando razzi nucleari poiché un veicolo spaziale dotato di NTP o NEP potrebbe compiere il viaggio su Marte in soli 100 giorni. Ma come hanno indicato Bisawl e Annavarapu, ciò solleva la sfida di affrontare i sistemi nucleari e una maggiore esposizione alle radiazioni.
ahimè, tutte queste sfide possono essere affrontate con la giusta combinazione di innovazione e preparazione. E se consideri i vantaggi dell'invio di missioni con equipaggio su Marte, le sfide sembrano molto meno scoraggianti. Come ha offerto Biswal, questi includono la vicinanza, le opportunità di studiare campioni di suolo marziano in un laboratorio terrestre, l'allargamento dei nostri orizzonti, e la capacità di rispondere a domande fondamentali sulla vita:
"Siamo sempre stati affascinati dal sapere da dove veniamo e se c'è vita come noi in altri corpi astronomici? [Noi] non possiamo eseguire una missione con equipaggio verso qualsiasi altra destinazione interplanetaria a causa del rischio e della gestione della missione.
"Marte è l'unico pianeta vicino del nostro sistema solare che possiamo esplorare, [ha] un buon record geologico per rispondere a tutte le nostre domande irrisolte, e [possiamo] riportare campioni [indietro] da analizzare nel nostro laboratorio terrestre?" E infine, sarebbe interessante eseguire una missione umana su Marte per dimostrare l'estensione della tecnologia attuale e della progressione aerospaziale".
Il concetto artistico di un razzo nucleare bimodale durante il viaggio verso la luna, Marte, e altre destinazioni nel sistema solare. Credito:NASA
Dai primi anni Sessanta, le agenzie spaziali hanno inviato missioni robotiche su Marte. Dagli anni '70, alcune di queste missioni sono state lander che sono atterrate 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 lontani più di un decennio (o più), ma solo se vengono effettuati in anticipo preparativi significativi. Non solo devono ancora essere sviluppati molti componenti e infrastrutture relativi alla missione, ma molte ricerche devono ancora essere fatte. per fortuna, questi sforzi beneficiano dei tipi di valutazioni approfondite che vediamo qui, dove vengono studiati tutti i potenziali rischi e pericoli (e proposte contromisure).
Tutto ciò, si spera, porterà 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 venire il giorno in cui esisteranno i "marziani".
