L'ultima volta che l'uomo ha messo piede sulla luna è stato quasi 40 anni fa, e sono in cantiere dei piani per una sorta di tour di reunion. Gran parte di questo impegno riguarderà l'apertura di attività sulla Luna e l'utilizzo di tali sforzi per prepararsi alle spedizioni robotiche e con equipaggio su Marte . Il semplice ritorno sulla superficie lunare (previsto entro il 2020) è una grande impresa; ma la pianificazione e l'ingegnosità necessarie per mandare gli esseri umani su un altro pianeta sono, per dirla semplicemente, astronomiche.
Per contribuire a tentare un’impresa del genere, scienziati e ingegneri devono risolvere centinaia di domande e problemi. I ricercatori stanno formulando risposte sulla superficie di Marte sulla base delle osservazioni effettuate dai loro satelliti in orbita e dai robot erranti.
Facciamo un veloce ripasso sul Pianeta Rosso. Marte è il quarto pianeta a partire dal Sole e ha circa la stessa età della Terra, circa 4,6 miliardi di anni. Marte ha un raggio di circa 2.107 miglia (3.390 chilometri), ovvero circa la metà delle dimensioni del nostro pianeta. Nel complesso è molto più freddo (anche se le estati possono diventare più calde). Ma non pensare ancora di correre sulla superficie di Marte senza la tuta spaziale. Se la bassa pressione dell’atmosfera non ti uccide, lo farà l’anidride carbonica che ne costituisce il 95%. L'atmosfera marziana contiene solo lo 0,13% di ossigeno contro il 21% della Terra. Marte è privo di un forte campo magnetico, anche se gli scienziati sospettano che un tempo esistesse un campo magnetico più forte (un sottoprodotto di un nucleo caldo e infuocato). Grandi tempeste di polvere si verificano frequentemente su Marte e due piccole lune chiamate Phobos e Deimos orbitano attorno al pianeta [fonte:NASA].
Allora cosa hanno in comune i ginnasti e gli astronauti diretti su Marte? Oltre a indossare uniformi bizzarre, entrambi devono eseguire atterraggi per avere successo. Questo articolo si concentrerà specificamente su un aspetto di una missione con equipaggio su Marte:l'atterraggio. Leggiamo alcune delle sfide che i ricercatori devono superare per arrivare in sicurezza su Marte.
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Le sfide di uno sbarco su Marte sono numerose, anche se i ricercatori stanno pianificando e lavorando duramente per capire esattamente come riusciremo a realizzarlo. Supponendo che le persone riescano ad arrivare nelle vicinanze di Marte, ci sono alcuni elementi da considerare quando si tratta di atterrare. Scienziati e ingegneri stanno già lanciando diversi processi e idee di progettazione. Vengono prese in considerazione la forma del veicolo, il tipo di carburante che utilizzerà, la posizione dei suoi motori e le dimensioni del suo carico utile. Un'altra domanda è se le manovre propulsive, eseguite sotto forma di brevi accensioni del propulsore, saranno accompagnate dai paracadute durante l'atterraggio. C'è anche la questione di come accogliere al meglio gli astronauti durante le missioni interplanetarie... l'elenco potrebbe continuare.
Uno dei problemi principali nell'atterraggio degli esseri umani su Marte è capire come rallentare in modo che il veicolo in atterraggio non si schianti al suolo. Il problema è la sottile atmosfera di Marte. Questo problema non influisce sugli atterraggi dei rover su Marte perché queste macchine sono leggere. Se gli esseri umani atterrassero su Marte, dovranno portare con sé un bel po' di bagagli e, senza un'atmosfera densa a fornire attrito , sarà molto difficile rallentare questo carico utile più pesante.
Il modo in cui l'attrito aiuta gli oggetti a muoversi lentamente può essere visto nella tua vita di tutti i giorni. Ad esempio, pensa a una volta in cui hai visto un conducente frenare bruscamente per fermarsi rapidamente. Inoltre, gli aeroplani, proprio come i veicoli spaziali, sfruttano l'attrito dell'aria per diminuire la velocità e atterrare in sicurezza.
La situazione dell'atterraggio è ulteriormente complicata da altri fattori che influenzano la densità dell'atmosfera di Marte. La stagione, il tempo, la latitudine e persino l'ora del giorno possono modificare la densità dell'atmosfera. Ad esempio, quasi 8 milioni di tonnellate di anidride carbonica escono e rientrano stagionalmente nell’atmosfera di Marte. È paragonabile a nove pollici (23 centimetri) di ghiaccio secco (anidride carbonica solida) [fonte:Encyclopaedia Brittanica]. I ricercatori stanno lavorando sulla modellazione dei cambiamenti atmosferici di Marte in modo che gli astronauti possano atterrare in una porzione sufficientemente densa che offra comunque sufficiente visibilità. I pianificatori stanno valutando se il veicolo spaziale in arrivo debba procedere immediatamente verso la superficie (possibilmente più semplice dal punto di vista operativo) o parcheggiarsi in orbita prima dell'atterraggio. Parcheggiare in orbita offre agli astronauti una maggiore flessibilità nel caso in cui si verifichi una tempesta di polvere, simile a quando gli aerei girano intorno all'aeroporto in caso di maltempo.
Ora che abbiamo esaminato alcune delle sfide che devono affrontare i pianificatori delle missioni, diamo un'occhiata ad alcune delle possibili soluzioni che verranno presentate nella pagina successiva.
L'atterraggio su Marte non sarà una passeggiata, ma potrebbe anche non essere così complicato come si pensava. Sebbene le idee siano ancora in fase di elaborazione, ecco alcuni dettagli di ciò che potrebbe comportare un potenziale piano di missione su Marte.
I pianificatori devono decidere se l’atterraggio dovrà essere effettuato in più fasi, inviando i carichi utili separatamente o tutti in una volta. Probabilmente si potrebbe ottenere l'atterraggio di una grande massa, ma gli astronauti potrebbero essere limitati ad atterrare su porzioni del pianeta a bassa elevazione e potrebbero essere in grado di trasportare solo una piccola quantità di rifornimenti per una breve visita di portata limitata.
Un'idea avanzata dall'esperto aerospaziale Robert Zubrin nel suo libro "The Case for Mars" prevede l'invio di un veicolo spaziale che trasporta merci prima del veicolo spaziale habitat che contiene l'equipaggio umano. Questo veicolo cargo potrebbe fornire rifornimenti sufficienti per aumentare la durata del soggiorno degli astronauti ed essere già rifornito di carburante e pronto per il viaggio di ritorno (discusso di seguito). Gli astronauti possono lasciare la navicella spaziale in cui sono originariamente arrivati per iniziare lo sviluppo di un'infrastruttura su Marte.
La chiave del piano di Zubrin è che il carburante per il viaggio di ritorno venga prodotto su Marte. L'atmosfera di Marte (a differenza di quella della Luna) è ricca di anidride carbonica che potrebbe tornare utile ai futuri astronauti. Ad esempio, mescolando circa sei tonnellate di idrogeno (per questo motivo si potrebbe portare a bordo un surplus di idrogeno) insieme all'anidride carbonica, un processore chimico potrebbe creare abbastanza metano e ossigeno per spingere il veicolo durante il decollo e il viaggio di ritorno sulla Terra. Da questi stessi elementi costitutivi di base, il processore potrebbe anche generare l'ossigeno, l'acqua e il carburante di cui i nostri astronauti avrebbero bisogno durante un soggiorno prolungato su Marte, nonché il volo di ritorno, risparmiando spazio di carico in uscita.
I pianificatori stanno anche studiando se lasciare in orbita una parte della navicella, oppure portarla tutta in superficie. Ma sapere che la navicella spaziale (ciò che resta dell'originale decollato dalla Terra) è in grado di atterrare su Marte è un fattore importante nella progettazione del piano di missione. Quella parte rimanente viene talvolta definita veicolo di ritorno della Terra (ERV ), ed è ciò che gli astronauti utilizzerebbero per tornare sulla Terra. Essere in grado di far atterrare l'intero ERV - al contrario di un solo lander - potrebbe consentire visite più lunghe ed evitare complicazioni legate a complesse manovre orbitali [fonte:Zubrin]. Ma questo tipo di decisioni tecniche sono ancora oggetto di dibattito.
Sembra che siamo pronti a scendere in superficie, quindi diamo un'occhiata più da vicino a cosa stiamo viaggiando. Attualmente, un veicolo spaziale diretto verso Marte dovrebbe assomigliare al vecchio programma Apollo, sulla falsariga del nuovo Programma Constellation, che dovrebbe riportare gli esseri umani sulla luna.
L'ERV (o qualunque parte del veicolo spaziale atterrerà) probabilmente finirà per assomigliare un po' a una caramella gommosa. Un grande aeroshell a forma di piatto (o scudo termico ) contribuirà ad aumentare la quantità di attrito creato quando il velivolo entra nell'atmosfera, rallentandolo [fonte:Zubrin].
Uno scenario probabile è che dopo che il velivolo abbia effettuato un primo passaggio attraverso l’atmosfera per ridurre la sua velocità, ritorni in una posizione orbitale. Al momento prescelto, l'aeroshell viene nuovamente utilizzato, possibilmente con un paracadute, per effettuare il passaggio finale attraverso l'atmosfera verso la superficie di Marte. È quindi possibile azionare piccoli propulsori per garantire un atterraggio regolare. Per saperne di più sulle manovre di atterraggio, leggi Come funzionano gli Space Shuttle.
Ora che abbiamo esaminato alcuni degli aspetti sconosciuti riguardanti uno sbarco su Marte, discutiamo le altre domande sulla missione.
Le missioni con equipaggio sono ancora lontane poiché molti dettagli dell’atterraggio su Marte devono essere affrontati. Il piano degli Stati Uniti è quello di tornare sulla Luna entro il 2020 ed eventualmente costruirvi una base permanente. Le stime su quando faremo il passo successivo e il viaggio su Marte sono provvisorie. Secondo il National Space Centre britannico, l'obiettivo è uno sforzo di cooperazione internazionale per lanciare gli astronauti su Marte entro il 2030.
Il prezzo per l’invio di esseri umani su Marte varierà notevolmente a seconda del progetto finale del veicolo spaziale e del piano di missione. L'utilizzo di una tecnologia simile a quella già sviluppata aiuta a mantenere i costi più gestibili. Ad esempio, i razzi Constellation si basano sui Saturn V, sfruttando alcuni elementi di design del programma Space Shuttle. Un altro risparmio di denaro che potrebbe essere adottato è l'utilizzo dell'atmosfera marziana per generare carburante, ossigeno e acqua (come abbiamo letto nella pagina precedente).
Esiste la possibilità che i viaggi preliminari possano inviare persone nell'orbita di Marte senza effettivamente atterrare sulla superficie, anche se molti nel settore sostengono che sia inutile esplorare se non si ha intenzione di avvicinarsi e toccare con mano la superficie del pianeta. . È come andare in spiaggia e passare l'intero pomeriggio a guardare l'oceano dalla tua macchina. Ciò potrebbe, tuttavia, contribuire a risolvere alcuni problemi dei viaggi spaziali a lunga distanza e consentire agli esploratori di ricevere rapporti in tempo reale dai robot sulla superficie del pianeta, senza il rischio e il costo di un atterraggio. Sono in lavorazione anche veicoli robotici che possono tornare da Marte con campioni.
Purtroppo, una volta che la polvere si è depositata attorno alla navicella spaziale atterrata e gli astronauti possono fare quei primi incredibili passi sulla superficie di Marte, aprono anche un nuovo vaso di fiori per gli scienziati da risolvere:principalmente, come faranno gli astronauti a sopravvivere alle dure e senza compromessi? Il clima marziano e come trascorreranno il loro tempo mentre sono lì? Conserveremo queste domande per un altro giorno.
Per ulteriori informazioni su Marte e sul futuro dell'esplorazione spaziale, visitare i collegamenti nella pagina successiva.
Prevenire la contaminazioneUn'altra considerazione sull'atterraggio su Marte è la possibilità di contaminazione incrociata tra quel pianeta e la Terra. L’Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari dello spazio extra-atmosferico (UNOOSA) ha un trattato in tal senso, che è stato ratificato da 98 paesi e altri 27 lo hanno firmato. Il trattato afferma che le nazioni dovrebbero, per quanto possibile, evitare di contaminare la Terra con materiale extraterrestre, soprattutto se tale contaminazione potrebbe causare danni permanenti o alterazioni delle condizioni sulla Terra. Dobbiamo ricambiare questo sentimento con il nostro impatto su altri corpi celesti. I critici sostengono entrambe le direzioni:alcuni sostengono che la contaminazione incrociata potrebbe essere dannosa; altri sostengono che la possibilità che la vita marziana causi problemi sulla Terra non sia affatto un problema. Un'argomentazione più moderata è che, sebbene altamente improbabile, esiste la possibilità che i microbi marziani possano avere un impatto dannoso sulla Terra, ad esempio competendo con gli organismi esistenti.
Mi rattrista che da quando ho scritto questo articolo, il programma Shuttle sia terminato e il programma Constellation sia stato cancellato. L'esplorazione dello spazio pubblico e privato è un campo in costante cambiamento con diversi attori internazionali, ma spero che altri scelgano l'incarico di riportarci sulla Luna e su Marte.
Mi è piaciuto scrivere questo articolo e leggere il libro di Robert Zubrin in particolare. Molte persone hanno proposto modi per condurre missioni interplanetarie con equipaggio, ma la strategia di Zubrin mi è sembrata la più elegante e pratica. Il suo piano prevede di utilizzare le risorse del Pianeta Rosso per alimentare una sequenza di missioni con e senza equipaggio per costruire un'infrastruttura che ci permetta di esplorare veramente in prima persona il nostro vicino celeste, creando allo stesso tempo una ridondanza nel caso in cui qualsiasi attrezzatura o veicolo spaziale non funzionasse correttamente. .
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