Inviare esseri umani su Marte: le gravi sfide

Il viaggio verso Marte è lungo e pericoloso. Gli astronauti affrontano costantemente le radiazioni spaziali, una grave minaccia. Ciò aumenta i rischi di cancro. E provoca anche danni permanenti al sistema nervoso centrale. Il Programma di Ricerca Umana della NASA considera le radiazioni una problematica cruciale per qualsiasi viaggio nello spazio profondo. La grande distanza da Marte comporta una lunga esposizione. Questo è diverso dai soggiorni più brevi sulla Stazione Spaziale Internazionale.

L’umanità ha inviato robot su Marte a partire dal 1964. Il Mariner 4 della NASA fu il primo. Orbiter, lander e rover hanno esplorato il pianeta da quel momento. Ora, agenzie come la NASA e l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) intendono inviare esseri umani entro il 2030. Anche aziende private, tra cui SpaceX, pianificano missioni con equipaggio umano. Questi viaggi implicano almeno due anni lontani dalla Terra.

Marte orbita a 140 milioni di miglia dalla Terra. Questa distanza si traduce in un viaggio di sola andata di sette-nove mesi. Il tempo di viaggio dipende dalla posizione dei pianeti nelle loro orbite. Gli equipaggi devono lavorare in autonomia per mesi. Le comunicazioni con la Terra subiscono notevoli ritardi.

Radiazioni e solitudine: gravi sfide

Le radiazioni dello spazio profondo minacciano gli esploratori marziani. I Raggi Cosmici Galattici (GCR) provengono dall’esterno del nostro sistema solare. Queste particelle ad alta energia colpiscono costantemente i veicoli spaziali. Penetrano le schermature. Il Dr. Frank Cucinotta, ex esperto di radiazioni della NASA, afferma che i GCR danneggiano il DNA e le cellule. Questo danno può causare cancro, cataratte e malattie cerebrali.

Gli Eventi di Particelle Solari (SPE) sono un’altra significativa fonte di radiazioni. Il Sole espelle protoni ad alta energia durante i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale. Questi eventi si verificano senza preavviso. Gli SPE possono emettere dosi letali di radiazioni in poche ore. Gli astronauti che si trovassero sulla Luna durante un SPE subirebbero una grave malattia da radiazioni. Il campo magnetico e l’atmosfera terrestre ci proteggono sia dai GCR che dagli SPE.

Una missione su Marte espone gli astronauti a dosi di radiazioni molto più elevate rispetto alla Terra o all’orbita terrestre bassa. L’attuale schermatura dei veicoli spaziali offre poca protezione contro i GCR. Queste particelle sono semplicemente troppo energetiche. Il Dr. Cucinotta afferma che una schermatura efficace contro i GCR richiederebbe materiali di spessore e peso impraticabili. Questo peso comporta costi di lancio enormi.

Un'enorme eruzione solare erutta dal Sole, spesso accompagnata da un'Espulsione di Massa Coronale (CME). Questi potenti eventi rilasciano protoni ad alta energia che causano Eventi di Particelle Solari (SPE), e rappresentano una minaccia letale di radiazioni per gli astronauti in missioni nello spazio profondo verso Marte, ben oltre il campo magnetico protettivo della Terra. (Fonte: space.com)

L’esposizione a lungo termine ai GCR può danneggiare la funzione cerebrale. Gli studi dimostrano che può causare perdita di memoria e un peggioramento delle capacità decisionali. Il Dr. C. Mark Ott, scienziato del Programma di Ricerca Umana della NASA, sottolinea questi rischi cerebrali. Gli astronauti devono svolgere compiti complessi sotto pressione. Una scarsa lucidità mentale mette a rischio la missione e la sicurezza dell’equipaggio. Le radiazioni indeboliscono anche il sistema immunitario, rendendo gli astronauti più vulnerabili alle malattie.

L’isolamento e il confinamento prolungati mettono alla prova anche la salute mentale. Una missione su Marte implica anni lontani dalla Terra, dalla famiglia e da tutto ciò che è familiare. I membri dell’equipaggio vivono in spazi ristretti senza privacy. Il Dr. Jack Stuster, un appaltatore della NASA che studia la salute comportamentale, sottolinea che i conflitti possono acuirsi. Studi su spedizioni antartiche ed equipaggi di sottomarini mostrano stress simili.

I ritardi nelle comunicazioni con la Terra possono arrivare a 22 minuti per la sola andata. Questo rende impossibile la risoluzione in tempo reale dei problemi con il controllo a terra. Gli astronauti devono fare affidamento sul loro addestramento e sul lavoro di squadra. Questa indipendenza crea un enorme stress mentale per l’equipaggio. Il supporto alla salute mentale e una rigorosa selezione dell’equipaggio sono vitali. Anche con l’addestramento, la durata e la distanza senza precedenti rimangono sfide significative.

Il corpo umano nello spazio profondo

La microgravità provoca profondi cambiamenti nel corpo. Gli astronauti perdono densità ossea dall’1% all’1,5% al mese. Questo è simile all’osteoporosi sulla Terra. La Dr.ssa Susan Bailey, esperta di radiazioni presso la Colorado State University, descrive questa rapida perdita ossea. Indebolisce le ossa e aumenta il rischio di fratture.

Anche i muscoli si atrofizzano senza la costante attrazione della gravità. Gli astronauti devono seguire intense routine di esercizio quotidiano. Questi esercizi sono fondamentali per mantenere massa e forza muscolare. Anche con l’esercizio, si verifica una certa degradazione muscolare. Il Dr. Michael Barratt, astronauta e medico della NASA, osserva che è difficile rimanere in perfetta forma fisica. Questo influisce sulla capacità di un astronauta di svolgere compiti faticosi su Marte.

Il sistema cardiovascolare cambia in microgravità. Il cuore lavora meno per pompare il sangue. Questo porta a un muscolo cardiaco più debole. Tornati in gravità, gli astronauti sviluppano intolleranza ortostatica. Questo significa vertigini e svenimenti. Ciò potrebbe compromettere gravemente le operazioni immediate all’atterraggio su Marte o sulla Terra.

La Sindrome Neuro-oculare Associata al Volo Spaziale (SANS) colpisce la vista degli astronauti. Fino al 70% degli astronauti nelle missioni di lunga durata sviluppa la SANS. Comporta gonfiore del nervo ottico e appiattimento del bulbo oculare. Il Dr. C. Robert Gibson, esperto della NASA, studia le cause della SANS. Non si comprendono appieno i meccanismi esatti. Potrebbe essere correlata a spostamenti di fluidi nella testa.

La Sindrome Neuro-oculare Associata al Volo Spaziale (SANS) colpisce fino al 70% degli astronauti nelle missioni di lunga durata, causando gonfiore del nervo ottico e appiattimento del bulbo oculare. Questa condizione può portare a cambiamenti persistenti della vista, e pone una sfida significativa per la salute dell'equipaggio e il successo della missione nei viaggi verso Marte. (Fonte: nasa.gov)

Queste sfide corporee richiedono soluzioni efficaci. Le attrezzature per l’esercizio fisico occupano spazio e potenza preziosi. Integratori nutrizionali e farmaci sono in fase di studio. La gravità artificiale rimane un obiettivo a lungo termine. Risolverebbe molti problemi di salute indotti dalla microgravità. Attualmente, non esiste un sistema pratico di gravità artificiale per le missioni nello spazio profondo.

Sviluppare un’adeguata assistenza medica per una missione su Marte è vitale. Gli astronauti devono addestrarsi come personale medico altamente qualificato. Devono portare una gamma completa di attrezzature mediche. Ciò include strumenti chirurgici e dispositivi diagnostici. La telemedicina con la Terra è limitata dai ritardi nelle comunicazioni. Le emergenze mediche a bordo richiedono un’azione immediata e indipendente.

Costruire un’infrastruttura vitale marziana

Gli attuali razzi chimici sono troppo lenti e inefficienti per i viaggi regolari su Marte. Un viaggio di sola andata richiede mesi. Questo lungo tempo peggiora l’esposizione alle radiazioni e il degrado fisico. L’Architettura di Riferimento per il Design di Marte della NASA sottolinea la necessità di una propulsione più avanzata. Tempi di viaggio più rapidi riducono i rischi della missione.

La propulsione termonucleare offre una possibile risposta. Utilizza la fissione nucleare per riscaldare il combustibile a idrogeno. Questo crea uno scarico molto più veloce rispetto ai razzi chimici. Un tale sistema potrebbe ridurre i tempi di viaggio di diversi mesi. La costruzione e il collaudo di razzi termonucleari comportano notevoli sfide ingegneristiche. Anche le preoccupazioni sulla sicurezza devono essere affrontate.

Anche i sistemi di propulsione elettrica, come il Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR), sembrano promettenti. Il Dr. Franklin Chang Díaz, CEO di Ad Astra Rocket Company, sostiene la tecnologia VASIMR. Utilizza campi elettromagnetici per riscaldare e accelerare il plasma. Il VASIMR potrebbe ridurre notevolmente la massa di carburante. Tuttavia, richiede molta potenza. Produce anche meno spinta rispetto ai razzi chimici. Questo lo rende inadatto per la fuga iniziale dalla gravità terrestre.

L’atterraggio di carichi pesanti su Marte è estremamente difficile. Marte ha un’atmosfera molto sottile, circa l’1% di quella terrestre. Quest’aria è troppo sottile per un’efficace frenata aerodinamica. Eppure, è abbastanza densa da causare notevole resistenza e calore. I “sette minuti di terrore” descrivono la complessa discesa automatizzata per le missioni robotiche. Le missioni umane richiedono lander molto più grandi, in grado di trasportare una massa e un volume maggiori.

L’Utilizzo delle Risorse In Situ (ISRU) è fondamentale per un’esplorazione duratura di Marte. Produrre risorse su Marte riduce la massa che lanciamo dalla Terra. Questo include ossigeno per respirare e carburante per razzi. L’esperimento MOXIE sul rover Perseverance ne ha dimostrato l’efficacia. Il Dr. Michael Hecht, Principal Investigator di MOXIE al MIT, ne ha confermato il successo. MOXIE trasforma l’anidride carbonica marziana in ossigeno.

L'esperimento Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) sul rover Perseverance della NASA ha dimostrato con successo la sua capacità di convertire l'anidride carbonica marziana in ossigeno respirabile. Questa tecnologia innovativa è vitale per le future missioni umane, e consente la produzione di carburante per razzi e supporto vitale direttamente su Marte. (Fonte: mynews13.com)

Il ghiaccio d’acqua su Marte è un’altra risorsa chiave. Possiamo scinderlo per produrre idrogeno e ossigeno. Questi componenti possono poi diventare carburante per razzi. Costruire sistemi ISRU affidabili e autonomi per lunghe missioni umane è una sfida ingegneristica significativa. Questi sistemi devono funzionare per anni in condizioni marziane difficili. Ciò include temperature estreme e tempeste di polvere.

I sistemi di supporto vitale per una missione su Marte devono essere quasi autosufficienti. Gli attuali sistemi della Stazione Spaziale Internazionale si basano sul rifornimento dalla Terra. Una missione su Marte necessita di sistemi a ciclo chiuso. Questi sistemi riciclano acqua, aria e rifiuti con perdite minime. L’affidabilità e la lunga durata di tali sistemi complessi sono di fondamentale importanza. Se una parte chiave fallisce, le conseguenze potrebbero essere catastrofiche.

Superficie di Marte: sopravvivenza e il rientro

Marte è un luogo ostile per la vita umana. La temperatura media della superficie del pianeta è di circa -63°C (-81°F). Le temperature possono variare da -100°C (-148°F) ai poli. Possono raggiungere i 20°C (68°F) all’equatore. Ciò richiede habitat robusti in grado di gestire ampie escursioni termiche. Questi habitat devono proteggere gli astronauti dagli elementi.

Marte è privo di un campo magnetico globale e di un’atmosfera spessa. Questo lascia la sua superficie esposta ad alti livelli di radiazioni solari e galattiche. Gli astronauti riceveranno dosi di radiazioni molto più elevate sulla superficie rispetto alla Terra. Saranno necessari rifugi, gonfiabili o costruiti con la terra marziana. Questi rifugi devono fornire un’adeguata schermatura dalle radiazioni.

La polvere marziana è un problema diffuso e insidioso. La polvere è fine, abrasiva ed elettricamente carica. Si attacca a tutto. Ciò contamina attrezzature e habitat. Il Dr. Bruce Banerdt, Principal Investigator della missione InSight della NASA, ha discusso l’impatto della polvere. Degrada i pannelli solari, blocca i meccanismi e può nuocere alla salute se inalata. Le tempeste di polvere globali possono coprire il pianeta per mesi.

Il viaggio di ritorno da Marte richiede un veicolo di ascesa separato. Questo veicolo deve essere assemblato o atterrato sulla superficie marziana. Poi ha bisogno di carburante per il viaggio di ritorno sulla Terra. L’ISRU potrebbe produrre propellente per questo viaggio di ritorno. Questo processo rende la missione molto più complessa. Crea anche maggiori probabilità di malfunzionamenti.

La polvere marziana, fine, abrasiva ed elettricamente carica, costituisce una minaccia significativa per le attrezzature e la salute degli astronauti, degradando i pannelli solari e bloccando i meccanismi. Le tempeste di polvere globali possono avvolgere l'intero pianeta per mesi, complicando ulteriormente le missioni. (Fonte: jpl.nasa.gov)

Le preoccupazioni di contaminazione si applicano sia a Marte che alla Terra. Regole severe di protezione planetaria sono fondamentali. Gli astronauti di ritorno da Marte verrebbero probabilmente messi in quarantena. Ciò impedirebbe a eventuali agenti patogeni marziani di contaminare la biosfera terrestre. L’equipaggio dell’Apollo 11 ha subito una quarantena di 21 giorni dopo la loro missione lunare. Una regola simile, o più severa, si applicherebbe a Marte.

La collaborazione internazionale e l’innovazione privata sono vitali per risolvere queste sfide. Nessuna singola nazione o azienda possiede tutte le risorse necessarie. Una missione umana su Marte richiede una collaborazione globale. Le tecnologie costruite per Marte ci aiuteranno anche sulla Terra. Questo progetto spinge i confini delle capacità umane e dimostra il nostro potenziale.

Domande frequenti

Quanto tempo impiegherebbe un viaggio su Marte? Un viaggio di sola andata richiede tra sette e nove mesi. Questo dipende dall’allineamento orbitale della Terra e di Marte. L’intero viaggio di andata e ritorno, incluso il tempo su Marte, richiederebbe almeno due anni.

Quali sono i maggiori rischi per la salute degli astronauti che viaggiano su Marte? I maggiori rischi per la salute sono l’elevata radiazione spaziale e gli effetti della microgravità. L’esposizione alle radiazioni aumenta il rischio di cancro. Può anche danneggiare il sistema nervoso centrale. La microgravità causa perdita ossea, atrofia muscolare e problemi alla vista.

Possiamo creare gravità artificiale per risolvere questi problemi? La gravità artificiale potrebbe risolvere molti problemi di salute legati alla microgravità. Attualmente, non abbiamo un sistema pratico per le missioni nello spazio profondo. Richiede grandi veicoli spaziali rotanti, che sono complessi da costruire e lanciare.

Quanto costerebbe una missione su Marte? Le stime per una missione umana su Marte vanno da centinaia di miliardi a trilioni di dollari. Il costo esatto dipende dal piano della missione, dalla tecnologia e dai partner internazionali.

Cosa succederà dopo per l’esplorazione di Marte? Le future missioni robotiche continueranno a sondare siti di atterraggio e a testare le tecnologie ISRU. Agenzie e aziende stanno costruendo sistemi di propulsione avanzati e schermature dalle radiazioni. Questi progressi rendono possibili le missioni umane.

Dopo la loro storica missione lunare, l'equipaggio dell'Apollo 11 — Neil Armstrong, Buzz Aldrin e Michael Collins — fu sottoposto a una quarantena di 21 giorni nella Mobile Quarantine Facility (MQF) per prevenire che eventuali patogeni lunari contaminassero la Terra, un protocollo che sarebbe probabilmente ancora più severo per gli astronauti di ritorno da Marte. (Fonte: cnn.com)

---

Potrebbe interessarti anche:

👉 Colonizzazione spaziale: la grande illusione. Le vere soluzioni sono sulla Terra.

👉 La corsa allo spazio da 546 miliardi: l’era dei privati e le sfide globali

👉 Il cervello umano: Svelare i suoi misteri e come funziona