Roxanne Green (Davenport, Iowa, USA) – Mars Mission
Il viaggio su Marte (1)
di Vincenzo Rampolla
Per una missione spaziale, lo scienziato è padrone del metodo, sa come iniziare: dal come ci vado e dal dove sbarco, dal quanti partono e quando. Non c’è il perché, ma il quanto costa. E che cosa fare, quanto restare e come rientrare vengono dopo, molto dopo, solo se si dispone di combustibile, aria e acqua. Per una missione su Marte, la presenza di ghiaccio di acqua con sali è il nodo. Una volta sciolto, si può fare un piano e incominciare a crederci.
Marte si trova in media a 220 milioni di km dal Sole, la Terra ne dista 150 milioni. Il calcolo sembra semplice: la differenza è 70 milioni di km. In realtà i due pianeti si muovono attorno al Sole, in orbite non circolari ma ellittiche. In teoria, la vicinanza minima tra Marte e Terra è di 54,6 milioni di km. Ma non basta, i due pianeti devono essere allineati con il Sole, il nostro pianeta quando è più lontano dalla stella e Marte quando è più vicino, il che è molto raro, avviene ogni 1,6 anni e dura circa 260 giorni, ogni 26 mesi. Nel 2003 quasi c’eravamo, in estate, Marte era a 55,7 milioni di km da noi, la sua minore distanza dalla Terra in 60.000 anni. C’è dell’altro, i due pianeti ruotano a velocità diversa, la Terra impiega 1 anno per girare intorno al Sole e Marte 1,9 anni. Altrimenti sarebbe un gioco e con una nave del tipo New Horizons si raggiungerebbe in 39 giorni. Quindi non parto quando sono più vicino, ma devo anticipare il timing e non sbagliare. La strada per Marte dunque non è diretta, in più la distanza deve restare costante. È come sparare da un’auto in corsa su un oggetto in moto. E ricordarsi infine di prevedere una decelerazione all'arrivo, per non cannare l’ammaraggio.
E la durata?
Per calcolare il viaggio più breve possibile è necessario tenere conto dei molti parametri visti e soprattutto della potenza della navetta. Nel 1964, la prima sonda americana Mariner 4 fece il viaggio su Marte in 228 giorni. Per Viking 1 e 2, ci sono voluti 304 e 333 giorni. Quanto a Curiosity, il suo trasferimento è avvenuto in 254 giorni. Attualmente con una nave più potente di quella odierna, il volo potrebbe essere ridotto. Propulsione fotonica, nucleare…? È tutto da vedere e calcolare in funzione della tecnologia in perenne fermento.
Pochi anni, e i primi uomini dovrebbero arrivare su Marte. Gli Usa (NASA) si preparano per un primo viaggio con equipaggio entro il 2030, forse prima, nel 2024, per i più ottimisti. Anche altri paesi sono interessati: Cina, Russia, Emirati Arabi Uniti e Europa. Ma non solo. Nel settore privato, Elon Musk, CEO di SpaceX, la sua Space Company, è molto ambizioso, freme per essere il primo e prevede lo sbarco su Marte entro 4 anni, con pionieri per fondare una colonia, a suo dire, aperta fino a un milione di persone entro la fine del XXI secolo.
Dove ammarare
Dove sbarcheranno i primi umani su Marte? Da molto la domanda tormenta la NASA. Una nuova mappa prodotta da Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) e da Mars Odyssey pubblicata su Geophysical Research Letters, indica che ai poli il ghiaccio è solo pochi centimetri sotto la superficie e questo può ridurre le possibili scelte. La mappa descrive in dettaglio le regioni dove il ghiaccio è a meno di un metro sotto la superficie e in alcuni punti è sepolto sotto 2,5 cm di polvere marziana. Le regioni vicine ai poli di Marte sono state a lungo di interesse per lo scopo. Nel 2009 il Phoenix Mars Lander per trovare ghiaccio aveva raschiato la regolite di Marte, l'insieme eterogeneo di sedimenti e polveri, con frammenti di materiali vari dello strato più esterno della superficie e con clorati, perclorati e altri composti che indurrebbero nocivi effetti potenziali sugli astronauti e danneggerebbero gli strumenti. Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ha confermato l’intervento: a ottobre 2008 / gennaio 2009 aveva fotografato il ghiaccio bombardato dai meteoriti.
In questa occasione i ricercatori hanno utilizzato 2 strumenti sensibili alla temperatura. Con Mars Odyssey il Mars Climate Sounder di MRO e la fotocamera Themis (Thermal Emission Imaging System) hanno fornito la mappa del ghiaccio, rilevando le variazioni di temperatura in superficie indotte dal ghiaccio sottostante. Concentrato lungo i poli, vi è ghiaccio in media sotto alla superficie a meno di 30 cm; a monte, è sepolto a partire da 60 cm di regolite marziana. Grazie a questa mappa, la NASA conta di far atterrare le missioni su siti con facile accesso ai ghiacci. La regione Arcadia Planitia, vicina al Polo Nord, presenta una vasta area dove lo spessore del ghiaccio è inferiore a 30 cm. E.Musk con la sua Starship mette le mani avanti su possibili siti di ammaraggio su Marte. Area ideale è una zona geologicamente stabile e mite, su un deposito di ghiaccio di facile accesso e da cui ottenere combustibile, acqua e aria. Tre i siti individuati nell'immensa piana vulcanica dell’Olympus Mons, il monte più alto del Sistema Solare (26.000 m). La giusta stagione, infine. Su Marte la temperatura varia tra -140°C e +20°C, dovuta alla sottile atmosfera e quindi alla bassa pressione.
I test
e la prova motori dell’astronave
Starship è l'astronave per Marte di Elon Musk. Fondatore di SpaceX, SolarCity e Tesla, è progettista, genio aerospaziale, inarrestabile vulcano di progetti concretizzati, dall’auto elettrica alle navette spaziali, dalla riduzione dell’inquinamento all’internet planetario ad alta velocità e al primo spaceport privato commerciale in Usa con i contratti con la NASA. Sudafricano con cittadinanza canadese e naturalizzato statunitense, nel dicembre 2018 si è posizionato al 25° rango tra le persone più potenti del pianeta. A settembre 2020, con un patrimonio di $115 miliardi, secondo Forbes, risulta al 31º posto tra le persone più ricche della Terra. Musk ha dichiarato che il suo obiettivo ruota intorno all'ideale di cambiare il mondo e l'umanità con i progetti delle sue aziende, 3 gioielli imprenditoriali con un totale di 68.000 dipendenti e un valore di mercato di $64 miliardi. Siamo certamente in buone mani.
Alla fine di agosto ha concluso con successo i test preliminari sul modulo propulsore della Starship. Il fatto ha un precedente che risale al 2017, quando pensava di inviare su Marte una navicella Dragon 2, quella che poi avrebbe portato gli astronauti alla ISS (Stazione Spaziale Internazionale). Test successivi avevano dimostrato che non sarebbe stata in grado di effettuare un atterraggio morbido su Marte, perciò E.Musk ha deciso di avviare la sua Space company con uno Starship di sua creazione. Il sistema che SpaceX sta mettendo a punto è un veicolo a due stadi completamente riutilizzabile: il primo stadio è il lanciatore Big Falcon Heavy (SuperHeavy), spinto da 37 motori Raptor che bruciano metano criogenico (liquido) e ossigeno liquido; il secondo stadio è una specie di gigantesco space shuttle, StarShip capace di ospitare un equipaggio di 100 persone. Non è chiaro se il sistema andrà a sostituire gli attuali Falcon 9 e Falcon Heavy e le navicelle Dragon e Crew Dragon, ma E.Musk non cela che tra gli obiettivi del nuovo razzo ci sono una missione cargo verso Marte nel 2022 e una missione umana nel 2024. Pochi credono nel rispetto temporale di un tale piano, ma le premesse ci sono e Musk ha ampiamente dimostrato che pochi anni bastano per fare avanzare di molto la tecnologia aerospaziale.
SpaceX, il 28 agosto 2020 dalla base di Boca Chica (Texas) ha completato con pieno successo l'ultimo test di Starhopper, il prototipo SN5 della futura Starship. La navetta è stata fatta innalzare per 150 m e atterrare in una piazzola distante alcune decine di metri. Nonostante le misure ridotte, si tratta di un test molto importante, che conclude la serie di test con un prototipo in scala: i prossimi test avranno per protagonista una versione più vicina alla reale Starship.
Si è trattato dell'ultimo di una serie di test sul motore Raptor, un sistema di propulsione che, sulla carta, è capace di spingere il nuovo e più potente razzo mai costruito verso altri pianeti del Sistema Solare. La navicella ha raggiunto la quota stabilita di quei 150 m massimi concessi dalla Federal Aviation Administration per quell'area (la richiesta di SpaceX era stata di 200 metri) e dopo un volo durato circa un minuto è atterrata in verticale e con estrema precisione sul punto previsto. Il test era stato ripetuto a luglio con il prototipo SN6.
Nell'area prove di SpaceX, si è provato ad accendere il nuovo motore Raptor per verificarne l'affidabilità. Doveva essere l'ultimo test statico prima di quello destinato a far compiere alcune manovre a circa 20 m dal suolo. L'accensione è avvenuta regolarmente, tuttavia il getto di fuoco prodotto dal motore ha causato danni alla struttura della navetta, che ritarderà probabilmente la prova di lancio. La prova del motore è fondamentale per stabilire se non saranno necessarie altre variazioni prima di avere il modello definitivo per la Starship, vera e propria nave spaziale per portare uomini e mezzi su Marte e sulla Luna. È anche essenziale per testare Super Heavy, il lanciatore dotato dei 37 motori Raptor che dovranno funzionare all'unisono. Questi motori vanno a metano e ossigeno liquidi, combustibili producibili direttamente su Marte dalla CO₂ atmosferica e dall'acqua estratta dal ghiaccio marziano.
Il Raptor provato in Texas è il sesto della serie. Il suo predecessore, il N.5, aveva avuto un grave problema ad appena 2 secondi dall'accensione, tanto da non poter essere riparato. Doveva funzionare per 50 secondi. I primi test statici del N.6 hanno messo in evidenza problemi minori, ma complessivamente sono stati considerati un successo. Problemi seri si sono verificati durante la terza accensione, quando il motore si è spento dolcemente, ma la quarta e la quinta accensione hanno visto il motore rimanere acceso per 85 secondi senza alcun problema. A quel punto il motore è stato predisposto per il test successivo, in coppia con la Starhopper. Nel frattempo sono state fatte apportare altre modifiche sia alla Starship sia al lanciatore Super Heavy, in particolare alle pinne delle zampe di appoggio, fondamentali nella fase di ammaraggio: in ogni caso, alle versioni definitive si arriverà solo dopo i primi lanci di Starhopper. Attualmente la società sta preparando un altro prototipo di astronave, SN8, per un volo di prova di 15-20 km programmato entro fine anno.
(Continua)
(consultazione: nasa; jpl; focus; everyeye; wikipedia; inaf; l.bignami; g.marciello - nuclear propulsory engine; intopic; south china morning post, geophysical research letter )
