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I sogni differiti di Marte
Ufficialmente, gli Stati Uniti prevedono di inviare astronauti sul Pianeta Rosso negli anni '30. Non sembra probabile. Ma alla NASA, ingegneri come Bret Drake continuano a staccarsi. 24 ottobre 2012
Ad agosto, la NASA ha usato una serie di manovre precise e audaci per mettere un rover robotico da una tonnellata chiamato Curiosità su Marte. Una capsula contenente il rover si è paracadutata attraverso l'atmosfera marziana e poi ha dispiegato una gru celeste che si è abbassata Curiosità al sicuro in posizione. Era un momento emozionante : qui c'erano persone che comunicavano con un grande e sofisticato apparecchio distante 150 milioni di miglia mentre iniziava a condurre esperimenti che dovrebbero migliorare la nostra comprensione del fatto che il pianeta abbia o abbia mai avuto vita. Quindi, quando pochi giorni dopo ho visitato il Johnson Space Center della NASA a Houston, mi aspettavo di trovare persone che si crogiolano ancora al bagliore. A dire il vero, il centro di Houston, dove gli astronauti ottengono indicazioni dal Mission Control, non ha svolto il ruolo principale in Curiosità . Quel progetto era incentrato presso il Jet Propulsion Laboratory, che Caltech gestisce per la NASA a Pasadena. Tuttavia, l'atterraggio era stato un evento straordinario per l'intero programma spaziale degli Stati Uniti. Eppure ho scoperto che Marte non era un soggetto del tutto felice a Houston, specialmente tra le persone che credono che gli esseri umani, non solo i robot, dovrebbero esplorare lì.
Nel suo lungo ma stretto ufficio nell'edificio principale del vasto centro di Houston, Bret Drake ha compilato un schema spiegando come sei astronauti potrebbero essere inviati su voli di sei mesi su Marte e cosa farebbero lì per un anno e mezzo prima dei loro voli di sei mesi verso casa. Drake, 51 anni, ci pensa dal 1988, quando ha iniziato a lavorare su quella che chiama l'esplorazione oltre il sogno dell'orbita terrestre bassa. All'epoca, si aspettava che le persone sarebbero tornate sulla luna nel 2004 e sarebbero state sull'orlo del viaggio su Marte ormai. Quella prospettiva è stata presto esclusa, ma Drake ha insistito: alla fine degli anni '90 lo era piani di creazione per le missioni umane su Marte che potrebbero svolgersi intorno al 2018. Oggi l'obiettivo ufficiale è che avvenga nel 2030, ma i tagli ai finanziamenti hanno inibito la capacità della NASA di sviluppare molte delle tecnologie che sarebbero necessarie. In effetti, i progressi sono stati completamente interrotti nel 2008 quando il Congresso, nel tentativo di imporre la frugalità alla NASA, le ha vietato di utilizzare denaro per promuovere l'esplorazione umana di Marte. Marte era una parolaccia di quattro lettere, lamenta Drake, che è vice architetto capo del team di architettura del volo spaziale umano della NASA. Anche se quella regola è stata revocata dopo un anno, Drake sa che la NASA potrebbe rimanere per sempre a 20 anni di distanza da una missione con equipaggio su Marte.
Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2012
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Se mettere gli uomini sulla luna significasse le cose straordinarie che la tecnologia ha reso possibili a metà del 20esimo secolo, inviare umani su Marte sarebbe la versione del 21esimo secolo. Il volo sarebbe stato molto più arduo e isolante per gli astronauti: mentre gli equipaggi dell'Apollo che andavano sulla luna non erano mai a più di tre giorni da casa e poteva ancora distinguere le sue caratteristiche familiari , un equipaggio di Marte vedrebbe la Terra rimpicciolirsi in uno dei miliardi di luccichii nello spazio. Una volta atterrati, gli astronauti dovrebbero sopravvivere in un mondo gelido e battuto dal vento con aria irrespirabile e il 38% della gravità terrestre. Ma se Drake ha ragione, possiamo realizzare questo viaggio. Lui e altri ingegneri della NASA sanno cosa sarà necessario, da un veicolo di atterraggio che potrebbe portare gli umani attraverso l'atmosfera marziana a sistemi per nutrirli, ripararli e portarli in giro una volta arrivati.
Il problema che devono affrontare Drake e altri sostenitori dell'esplorazione umana di Marte è che i benefici sono per lo più intangibili. Alcune delle giustificazioni che sono state presentate, inclusa l'idea che le persone dovrebbero colonizzare il pianeta per migliorare le probabilità di sopravvivenza dell'umanità, non resistono a un'analisi economica. Fino a quando non avremo effettivamente cercato di mantenere in vita le persone lì, gli insediamenti umani permanenti su Marte rimarranno un'invenzione della fantascienza.
Un argomento migliore è che esplorare Marte potrebbe avere benefici scientifici, perché le domande di base sul pianeta rimangono senza risposta. Sappiamo che Marte una volta era umido e caldo, dice Drake. Quindi la vita è mai sorta lì? Se è così, è diverso dalla vita qui sulla Terra? Dov'è finito tutto? Cosa è successo a Marte? Perché è diventato così freddo e secco? Come possiamo imparare da questo e cosa può significare per la Terra? Ma in questo momento Curiosità sta esplorando proprio queste domande, sparando laser sulle rocce per determinarne la composizione e cercando segni di vita microbica. A causa di tali missioni robotiche, la nostra conoscenza di Marte è migliorata così tanto negli ultimi 15 anni che è diventato più difficile giustificare l'invio di umani. Le persone sono molto più adattabili e ingegnose dei robot e sicuramente troverebbero cose che i droni non possono, ma inviarli aumenterebbe esponenzialmente il costo di una missione. Non esiste un vero modo per giustificare l'esplorazione umana esclusivamente sulla base della scienza, afferma Cynthia Phillips, ricercatrice senior presso il SETI Institute, che cerca prove della vita altrove nell'universo. Per il costo di inviare un umano su Marte, potresti inviare un'intera flottiglia di robot.
Eppure l'esplorazione umana di Marte ha un fascino potente. Nessun pianeta nel nostro sistema solare è più simile alla Terra. Il nostro vicino ha ritmi che riconosciamo come nostri, con giornate leggermente più lunghe di 24 ore e calotte polari che crescono in inverno e si restringono in estate. Gli esploratori umani su Marte amplierebbero profondamente i confini dell'esperienza umana, fornendo, nella mente di molti sostenitori dello spazio, un beneficio incommensurabile oltre la scienza. Ci sono sempre stati esploratori nella nostra società, dice Phillips. Se l'esplorazione dello spazio è fatta solo di robot, perdi qualcosa e perdi qualcosa di veramente prezioso.
La sbornia di Apollo
Marte è stato proposto come luogo da esplorare anche prima che esistesse il programma spaziale. Negli anni '50, scienziati come Wernher von Braun (che aveva sviluppato i razzi da combattimento della Germania nazista e in seguito aveva supervisionato il lavoro su missili e razzi per gli Stati Uniti) discutevano su riviste e in tv che quando lo spazio sarebbe diventato la prossima frontiera dell'umanità, Marte sarebbe stato un ovvio punto di interesse. L'uomo andrà mai su Marte? von Braun ha scritto in Collier's rivista nel 1954. Sono sicuro che lo farà, ma ci vorrà un secolo o più prima che sia pronto.
L'obiettivo di Kennedy non era quello di promuovere la scienza o addirittura, in realtà, l'ulteriore esplorazione dello spazio. Andare sulla luna era una delega per un attacco nucleare all'Unione Sovietica. E si è rivelato un modo non ottimale per costruire un programma spaziale a lungo raggio.
Von Braun e altri architetti spaziali hanno visto Marte come un punto finale in un approccio graduale all'esplorazione umana dello spazio, una formulazione che ha influenzato il piano a lungo termine della NASA nel 1959, poco dopo la creazione dell'agenzia. In questo quadro, gli umani raggiungerebbero prima l'orbita terrestre bassa. Quindi svilupperebbero navi che potrebbero andare in modo affidabile da e verso l'orbita. Seguirebbe una stazione spaziale. Successivamente, dopo il 1970, le persone sarebbero atterrate sulla luna e, alla fine, in una data futura non specificata, su Marte. Nel frattempo, sonde senza equipaggio esplorerebbero anche il sistema solare . L'idea di fondo - che ogni passo fornirebbe competenze utili a quelli che seguirono - è uno dei grandi memi nella storia dei voli spaziali, afferma Ruggero Launio , un ex capo storico della NASA che ora è curatore senior per i voli spaziali presso lo Smithsonian Institution. Un sacco di gente ci ha comprato.
Il piano avrebbe potuto reggere, tranne per il fatto che nel 1961, quando era stato compiuto solo il primo passo, il presidente John F. Kennedy saltò i due successivi e promise di raggiungere la luna entro la fine del decennio.
L'obiettivo di Kennedy non era quello di promuovere la scienza o addirittura, in realtà, l'ulteriore esplorazione dello spazio. Andare sulla luna era una delega per un attacco nucleare all'Unione Sovietica, una tattica psicologica volta ad affermare la superiorità americana. E si è rivelato un modo non ottimale per costruire un programma spaziale a lungo raggio. Un livello insostenibile di risorse è stato impiegato per raggiungere la luna: al suo apice a metà degli anni '60, la NASA ha ottenuto $ 5 miliardi all'anno, oltre il 4% del budget degli Stati Uniti. (Ora ottiene circa lo 0,5 percento.) Anche prima che Neil Armstrong e Buzz Aldrin rimbalzassero sulla superficie lunare nel 1969, i budget e la forza lavoro della NASA venivano tagliati. Considerando l'Apollo una gara, non c'era motivo di continuare una volta che abbiamo vinto la gara, afferma John Logsdon, fondatore dello Space Policy Institute presso la George Washington University.
La leadership della NASA ha suggerito l'esplorazione umana di Marte dopo la luna, ma l'amministrazione Nixon ha affondato l'idea come troppo costosa. Il consigliere economico del presidente ha citato un sondaggio, pubblicato su Newsweek rivista circa due mesi dopo lo sbarco sulla luna, in cui il 56% degli intervistati ha affermato che il governo dovrebbe ridurre i finanziamenti per l'esplorazione spaziale. (Nel 1979, un altro sondaggio avrebbe scoperto che la metà degli americani riteneva che non fosse valsa la pena di sbarcare uomini sulla luna.) La NASA ha continuato il suo programma ambizioso e di successo di esplorare Marte e altri pianeti con sonde senza equipaggio come vichingo , Marinaio , e Viaggiare . Ma l'esplorazione umana si è ritirata al passaggio due nella struttura originale della NASA: lo space shuttle volò 135 volte dal 1981 al 2011. Successivamente è arrivato il passaggio tre, la Stazione Spaziale Internazionale . Quando Bret Drake conseguì la laurea in ingegneria aerospaziale e iniziò a lavorare come appaltatore in missioni shuttle a metà degli anni '80, l'idea di inviare umani su Marte era sostanzialmente svanita dai radar.
Poi nel 1986, il Sfidante esplose poco dopo il lancio, uccidendo tutti e sette gli astronauti a bordo. La NASA ha sospeso i voli dello shuttle per due anni e mezzo ed è stata costretta a una straziante rivalutazione del suo scopo. Sono state nominate commissioni; l'esplorazione con equipaggio della Luna e di Marte è stata ancora una volta suggerita come obiettivi a lungo termine. E il 20 luglio 1989, il ventesimo anniversario del primo sbarco sulla luna, il presidente George H.W. Bush ha detto che gli Stati Uniti dovrebbero lottare per entrambi i posti. Come Colombo, sogniamo lidi lontani che non abbiamo ancora visto, disse. Perché la luna? Perché Marte? Perché è destino dell'umanità sforzarsi, cercare, trovare.
Cosa mangi?
Il Congresso ha ucciso il piano di Bush, almeno in parte perché la NASA ha stimato che sarebbe costato circa 500 miliardi di dollari in 30 anni. Il figlio di Bush, il presidente George W. Bush, e il suo successore, Barack Obama, da allora hanno considerato l'esplorazione umana di Marte come un obiettivo per la NASA, ma i finanziamenti necessari per realizzarlo non sono stati seguiti durante nessuna delle due amministrazioni.
Per tutto il tempo, Drake e i suoi colleghi si sono impegnati, a singhiozzo, al lavoro a lungo termine necessario per mantenere aperta la possibilità. Come si addice a un dipendente della NASA per tutta la vita, Drake non ha le spacconate sfrenate dei fanatici della colonizzazione spaziale. È schietto e riservato, anche quando riconosce la sua frustrazione per gli studi infiniti che il suo gruppo ha dovuto eseguire in assenza di una vera missione su Marte. Sappiamo quali sono le sfide, dice. Sappiamo quali tecnologie, sappiamo di quali sistemi abbiamo bisogno.
Le sfide sono da capogiro. Questo è ampiamente chiaro dallo schema della missione, ufficialmente chiamata architettura di riferimento del design, che ha completato nel 2009. Andare nello spazio per più di due anni sottoporrebbe gli astronauti a un grado di isolamento e assenza di gravità senza precedenti; il soggiorno più lungo nello spazio finora sono stati 14 mesi. Raggi cosmici potenzialmente letali, bloccati dal campo magnetico e dall'atmosfera terrestre, colpirebbero la navicella in volo e minaccerebbero gli astronauti su Marte. La NASA potrebbe ridurre l'esposizione alla normale radiazione di fondo nello spazio costruendo schermature nel veicolo spaziale e negli habitat marziani. Ma probabilmente ha bisogno di un metodo migliore per prevedere i brillamenti solari occasionali che emettono dosi più elevate di radiazioni, in modo che gli astronauti possano essere sicuri di ritirarsi in speciali rifugi antitempesta.
Un altro problema irrisolto è che l'atmosfera marziana è abbastanza densa da far sì che un veicolo da sbarco abbia bisogno di protezione termica contro l'attrito che genererebbe all'ingresso, ma è anche troppo sottile per rallentare sostanzialmente un simile velivolo. Ciò significa che sarebbe necessario un nuovo veicolo di discesa: la gru del cielo usata per atterrare Curiosità non funzionerebbe per l'atterraggio di umani, il cui velivolo potrebbe pesare 30 volte di più. Sebbene la NASA stia costruendo un veicolo pesante che potrebbe portare gli esseri umani su Marte, essenzialmente una versione più grande dei razzi che sono volati sulla luna, un lander non è ancora in lavorazione. Drake afferma che lo sviluppo e la sperimentazione di tecnologie per un lander devono iniziare nei prossimi anni se si vuole che una missione a metà degli anni '30 sia possibile.
Bruce Sauser, di fronte a un mockup di un habitat spaziale, tiene in mano un campione di strisce di Kevlar intrecciate che potrebbero coprire una struttura gonfiabile su Marte.
Tutto ciò è scoraggiante, ma la tecnologia missilistica è al centro di ciò che la NASA ha fatto prima. Una sfida molto più grande verrebbe dal dover fare qualcosa di completamente nuovo: proteggere e nutrire gli umani su un altro pianeta per un lungo periodo. Gli astronauti che trascorrono lunghi periodi su Marte dovrebbero togliersi le tute spaziali e gli elmetti e respirare all'interno di una struttura chiusa. Ci sono ragioni per essere ottimisti; la stazione spaziale ha offerto importanti lezioni sulla costruzione e la manutenzione di sistemi di supporto vitale a ciclo chiuso in cui l'acqua e l'aria vengono riciclate. È anche possibile estrarre ossigeno dall'anidride carbonica che costituisce il 95% dell'aria marziana.
Ma rimangono problemi di base, come capire cosa mangeranno i viaggiatori. Un habitat su Marte potrebbe avere una serra, ma è improbabile che gli astronauti possano crescere abbastanza da soddisfare tutte le loro esigenze caloriche. E lo scienziato alimentare della NASA Michele Perchonok non crede che il cibo disidratato che gli astronauti iniettano con l'acqua sulla stazione spaziale possa trattenere nutrienti adeguati per cinque anni, che è quanto tempo dovrà durare se alcuni vengono inviati prima del primo equipaggio, come previsto. Molte soluzioni non sono dei principianti perché un razzo su Marte sarebbe in grado di trasportare solo un certo peso in cibo e attrezzature per cucinare. Il trattamento a pressione del cibo è probabilmente la risposta, ma perfezionare questo metodo è difficile. Quando ho detto a Perchonok che una missione su Marte era sicuramente lontana più di 20 anni, lei si è messa a ridere. Lo spero, disse. Perché abbiamo molto lavoro da fare.
In un altro edificio, Bruce Sauser, che è alla NASA da quando Drake, sta supervisionando diversi progetti che potrebbero essere utilizzati su Marte. Uno di questi è un habitat in grado di resistere ai capricci di un pianeta in cui le temperature variano da -140 °C a 25 °C e le tempeste di vento colpiscono il paesaggio di polvere. Sauser (che ha un titolo classico: direttore dell'ufficio architettura dei sistemi e integrazione della direzione dell'ingegneria) sta cercando di padroneggiare un mix di materiali per l'habitat. Alcuni strati fornirebbero isolamento e schermatura dalle radiazioni, ad esempio, mentre altri sarebbero abbastanza resistenti da prevenire le forature. A loro volta, questi strati si adatterebbero alle vesciche per trattenere l'aria. Un'idea è quella di rendere l'habitat gonfiabile, in modo che possa essere imballato strettamente durante il viaggio verso Marte.
Sauser stima che potrebbero volerci dai 10 ai 15 anni per essere sicuri dell'affidabilità di questo habitat. Il suo team ha sperimentato materiali come Kevlar e Nextel, un isolante utilizzato sulle navette. Ma dice che i tagli e il blocco dei finanziamenti hanno reso quasi impossibile fare più che progressi incrementali.
I dollari sono distribuiti su così tante cose, non ne hai abbastanza in nessun secchio per portare quella cosa al livello successivo, dice. Non abbiamo una missione. Non abbiamo un obiettivo finale. Se non ho quel vero bisogno, finanziamento o scadenza, continuerò a lavorarci sopra. Beh, fare un giro può durare 30 anni.
Le cose giuste
Risolvere questi problemi, dice Drake, non richiederebbe così tanti soldi come potresti pensare. Dice che un comitato nominato dall'amministrazione Obama, la Commissione Augustine, ha avuto ragione quando ha stabilito nel 2009 che la NASA potrebbe sostenere programmi per far esplorare Marte sia agli umani che ai robot se il suo budget annuale fosse aumentato di circa $ 3 miliardi rispetto al livello del 2010 di 19 miliardi di dollari.
Tuttavia, il budget della NASA sta andando nella direzione opposta (è ora sotto i 18 miliardi di dollari ), e i tagli non sono solo un riflesso dei problemi finanziari di Washington. Riflettono anche l'ambivalenza che il pubblico prova riguardo a ciò che la NASA realizza. A livello più pratico, la migliore ricerca scientifica sulle missioni umane, dalla stazione spaziale Skylab degli anni '70 attraverso lo shuttle e la Stazione Spaziale Internazionale, ha avuto a che fare con la perdita ossea, la visione offuscata e altri problemi che gli astronauti soffrono quando vengono rimossi dalla Terra. gravità. Questa è una ricerca cruciale se la nostra specie vuole avere un futuro nello spazio. Ma ha l'anello della logica circolare: dobbiamo continuare a mandare le persone nello spazio in modo da capire cosa succede alle persone nello spazio. Le persone che non fanno parte della NASA o non fanno parte della comunità spaziale, forse sono ben informate, ma non vedono applicazioni pratiche nella loro vita quotidiana, afferma Launius, ex storico della NASA. E devono solo grattarsi la testa e chiedersi: perché lo stiamo facendo ai costi che siamo?
La domanda allora diventa quanto dovremmo valutare i vantaggi intrinseci del volo spaziale come espressione del nostro desiderio di esplorare il nostro mondo nel modo più ambizioso possibile.
Stan amore ha un dottorato di ricerca in astronomia e ha lavorato a dozzine di progetti per la NASA, ma il titolo di una sola parola sul suo biglietto da visita lo riassume al meglio: astronauta. È volato alla stazione spaziale sulla navetta Atlantide nel 2008 e ha fatto due passeggiate spaziali. Dice che l'argomento per le missioni spaziali umane dovrebbe essere semplice: esplorare è una delle cose migliori che le persone fanno. Le esplorazioni non facili ci ispirano. Impariamo cose nuove. Spesso le cose che impariamo sembrano essere inutili in quel momento.
Perché non farlo esclusivamente con i robot? Ci piace, come persone, quando le persone fanno le cose. Se tutto ciò che cerchi sono dati scientifici, certo, invia robot. Ma noi come esseri umani sentiamo un attaccamento quando gli umani vanno e fanno cose del genere.
Love aggiunge che anche in assenza di un'evidente ragione economica per farlo, il costo di un'esplorazione stimolante varrebbe la pena di sostenere. Il prezzo sarebbe piccolo, dice, rispetto al denaro e agli sforzi che vengono spesi al servizio dell'avidità e del nostro desiderio ancestrale di picchiarci a vicenda.
Una risposta facile potrebbe essere dire che se le persone vogliono andare su Marte, dovrebbero pianificarlo e pagarlo da sole. In effetti, diverse aziende stanno dimostrando di poter fare le cose nello spazio in modo relativamente efficiente. Uno di questi è Space Exploration Technologies, o SpaceX, una società privata che sta inviando razzi alla stazione spaziale per la NASA. Il fondatore di SpaceX, Elon Musk, sogna di andare su Marte. Dice che vuole mettere le persone lì dentro da 12 a 15 anni .
Tuttavia, tale obiettivo sembra sottovalutare drasticamente gli ostacoli tecnologici. SpaceX sta lavorando a un razzo pesante quello potrebbe portare carichi utili robotici su Marte . Ma gli umani richiedono un razzo più grande e più costoso, e Musk non ha rivelato i piani per costruirne uno. Ancora più importante, non ha detto come avrebbe svolto gli altri compiti difficili, come nutrire i viaggiatori (tramite una portavoce, ha rifiutato di commentare). E anche se un tale sforzo privato fosse in grado di inventare e sviluppare la tecnologia necessaria, la logistica del viaggio su Marte è così difficile che i costi sarebbero sicuramente troppo alti per essere coperti solo da un nuovo mercato del turismo spaziale. In altre parole, richiederebbe il coinvolgimento di grandi istituzioni con mezzi finanziari e tecnici, come un'agenzia spaziale o una coalizione di più.
Resta quindi il problema: convincere il pubblico che si tratta di un obiettivo utile. Anche all'interno della NASA non c'è consenso. Brent Sherwood, che formula missioni del sistema solare per la NASA presso il Jet Propulsion Laboratory, contende che, dati i vincoli di finanziamento dell'agenzia, le risorse utilizzate per portare le persone su Marte sarebbero state spese molto meglio per altre attività spaziali umane. Tra le altre cose, sostiene la colonizzazione della luna, la stimolazione del turismo spaziale e la raccolta di energia solare dall'orbita terrestre geosincrona. Sono un architetto spaziale. Mi piacerebbe vederci fare cose incredibili nello spazio, dice Sherwood. Semplicemente non credo che l'unica misura di stupore sia una mezza dozzina di dipendenti pubblici che visiteranno Marte in 40 anni.
Sherwood, 54 anni, è entrato nel settore dei voli spaziali nel 1988, quando ha lavorato per Boeing alla pianificazione di missioni umane su Marte. Considera Drake un vecchio amico; sottolinea che, come molte persone della loro età, entrambi sono stati ispirati da Apollo per unirsi al programma spaziale. Ma pensa che la leggenda di Apollo sia troppo grande, portando le persone a suggerire Marte come il successore naturale della luna quando, in realtà, gli sbarchi sulla luna erano anomalie della Guerra Fredda. Bret è stato lì per tutti questi anni. Ci ho visto invecchiare, Sherwood si meraviglia. Penso che sia particolarmente elegiaco che la generazione che è stata motivata a entrare in questo business a causa di Apollo sia intrappolata in una visione limitata, limitante e una sorta di bizzarra di ciò che pensavamo di essere qui per fare.
Che cosa è davvero qui per fare la NASA? È una domanda a cui non è stata data una risposta adeguata in 40 anni, non da politici, esperti spaziali o dall'agenzia stessa. Nel frattempo, Bret Drake e i suoi colleghi fanno il possibile per mantenere viva una fiamma, nel caso in cui la nostra società decida che vogliamo davvero fare qualcosa di fondamentale e magnifico semplicemente perché possiamo.
Brian Bergstein è il vicedirettore di Revisione della tecnologia del MIT .