Missionari su Marte

Fuori nelle montagne rocciose, ti senti più vicino allo spazio. Il velo d'aria è sottile; le stelle ei pianeti sembrano più vicini. Quindi è giusto che la capitale del movimento per inviare umani su Marte sia presso l'Università del Colorado a Boulder.

Nell'interesse della piena divulgazione giornalistica, devo notare qui che è un movimento di cui sono orgoglioso di far parte. Dal 1981 vado a Boulder per conferenze occasionali di appassionati di volo su Marte; l'ultimo è stato lo scorso agosto. Ricordo ancora la primissima conferenza di Case for Mars, organizzata da un gruppo di studenti laureati che non avevano idea di che tipo di accoglienza avrebbe ricevuto la loro convocazione proposta. Dopotutto, l'ultimo funzionario del governo ad aver approvato il volo con equipaggio su Marte era stato il vicepresidente di Richard Nixon, che presto sarebbe caduto in disgrazia, Spiro Agnew, uno sfortunato santo patrono.

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 1999

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Nei primi anni dell'era spaziale, sia i cittadini americani che gli ingegneri aerospaziali presumevano che l'atterraggio sulla luna fosse solo il primo passo di una sequenza ininterrotta di voli con equipaggio che avrebbe portato su Marte entro 10-15 anni. Ma negli anni '70, il ridimensionamento post-Apollo ha eliminato Marte anche dal più ottimistico calendario della NASA; con la percezione politica che avevamo vinto la corsa allo spazio, il budget della NASA è stato tagliato di due terzi. Le restanti energie dell'agenzia erano concentrate sul programma dello space shuttle e il volo con equipaggio su Marte svanì dalla considerazione ufficiale.

Eppure la gente veniva a Boulder nell'81. Si sono riuniti in modo esitante, quasi timido, senza alcun sostegno ufficiale da parte di agenzie o società. Molti avevano mantenuto la fede durante un decennio in cui parlare di volo interplanetario con equipaggio era quasi un tabù. Ognuno sembrava stupito di vedere così tanti altri uscire dagli armadi intellettuali per proclamare che anche loro pensavano che una missione umana su Marte fosse fattibile e desiderabile, e che anche loro avevano una nuova idea o suggerimento per avvicinarla.

Ma la scorsa estate, la conferenza è stata traboccante di audacia. Questa volta, più di 700 persone si sono radunate non solo per scambiare idee, ma anche per formare una nuova Mars Society e firmare una Dichiarazione su Marte affermando la loro convinzione che il volo umano su Marte fosse finalmente diventato fattibile ed era più desiderabile che mai. (Quella dichiarazione è stata poi pubblicata sul loro sito web all'indirizzo www.marssociety.org , e le copie sono state inviate a Washington.) Sul podio principale, una parata di oratori ha tenuto presentazioni selvaggiamente fantasiose con lo scopo dichiarato di far sembrare tutti gli altri troppo moderati. I partecipanti erano sorprendentemente eclettici: scienziati e astronauti della NASA; ricercatori universitari e dottorandi; anche semplici cittadini, alcuni dei quali portarono i propri figli. I venditori offrivano magliette e calendari di Marte.

Poiché i pianificatori della conferenza, guidati dall'ingegnere spaziale del settore privato Bob Zubrin, fondatore di Pioneer Astronautics a Lakewood, nel Colorado. (vedi Marte con pochi soldi, BAMBINI novembre / dicembre 1996) , erano aggressivamente inclusivi, la qualità delle presentazioni variava enormemente. Le idee sono state lanciate in giro, buttate via e riciclate con vigore. Sessioni specializzate hanno trattato di tutto, dalle sfide ingegneristiche e mediche di una missione su Marte alle questioni legali e filosofiche sollevate dall'esplorazione umana del pianeta.

Luna su Marte

se gli umani vogliono arrivare su Marte, tuttavia, ci vorrà molto di più dell'eccitazione. I voli di successo degli astronauti sulla luna e ritorno durante il programma Apollo dal 1968 al 1972 sono considerati alcuni dei più grandi successi storici della tecnologia umana; gli ingegneri hanno superato le sfide in dozzine di campi, tra cui la propulsione, la protezione termica, le comunicazioni e la navigazione, in modo coordinato. Ma la sfida tecnologica di una missione con equipaggio su Marte rappresenta un diverso ordine di grandezza.

Considera i numeri di base. Una missione Apollo di tre uomini ha utilizzato un singolo booster Saturn-V che ha posizionato circa 120.000 chilogrammi di veicoli spaziali e propellente in un'orbita di parcheggio bassa appena oltre il bordo dell'atmosfera terrestre. Dopo un altro lancio di razzi e un viaggio di tre giorni, due membri dell'equipaggio sono atterrati sulla luna e hanno trascorso diversi giorni ad avventurarsi sulla superficie per raccogliere campioni, scattare fotografie e distribuire strumenti. La durata totale della missione per uno dei voli Apollo era compresa tra 10 e 12 giorni.

Per Marte, molte di queste cifre aumenterebbero drasticamente. La maggior parte delle strategie di missione richiede l'assemblaggio di un veicolo in orbita di parcheggio da diversi componenti lanciati separatamente, aggiungendo fino a 400.000 a 500.000 chilogrammi. Il viaggio di andata sarebbe durato dai sei ai dieci mesi, seguito da un soggiorno sulla superficie marziana della durata di più di un anno; durante quel periodo, i membri dell'equipaggio avrebbero effettuato centinaia di viaggi all'esterno anziché i tre o quattro che le tute spaziali Apollo, torturate dall'uso approssimativo e dalla polvere lunare abrasiva, avevano a malapena completato. L'intera missione richiederebbe quasi tre anni e l'esposizione degli astronauti a rischi medici come l'assenza di gravità a lungo termine e i raggi cosmici sarebbe 100 volte superiore a quella delle missioni lunari.

Quindi, a prima vista, una missione su Marte sembra che sarebbe molte volte più difficile degli sbarchi lunari, e di conseguenza molte volte più costosa (in dollari attuali, Apollo è costato circa 80 miliardi di dollari). Ma secondo esperti pianificatori spaziali ed economisti, la tecnologia spaziale ha già raggiunto livelli che consentirebbero missioni su Marte a costi pari o addirittura inferiori a quelli del programma Apollo (vedi Posti economici?, giusto) .

Su un'ala e nell'aria sottile

mentre gli appassionati di Marte potrebbero non sapere ancora abbastanza del suolo marziano, sanno già una cosa importante sull'aria marziana: è molto sottile. E sebbene l'atmosfera marziana abbia meno dell'1 percento della pressione dell'atmosfera terrestre a livello del mare, alcuni ingegneri aerospaziali stanno elaborando progetti per piccoli aeroplani senza equipaggio in grado di volare su vaste distese del terreno marziano. Gli strumenti di un aereo del genere potrebbero rilevare regioni geologiche complesse, comprese molte che sembrano troppo ruvide per i rover di superficie.

Larry Lemke, un esperto di robotica dell'Ames Research Center della NASA in California, ha parlato in una sessione plenaria di una missione alata. Un veicolo di 150 chilogrammi con un'apertura alare di 10 metri, sulla scala di un deltaplano a motore qui sulla Terra, verrebbe lanciato dalla Terra piegato all'interno di una sonda. Dopo che la sonda è entrata nell'atmosfera marziana, fa cadere il suo scudo termico e apre un piccolo paracadute stabilizzante. L'aereo si aprirebbe durante la discesa e si staccherebbe dal paracadute per il suo volo libero. Il robot alato potrebbe trasportare 20 chilogrammi di strumenti, tra cui uno spettrometro a infrarossi appuntito per mappare depositi di minerali e ghiaccio e una suite di strumenti geofisici da campo per individuare tracce della storia geologica del pianeta. La squadra di Lemke ha già tracciato un percorso di tre ore di 2.000 chilometri lungo il canyon Vallis Marineris di Marte (che è più lungo di quanto siano larghi gli Stati Uniti).

L'aria rarefatta di Marte, insistette Lemke, non sarebbe stata un problema. Sulla superficie del pianeta, ha sottolineato, la pressione atmosferica di Marte è circa la stessa di quella della Terra a 24.000 metri di altitudine. Poiché il velivolo Pathfinder a energia solare senza equipaggio della NASA naviga regolarmente a questa altitudine sulla Terra, fornisce la prova del concetto che un veicolo più specializzato potrebbe anche volare su Marte. L'aerodinamica non è un problema, ha detto Lemke all'incontro.

Né la tecnologia è un problema, ha detto Lemke. L'aereo di Marte ha beneficiato di molti progressi tecnologici negli ultimi 20 anni da aree senza alcun collegamento con l'astronautica. C'è stato lavoro negli aerei radiocomandati, nelle strutture leggere, nei motori elettrici di propulsione e nei sistemi di dispiegamento militare.

Il concetto è così praticabile, crede Lemke, che sta chiedendo un lancio nell'anno 2003, per celebrare il centenario dei primi voli più pesanti dell'aria dei fratelli Wright. Dovremmo celebrare il 100° anniversario del primo volo aereo sulla Terra con il primo volo aereo su Marte, ha detto.

Accensione

indipendentemente dal fatto che gli aeroplani robot volino su Marte o meno, per i viaggi umani una considerazione chiave sarà la centrale elettrica che porterà gli esploratori lì. Una possibilità che è stata considerata all'incontro di Marte era l'energia nucleare. Il razzo nucleare è stato un pilastro della fantascienza per generazioni e negli anni '60 la Commissione per l'energia atomica ha effettivamente progettato e testato diversi prototipi alimentati all'uranio-235 per fungere da stadi superiori nello spazio. Espellendo idrogeno surriscaldato, fornivano una spinta forte quanto i motori chimici di dimensioni simili, ma potevano ottenere la stessa spinta consumando solo la metà della massa di carburante. Questa efficienza sarebbe stata un enorme vantaggio per i veicoli marziani con equipaggio pesante allora in esame.

In effetti, l'energia nucleare spaziale è stata il tema di molte delle sessioni di approfondimento della conferenza. La sessione a cui ho partecipato si è svolta in un'aula senza finestre nel seminterrato ed è stata condotta da Roger Lenard, un direttore tecnico dei Sandia Labs del Dipartimento della Difesa ad Albuquerque, NM Lenard ha sostenuto l'uso dell'energia nucleare nello spazio sin dal suo periodo come direttore del progetto Timberwind, un sistema antimissile a propulsione nucleare progettato come parte del sistema di difesa di Star Wars. Ma Timberwind è crollato un decennio fa sotto cattiva pubblicità per i potenziali impatti ambientali: sparare in combattimento ha minacciato di contaminare vaste aree dell'Oceano Pacifico, inclusa la Nuova Zelanda.

Nonostante tali preoccupazioni, l'energia nucleare è rimasta popolare nell'immaginazione di un gruppo ristretto di ingegneri specializzati e l'entusiasmo per l'uso extraterrestre dell'energia nucleare ha raggiunto una massa critica alla conferenza. I sostenitori del nucleare spaziale come Lenard aspettano da decenni l'approvazione di una missione e credono che Marte sia la loro migliore possibilità. Prendendo di mira un pianeta troppo lontano per essere considerato il cortile di casa di nessuno, sperano di eludere l'atteggiamento non nel mio cortile di attivismo antinucleare.

Lenard ha criticato quella che vedeva come la tendenza della NASA a evitare il tema dell'energia nucleare a causa delle sue controversie. E anche all'interno degli studi sulla missione della NASA su Marte che includono l'energia nucleare, ha trovato quelli che considerava vincoli di progettazione irrealistici. Nel 1989, Lenard ha lavorato con la NASA come specialista di energia nucleare in una missione di riferimento per la progettazione di Marte. Quel progetto includeva un singolo reattore nucleare bimodale, che prima forniva la propulsione per iniziare la tratta Terra-Marte, e poi forniva energia elettrica durante il viaggio e in superficie. Ma la bimodalità è una cattiva idea, sosteneva Lenard. Le esigenze di progettazione di un buon sistema di propulsione sono antitetiche alle esigenze di progettazione di un buon sistema di alimentazione, ha affermato.

I sistemi di propulsione richiedono una temperatura più alta possibile, 3000 K, e funzionano solo per poche ore alla volta. E non ti preoccupi molto di trattenere tutti i prodotti di fissione, ha aggiunto, poiché svaniscono in sicurezza nello sfondo già radioattivo dello spazio. Al contrario, fornire energia elettrica (sia in volo che in superficie) richiede solo temperature modeste ed efficienza modesta, ma il sistema deve funzionare per lunghi periodi.

Nell'analisi di Lenard, altri entusiasti di Marte non hanno pensato a questi problemi. Presumono che un programma di sviluppo per un reattore che fa due o tre cose sia automaticamente più economico di due o tre programmi separati, ha detto alla sala gremita. Ma lo rifiutiamo. Quando i requisiti si escludono così a vicenda, questo diventa un programma con enormi rischi, con tempi lunghi e costi elevati.

Tuttavia, eccetto il jolly dell'accettabilità politica, la tecnologia nucleare è il principale contendente per alimentare una missione su Marte. Senza la propulsione nucleare, le prime missioni con equipaggio su Marte dovrebbero fare affidamento su motori chimici, rendendo i veicoli più grandi e forse raddoppiando il costo del trasporto per portare una nave in orbita. I sistemi non nucleari più esotici che sfruttano concetti come la propulsione senza inerzia e l'antigravità rimangono selvaggiamente immaginari e, nel migliore dei casi, decenni nel futuro.

Vita su Marte

sebbene il potere sia chiaramente una sfida per una missione su Marte, mentre passavo da una sessione all'altra e da un seminario all'altro, ho iniziato a vedere che c'è un'altra area che rappresenta il nucleo della sfida, e non è proprio un problema tecnologico. Quando le missioni Apollo puntavano sulla luna, era l'hardware la cosa più cruciale: i razzi, la navigazione, i sistemi di controllo dell'equipaggio e persino le rocce che erano gli obiettivi della missione. Ma con Marte come destinazione, l'attenzione continuava a cadere sulla vita.

Per una missione con equipaggio di successo su Marte, hanno suggerito molti aspetti diversi dell'incontro, dobbiamo considerare la vita su molte scale. I nano-fossili microscopici possono indicare la vita passata su Marte e saranno un obiettivo primario per l'esplorazione. A livello di medicina, dobbiamo determinare come preservare la salute umana in condizioni di volo. In termini sociologici, avremo bisogno di comprendere il giusto mix di abilità dell'equipaggio e la corretta organizzazione dell'equipaggio per missioni pluriennali oltre il raggio delle conversazioni radio.

Il tempo di andata e ritorno del segnale radio varia da otto a 30 minuti, a seconda di quanto sono distanti tra loro Marte e la Terra in un dato momento, quindi la frustrazione terrestre di oggi con la riproduzione di tag vocali diventerà la norma per i viaggiatori su Marte. In una semplice dimostrazione di un ritardo di comunicazione utilizzando banchi di videoregistratori e cassette scambiate periodicamente, ho organizzato un esercizio in cui i partecipanti a una conferenza medica del 1997 a Houston hanno affrontato un'emergenza medica simulata su Marte. Mentre gli attori-astronauti seguivano una lista di controllo delle risposte alla crisi, il team medico terrestre ha dovuto imparare ad anticipare i bisogni e i progressi del team marziano.

Sorprendentemente, sia la squadra terrestre che quella extraterrestre si sono adattate nel giro di un'ora al ritmo interplanetario, fornendo domande e risposte adeguate in un modo sorprendentemente efficiente. Ma l'esercizio ha utilizzato solo un ritardo di quattro minuti e lo scenario medico prescritto era ben definito. Gli esperimenti futuri dovranno affrontare ritardi più realistici e scenari più imprevedibili, mentre i pianificatori spaziali si preparano per la sfida temporale di Marte.

Le sfide di comunicazione della missione su Marte si applicano anche alle persone rimaste sulla Terra. Nel campo della politica e della diplomazia, dobbiamo raccogliere la perseveranza nazionale e la cooperazione internazionale necessarie per un progetto a lungo termine. Su scala interplanetaria, dovremmo considerare gli standard di quarantena per proteggere la Terra da qualsiasi forma di vita extraterrestre che potrebbe chiedere un passaggio a casa da Marte. Infine, forse su scala universale, ho visto discussioni appassionate sull'opportunità e sulle strategie per modificare un giorno il clima di Marte per renderlo più simile alla terra, in altre parole, per terraformarlo. Solo alcuni di questi problemi erano significativi durante gli sbarchi sulla luna degli anni '60, ma molti di loro sarebbero diventati fondamentali per una missione umana di successo su Marte.

E questa potrebbe essere la chiave per garantire l'impegno del governo in un tale progetto, perché tali questioni di vita risuonano sulla Terra, così come nello spazio. Mi sembrava che un programma umano su Marte - non solo un'unica traccia di bandiere e impronte, ma una sequenza prolungata di spedizioni in espansione - potesse portare allo stesso tipo di rinvigorimento tecnologico su vasta scala che le sfide Apollo hanno alimentato 30 anni fa. Se ben concepito, questo audace progetto potrebbe accelerare la ricerca innovativa applicabile anche ai problemi terrestri, noti e ancora sconosciuti.

Ma questo era un argomento per i politici e i contatori di fagioli presso l'ufficio federale del bilancio. Al convegno ero circondato da persone già persuase, come me, che il progetto fosse auspicabile, anzi urgente. E sebbene Marte non fosse visibile all'occhio quella settimana - stava appena emergendo dal bagliore del sole nei cieli prima dell'alba - la sua immagine ardeva luminosa nella mia mente. Per me, in un'inversione delle regole del traffico quotidiano, la luce rossa nel cielo significava Go!

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