10 progressi tecnologici chiave che abbiamo bisogno di colonizzare Mars

La tecnologia avanza a passi da gigante, e sarebbe meglio continuare a farlo se avessimo intenzione di mandare persone a vivere su Marte nei prossimi decenni. In effetti, la NASA prevede di inviare la sua prima missione con equipaggio su Marte già negli anni '30. Ma ci sono alcuni elementi chiave della tecnologia che l'umanità dovrà migliorare prima di poter sperare di raggiungere il pianeta rosso in sicurezza.

10 Estrattori d'acqua

Nonostante la recente scoperta di acqua liquida su Marte, i futuri colonizzatori dipenderanno dall'acqua congelata intrappolata nel suolo marziano. Estrarre quell'acqua potrebbe comportare lo scavare fisicamente, o potrebbe significare usare le microonde per vaporizzare l'acqua e portarla in superficie come un gas. Sfortunatamente, mentre le macchine per fare entrambe le cose sono state testate sulla Terra, nessun estrattore d'acqua su larga scala è stato ancora testato su Marte stesso.

Ed è sicuramente importante assicurarsi che i macchinari funzionino prima di prendere in considerazione l'istituzione di una base permanente su Marte. Non è solo così che i colonizzatori non muoiono di disidratazione. Alcuni esperti hanno suggerito di utilizzare l'acqua per fornire ossigeno separando l'idrogeno e gli atomi di ossigeno che costituiscono le molecole d'acqua. Se questo piano viene usato e le macchine per la raccolta dell'acqua si rompono, i colonizzatori corrono il rischio di morire per mancanza di ossigeno. Ma anche se viene utilizzato un sistema alternativo di fornitura di ossigeno (come la decomposizione dell'anidride carbonica dall'atmosfera marziana), l'acqua sarebbe necessaria per produrre carburante e bere. Tale apparecchiatura vitale dovrebbe essere testata nell'ambiente di Marte, permettendo di identificare i difetti prima che la vita delle persone si basi su di essa.

9Mars Suits

L'ambiente di Marte presenta alcune sfide interessanti, con molti pericoli che potrebbero non uccidere i colonizzatori subito, ma potrebbero causare gravi problemi di salute lungo la strada. Pertanto, esplorare Marte richiederebbe tute speciali anche più avanzate delle tute spaziali attuali.

Per i principianti, Marte è spesso immerso in radiazioni mortali nello spazio. Sulla Terra, siamo protetti da questi raggi cosmici dall'atmosfera e da un campo magnetico noto come la magnetosfera. Le astronavi in ​​orbita come la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) sono all'interno della magnetosfera, quindi solo pochi astronauti hanno rischiato la piena esposizione alle radiazioni spaziali in brevi missioni oltre l'orbita terrestre bassa. Un viaggio su Marte richiederebbe molto più tempo, rendendo vitale la schermatura delle radiazioni.

Questo è particolarmente difficile per i semi di Marte, che devono essere abbastanza leggeri da indossare e allo stesso tempo fornire una protezione adeguata. Un candidato potrebbe essere nanotubi di nitruro di boro idrogenato (BNNT). Originariamente sviluppati per schermare i veicoli spaziali, i ricercatori hanno effettivamente trasformato i BNNT in filati, che potrebbero essere mescolati al tessuto delle tute spaziali per fornire protezione dalle radiazioni.

Un altro problema è che il corpo umano tende ad abbattere senza la pressione della gravità terrestre. Gli astronauti della ISS soffrono di atrofia muscolare e possono perdere fino al 2% della massa ossea al mese. Sulla ISS questo è gestibile attraverso l'esercizio, ma per missioni a lungo termine su Marte, i ricercatori del MIT hanno sviluppato la Skinsuit Gravity Loading Countermeasure, che imita gli effetti della gravità terrestre schiacciando delicatamente il corpo. La tuta è attillata, permettendole di essere indossata sotto tute spaziali più grandi all'esterno di una nave spaziale o sulla superficie di Marte.

8Spaceships

Inutile dire che mettere una persona su Marte sarà molto più difficile che atterrare un rover senza pilota come Curiosity. Finora, abbiamo gestito solo una manciata di brevi missioni con equipaggio sulla Luna, che è circa 200 volte più vicino alla Terra di quanto lo sia Marte.

Ma la NASA sta sognando in grande con la capsula spaziale Orion. Progettato pensando a una missione su Marte, Orion si spera possa essere in grado di viaggiare nello spazio a lungo termine, portando fino a quattro astronauti in un viaggio da sei a nove mesi su Marte.

Tuttavia, la missione di Orione su Marte non avverrà almeno fino agli anni '30. Innanzitutto, la NASA intende testarlo con missioni sulla Luna e almeno un asteroide. L'agenzia sta inoltre sviluppando un nuovo enorme razzo chiamato Space Launch System per promuovere Orion. I primi test con equipaggio sono programmati provvisoriamente per il 2021, anche se ora sembra probabile che saranno rimandati almeno fino al 2023.

Nel frattempo, Orion ha fatto il suo primo volo senza pilota a dicembre 2014. La missione è stata progettata per testare la capsula e raccogliere informazioni sugli effetti delle radiazioni. Al momento, le radiazioni dai raggi cosmici galattici impedirebbero agli esseri umani di trascorrere più di 150 giorni al di fuori dell'orbita terrestre bassa. Una missione su Marte e ritorno richiederebbe molto più tempo di così, quindi sviluppare uno scudo anti radiazioni efficace per Orione sarà fondamentale.

7Fuel

Al momento, Orion è un veicolo spaziale relativamente piccolo, ma mantenere gli astronauti vivi e sani nel viaggio di lungo termine verso Marte richiederà l'aggiunta di un "modulo di habitat" molto più grande. Avviare una navicella spaziale così grande fino a Marte richiederebbe un'enorme quantità di carburante Il carburante stesso aumenterebbe il peso dello shuttle, limitando lo spazio per gli strumenti e richiedendo uno sforzo ancora maggiore per uscire dall'atmosfera terrestre.

Una soluzione sarebbe trovare un tipo più efficiente di carburante. Al momento, la maggior parte dei veicoli spaziali sono alimentati da un sistema di propulsione chimica. Tuttavia, la NASA sta lavorando su un tipo di sistema di propulsione noto come propulsione elettrica solare (SEP). Questo sfrutta l'energia del Sole e la usa per accelerare gli atomi di xenon in un pennacchio di scarico che spinge in avanti la navicella. Questo sistema sarebbe molto più leggero di qualsiasi motore di propulsione chimica.

Tuttavia, c'è un problema. Al momento, gli array solari non riescono a raccogliere energia sufficiente per i motori SEP per fornire la stessa spinta dei motori chimici, il che significa che un veicolo con motore SEP impiegherebbe più tempo per raggiungere Marte.Questo è un grosso problema per una missione con equipaggio, dal momento che stiamo già lottando per mantenere gli astronauti vivi e sani per i sei mesi che occorrerebbero per raggiungere Marte.

Di conseguenza, alcuni esperti hanno suggerito che i motori SEP a basso consumo di carburante dovrebbero essere utilizzati per trasportare materiali e attrezzature su Marte. Una volta che i rifornimenti pesanti sono atterrati in modo sicuro, gli astronauti potrebbero compiere un viaggio più veloce su un veicolo spaziale a propulsione chimica, progettato per portarli lì in modo sicuro e veloce.

6 Equipaggiamento

Anche se avessimo una nave che potesse trasportare esseri umani e rifornimenti su Marte, c'è ancora un problema intrattabile: non abbiamo la tecnologia per atterrare in sicurezza. Possiamo atterrare veicoli spaziali sulla Luna, dove non c'è sostanzialmente atmosfera. E possiamo facilmente atterrare sulla Terra, che ha un'atmosfera molto più spessa di Marte. Ma la sottile atmosfera del pianeta rosso presenta sfide uniche che rendono l'atterraggio anche di sonde robotiche leggere un'enorme lotta. Al momento non esiste alcun metodo per atterrare in sicurezza una nave abbastanza grande da trasportare esseri umani.

La NASA è al lavoro sul problema e sta attualmente testando una combinazione di un enorme paracadute supersonico e un freno ad aria a forma di ciambella. Un test nel 2015 non è stato un successo, con il paracadute squarciato dopo aver fallito il gonfiaggio. Tuttavia, il test ha fornito dati preziosi, che la NASA intende usare per migliorare il design. Poiché la missione della NASA su Marte è programmata provvisoriamente per il 2030, hanno tutto il tempo di lavorare sul problema.

Nel frattempo, il controverso progetto Mars One, che spera di stabilire una colonia privata su Marte, prevede di utilizzare una navicella spaziale che si rallenta usando razzi e senza paracadute. Questo non è mai stato fatto prima, e gli esperti hanno descritto il progetto Mars One in generale come "folle".

5 pollici verdi

Nel recente adattamento cinematografico di Il marziano, Il personaggio di Matt Damon, Mark Watney, è ritratto come un botanico geniale, in grado di coltivare patate nel terreno rosso di Marte. Nella vita reale, l'equivalente più vicino di Waten è Bruce Bugbee, lo scienziato della Utah State University dietro la lattuga che la NASA ha recentemente sviluppato sulla ISS. Secondo Bugbee, Il marzianoI concetti di base erano corretti, ma il film sottovalutava la difficoltà di coltivare piante su Marte.

Per cominciare, Marte riceve solo il 60 percento della luce solare terrestre. E l'habitat protetto da radiazioni di Watney avrebbe bloccato ancora più luce. Nella vita reale, dice Bugbee, una fattoria su Marte avrebbe bisogno di una fonte di luce artificiale o di un sistema di specchi e fibre ottiche per concentrare la luce solare che Marte riceve.

Bugbee dice anche che sarebbe estremamente difficile coltivare piante nel suolo marziano. Opportunamente, il pianeta rosso è in realtà piuttosto arrugginito, in quanto il suolo è pieno di ossidi di ferro. Questo terreno ossidato non è l'ideale per la vita vegetale, quindi i colonizzatori marziani avrebbero bisogno di coltivare le loro colture in un sistema di coltura idroponica, oppure trattare il suolo per rimuovere gli ossidi di ferro e aumentare la fertilità.

Ma grazie al lavoro di Bugbee e altri, i futuri marziani dovrebbero essere equipaggiati con tutto ciò di cui hanno bisogno per far crescere piante commestibili durante il viaggio su Marte e sul pianeta stesso. Solo pochi mesi fa, l'astronauta Scott Kelly è diventata la prima persona ad assaggiare la lattuga coltivata nello spazio. Apparentemente, era delizioso.

4Builder-Bot

Non possiamo semplicemente scaricare persone su Marte senza infrastrutture e aspettarci che costruiscano tutto ciò di cui hanno bisogno da soli. Tutti i piani di colonizzazione realistici prevedono innanzitutto l'invio di navi senza equipaggio cariche di rifornimenti, insieme a robot per svolgere il lavoro di preparazione prima che gli umani possano arrivare. Ad esempio, i robot potevano costruire habitat vivibili e iniziare a estrarre l'acqua dal terreno molto prima che il primo essere umano mettesse piede sul suolo rosso marziano. Il problema è che non abbiamo ancora costruito questi robot builder, e i robot che possiamo attualmente costruire sono abbastanza limitati in quello che possono ottenere su Marte.

Al momento, la NASA sta lavorando in collaborazione con due università su un robot umanoide soprannominato R5. Tuttavia, alcuni si sono chiesti se un robot bipede è il modo migliore per andare, sostenendo che quattro zampe o preferibilmente pedate di pneumatici sarebbero più resistenti. Gli scettici dei robot hanno anche obiettato di non esercitare troppa pressione sui nostri meccanici. Invece, sostengono che dovremmo fare il maggior numero possibile di lavoro sulla Terra. Ad esempio, potrebbero essere allestiti ripari gonfiabili prefabbricati, risparmiandoci la fatica di creare un robot per costruire il rifugio dalle materie prime. Ciò lascerebbe liberi i bot di concentrarsi su compiti semplici che non avrebbero bisogno di abilità di problem-solving o controllo motorio.

3Homes

Chiaramente, un passo fondamentale per colonizzare Marte sarà la progettazione di habitat specializzati per i coloni. Questi habitat dovranno essere pressurizzati a livelli vicini alla Terra. Dovranno inoltre proteggersi da tempeste di polvere, radiazioni e condizioni meteorologiche rigide. E avranno bisogno di essere casalinghi, dal momento che i futuri coloni marziani probabilmente passeranno molto tempo al chiuso.

E la vita su Marte porrà sfide ancora più inaspettate. Ad esempio, sembra intuitivo che i coloni marziani coltivino piante commestibili nei loro habitat. Il problema è che le piante producono ossigeno, che si accumulerebbe in un ambiente sigillato fino a quando l'aria diventerebbe tossica per gli esseri umani o tutto scoppierà in fiamme. Ed è difficile sfogare l'ossigeno in eccesso senza perdere anche l'azoto prezioso, una componente vitale dell'atmosfera. Quindi, prima che siano possibili allevamenti spaziali, gli ingegneri dovranno sviluppare un sistema robusto per rimuovere l'eccesso di ossigeno in condizioni marziane.

In fin dei conti, è troppo presto per dire come potrebbe sembrare una casa su Marte. Ma alcune delle possibilità sono mozzafiato. Nel 2015, la NASA ha tenuto un concorso per progettare un habitat marziano. L'ingresso vincente fu uno dei pochi a ignorare la terra rossa del pianeta.Invece, i progettisti hanno usato una risorsa ugualmente abbondante, proponendo una torreggiante struttura triangolare costruita interamente in ghiaccio marziano.

2 reparti della maternità

In generale, agli astronauti è proibito avere rapporti sessuali durante una missione. Ma se invii gruppi di persone su Marte per il resto della loro vita, è difficile immaginarli tutti permanentemente celibi. E con il sesso su Marte arriva la possibilità di una gravidanza su Marte. Questo è un territorio completamente inesplorato ed è probabile che debbano essere adottate precauzioni speciali per garantire la sicurezza della madre e del bambino.

Il grosso problema, come al solito, è la radiazione. Il DNA che controlla lo sviluppo dell'embrione è estremamente suscettibile al danno da radiazioni. Di conseguenza, un bambino concepito durante il viaggio su Marte sarebbe quasi certamente sterile e correrebbe un alto rischio di ritardo mentale o difetti alla nascita. Su Marte stesso, la situazione sarebbe più gestibile, ma sarebbe certamente necessario prendere ulteriori precauzioni per proteggere le future madri dalle radiazioni. È stato persino suggerito che i coloni stabilissero un habitat in un cratere sulla luna marziana Phobos, dove alcune pareti del cratere bloccano il 90% delle radiazioni cosmiche.

È anche chiaro che un bambino cresciuto su Marte potrebbe svilupparsi in modi diversi da quello che si è sviluppato sulla Terra. In uno dei pochi esperimenti sull'argomento, i topi incinta sono stati inviati nello spazio e poi sono tornati sulla Terra per partorire. I nuovi ratti del bambino non avevano il senso giusto su e giù a causa del loro sviluppo a gravità zero. Ma l'effetto svanì dopo pochi giorni, dimostrando che i neonati spaziali possono adattarsi alla gravità normale.

Detto ciò, la gravidanza spaziale potrebbe non essere un problema così pressante dopo tutto. Il ricercatore Joe Tash ha suggerito che lunghi periodi trascorsi a bassa gravità potrebbero danneggiare gravemente i sistemi riproduttivi sia maschili che femminili. Se questo è il caso, un lungo viaggio su Marte renderebbe i primi marziani "compromessi in modo riproduttivo".

1A Way Home

Il progetto Mars One propone di inviare i coloni in un viaggio di sola andata su Marte, senza piani per un ritorno sulla Terra. Il che probabilmente è il migliore, dal momento che un rapporto del MIT prevede che i coloni di Mars One moriranno quasi immediatamente. E mentre comprare un biglietto di sola andata su Marte potrebbe sembrare romantico, intrappolare le persone nello spazio probabilmente non è il modo migliore per colonizzare il sistema solare.

Fortunatamente, la NASA prevede che la missione su Marte includa un viaggio di ritorno. Certo, questo presenta una grande sfida tecnica. Inaspettatamente, il viaggio di ritorno sulla Terra è la parte relativamente facile: un'astronave chiamata Earth Return Vehicle rimarrà in orbita attorno a Marte fino a quando non sarà il momento di trasportare gli astronauti a casa. La difficoltà sta nel portare gli astronauti al veicolo di ritorno della Terra. Spingere l'atmosfera marziana e entrare in orbita richiede un'enorme quantità di propellente, che richiederebbe anni per produrre.

La soluzione della NASA è una navicella spaziale conosciuta come Mars Ascent Vehicle (MAV), che verrà inviata su Marte anni prima degli astronauti. Una volta atterrato, il MAV inizierà automaticamente ad estrarre il biossido di carbonio dall'atmosfera e convertirlo in carburante. Ci vorranno probabilmente circa due anni perché il MAV riempia i suoi serbatoi di carburante, e gli astronauti non lasceranno la Terra finché la NASA non avrà ricevuto la conferma che è stato prodotto abbastanza carburante per riportarli a casa. Di conseguenza, il MAV deve essere abbastanza resistente per sopravvivere nell'inospitale paesaggio marziano fino a quattro anni. La NASA si aspetta che sia l'oggetto più pesante di cui avranno bisogno per atterrare su Marte perché la missione abbia successo. Ma ne varrà la pena assicurarsi che i primi marziani tornino a casa.