L'idea di esplorare e colonizzare Marte non è mai stata così viva come lo è oggi. Entro i prossimi due decenni, ci sono diversi piani per inviare missioni con equipaggio sul Pianeta Rosso e persino alcuni piani molto ambiziosi per iniziare a costruire un insediamento permanente lì. Nonostante l'entusiasmo, ci sono molte sfide significative che devono essere affrontate prima di poter tentare tali sforzi.
Queste sfide - che includono gli effetti della bassa gravità sul corpo umano, le radiazioni e il pedaggio psicologico di allontanarsi dalla Terra - diventano ancora più pronunciate quando si affrontano basi permanenti. Per ovviare a questo, l'ingegnere civile Marco Peroni offre una proposta per una base marziana modulare (e una navicella spaziale per consegnarla) che consentirebbe la colonizzazione di Marte proteggendo i suoi abitanti con la protezione dalle radiazioni artificiali.
Peroni ha presentato questa proposta all'American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) SPACE e Astronautics Forum and Exposition, tenutosi dal 17 al 19 settembre a Orlando, in Florida. La presentazione è stata una delle tante che hanno avuto luogo mercoledì 19 settembre, il tema di cui "Mars Mission Architectures".
Per dirla semplicemente, l'idea di colonizzare Marte (o ovunque nel Sistema Solare) presenta molte sfide, sia fisiche che psicologiche. Nel caso del Pianeta Rosso, questi includono la sua atmosfera sottile e irrespirabile, il suo ambiente molto freddo e il fatto che non ha campo magnetico. È questo ultimo elemento che è particolarmente impegnativo poiché i futuri coloni dovranno essere protetti da una notevole quantità di radiazioni.
In breve, la quantità media di radiazioni a cui un essere umano è esposto sulla Terra raggiunge circa 3,6 milliSievert (mSv) all'anno, grazie all'atmosfera densa della Terra e al campo magnetico protettivo. Naturalmente, ciò significa che gli astronauti e le persone che si avventurano oltre la Terra sono esposti a quantità drasticamente più elevate di radiazione solare e cosmica.
Per garantire la salute e la sicurezza degli astronauti, la NASA ha stabilito un limite superiore di 500 mSv all'anno o da 2000 a 4000 mSv (a seconda dell'età e del genere) nel corso della vita di un astronauta. Tuttavia, Peroni stima che, a seconda di quanto tempo trascorrono al chiuso, la quantità media di radiazioni a cui un colono marziano sarebbe esposto sarebbe di circa 740 mSv all'anno. Come Peroni ha spiegato a Space Magazine via e-mail:
“La quantità di materiale per un'efficace schermatura potrebbe quindi andare ben oltre ciò che è praticabile per la maggior parte delle applicazioni aerospaziali. Le pareti in alluminio della ISS, ad esempio, hanno uno spessore di circa 7 mm e sono efficaci in LEO, ma è improbabile che tali schermi siano sufficienti nello spazio interplanetario, dove potrebbero persino aumentare la dose assorbita se non sostanzialmente addensati. "
Per far fronte a questa minaccia, precedenti proposte avevano raccomandato di costruire basi con spessi strati di suolo marziano - in alcuni casi, basandosi sulla sinterizzazione e sulla stampa 3D per modellare una dura parete esterna in ceramica - e rifugi di emergenza in caso di tempeste solari. Altre proposte hanno suggerito di costruire basi in tubi di lava stabili per fornire una schermatura naturale. Ma, come indicato da Peroni, questi presentano la loro parte di pericoli.
Questi includono la quantità di materiale necessario per creare pareti protettive efficaci e la minaccia di claustrofobia. Come ha spiegato:
“Uno studio della NASA ha scoperto che una grande stazione spaziale o habitat ha richiesto una schermatura di 4 t / m2 di regolite marziana (considerando che la sua densità è compresa tra 1.000 kg / m3 in superficie a 2.000 kg / m3 a una profondità di alcuni cm, ciò corrisponde a uno spessore di 2 m, o inferiore se il materiale viene compattato [mediante sinterizzazione mediante laser], per ottenere una dose effettiva di 2,5 mSv / a ...
"Un rifugio sotterraneo può essere utilizzato anche come zona notte e per tutte quelle attività in cui non è necessario guardare all'esterno (come guardare video o divertirsi con altri spettacoli), ma vivere sempre in strutture sotterranee può mettere a rischio la salute psicologica dei coloni (claustrofobia), diminuendo anche la loro capacità di valutare le distanze fuori dall'avamposto (difficoltà nell'esecuzione di compiti EVA) e può essere particolarmente negativo nel caso in cui una delle attività dell'avamposto sia il turismo spaziale. Un altro problema è la costruzione di serre, che dovrebbero consentire alla luce del sole di entrare per alimentare i meccanismi biologici delle piante ".
In alternativa, Peroni suggerisce un progetto per una base che fornirebbe la propria schermatura massimizzando l'accesso al paesaggio marziano. Questa base verrebbe trasportata su Marte a bordo di una nave con un nucleo a forma di sfera (che misura circa 300 metri (984 piedi) di diametro) attorno al quale sarebbero disposti i moduli base esagonali. In alternativa, Peroni e i suoi colleghi raccomandano di creare un nucleo cilindrico per ospitare i moduli.
Questa astronave trasporterebbe i moduli e gli abitanti dalla Terra (o orbita cis-lunare) e sarebbe protetta dallo stesso tipo di scudo magnetico artificiale usato per proteggere la colonia. Ciò sarebbe generato da una serie di cavi elettrici che avvolgono la struttura della nave. Durante il viaggio, l'astronave ruoterebbe anche attorno al suo asse centrale ad una velocità di 1,5 giri al minuto al fine di generare una forza di gravità di circa 0,8 g.
Ciò garantirebbe che gli astronauti siano arrivati in orbita attorno a Marte senza aver sofferto degli effetti degenerativi dell'esposizione alla microgravità, che includono perdita di densità muscolare e ossea, vista compromessa, diminuzione del sistema immunitario e funzione degli organi. Come spiegò Peroni:
“Al confine della“ sfera mobile ”ci saranno i sistemi di propulsione necessari sia per il viaggio che per la rotazione contemporanea della nave spaziale, al fine di generare gravità artificiale durante il viaggio di andata e ritorno. Questi veicoli spaziali sono stati sviluppati per integrare meglio gli elementi portanti della nave con la struttura dei moduli. La struttura portante della sfera, che costituisce il corpo della nave, è formata da una diagride esagonale e pentagonale e quindi è più facile collegare e aggregare i moduli, che hanno forme simili. "
Una volta in orbita marziana, la sfera della nave avrebbe smesso di ruotare per consentire a ciascun elemento di staccarsi e iniziare a scendere sulla superficie marziana, usando un sistema di paracadute, propulsori e resistenza dell'aria per rallentare e atterrare. Ogni modulo sarebbe dotato di quattro gambe motorizzate che consentirebbero loro di muoversi sulla superficie e connettersi con gli altri moduli abitativi una volta arrivati.
A poco a poco, i moduli si sistemerebbero in una configurazione sferica sotto un apparato a forma di toroide. Proprio come quello che protegge l'astronave, questo apparato sarebbe realizzato con cavi elettrici ad alta tensione che generano un campo elettromagnetico per proteggere i moduli dalle radiazioni cosmiche e solari. Un veicolo spaziale (come il BFR proposto da SpaceX) potrebbe anche discostarsi dal nucleo centrale della nave, trasportando i futuri coloni sul pianeta.
Per determinare l'efficacia del loro concetto, Peroni e i suoi colleghi hanno condotto calcoli numerici ed esperimenti di laboratorio usando un modello in scala (mostrato sotto). Da questo, hanno determinato che l'apparato era in grado di generare un campo magnetico esterno di 4/5 Tesla, che è abbastanza per mantenere gli abitanti al sicuro dai dannosi raggi cosmici.
Allo stesso tempo, l'apparato generava un campo magnetico quasi nullo all'interno dell'apparato, il che significa che non avrebbe esposto gli abitanti a nessuna radiazione elettromagnetica - e quindi non presenta alcun pericolo per loro. Ogni modulo, secondo la proposta di Peroni, sarebbe di forma esagonale, misurerebbe 20 m di diametro e avrebbe abbastanza spazio verticale all'interno per costituire uno spazio abitabile.
Ciascuno dei moduli si eleverebbe a circa 5 m (16,5 piedi) dal suolo (usando le gambe motorizzate) per consentire al vento marziano di defluire durante le tempeste di sabbia e impedire l'accumulo di sabbia attorno ai moduli. Ciò garantirebbe che la vista dall'interno dei moduli, un componente chiave del progetto di Peroni, non fosse ostruita.
In effetti, la proposta di Peroni prevede che la base sia aperta il più possibile al paesaggio circostante attraverso finestre e volte a cielo, il che consentirebbe agli abitanti di sentirsi più strettamente connessi all'ambiente e prevenire sentimenti di isolamento e claustrofobia. Ogni modulo peserebbe circa 40-50 tonnellate (44-55 tonnellate USA) sulla Terra - il che equivale a 15-19 tonnellate (16,5-21 tonnellate USA) in gravità marziana.
Parte del peso iniziale includerebbe il carburante necessario per la discesa, che verrebbe liberato durante la discesa e significherebbe che gli habitat erano ancora più leggeri una volta raggiunta la superficie di Marte. Come con progetti simili, ogni modulo sarebbe differenziato in base alla loro funzione, con alcuni che servivano da quartieri per dormire e altri da strutture ricreative, spazi verdi, laboratori, officine, strutture per il riciclaggio dell'acqua e servizi igienico-sanitari, ecc.
Il tocco finale sarà la costruzione di un "asse tecnologico", un tunnel calpestabile costruito sopra il terreno dove sarebbero posizionate batterie, pannelli fotovoltaici e piccoli reattori nucleari. Ciò consentirebbe di soddisfare le notevoli esigenze elettriche della base, tra cui l'energia necessaria per mantenere il campo magnetico. Altri elementi potrebbero includere garage e magazzini per veicoli di esplorazione, nonché un osservatorio astronomico.
Questa proposta è simile per molti aspetti al concetto di solenoide basato sulla Luna che Peroni ha presentato almeno un anno il Forum e l'Esposizione sullo Spazio e l'Astronautica dell'AIAA. In questa occasione, Peroni propose di costruire una base lunare costituita da cupole trasparenti che sarebbero state racchiuse all'interno di una struttura a forma di toroide costituita da cavi ad alta tensione.
In entrambi i casi, gli habitat proposti mirano a garantire i bisogni dei loro abitanti, che comprendono non solo la loro sicurezza fisica ma anche il loro benessere psicologico. Guardando al futuro, Peroni spera che le sue proposte favoriranno ulteriori discussioni e ricerche sulle particolari sfide della costruzione di basi fuori dal mondo. Spera anche di vedere concetti più innovativi progettati per affrontarli.
“Questa ricerca preliminare può incoraggiare [il] futuro sviluppo di queste teorie e uno studio più approfondito su temi e argomenti trattati in questo contributo, che, perché no, in futuro [permetterà] agli umani di realizzare il sogno di vivere su Marte a lungo periodi senza essere chiusi sotto gabbie di metalli pesanti o caverne di roccia scura ", ha detto.
È chiaro che qualsiasi insediamento costruito sulla Luna, su Marte o oltre in futuro dovrà essere ampiamente autosufficiente, producendo il proprio cibo, acqua e materiali da costruzione in loco. Allo stesso tempo, questo processo e l'atto della vita quotidiana dipenderanno fortemente dalla tecnologia. Nelle prossime generazioni, è probabile che Marte sia il terreno di prova in cui i nostri metodi per vivere su un altro pianeta vengono testati e controllati.
Prima di iniziare a inviare umani sul Pianeta Rosso, dobbiamo assicurarci di presentare i nostri metodi migliori. E assicurati di dare un'occhiata a questo video della base del modulo che viene distribuita su Marte dallo spazio, per gentile concessione di Marco Peroni Ingegneria:
