QUANTO TEMPO CI VUOLE PER ARRIVARE SU MARTE?

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Questo articolo è stato originariamente pubblicato su Space Magazine a luglio 2012, ma è stato aggiornato con un video correlato.

Il pianeta Marte è uno degli oggetti più luminosi nel cielo notturno, facilmente visibile ad occhio nudo come una stella rossa brillante. Ogni due anni circa, Marte e la Terra raggiungono il punto più vicino, chiamato "opposizione", quando Marte può trovarsi a 55.000.000 km dalla Terra. E ogni due anni, le agenzie spaziali sfruttano questo allineamento orbitale per inviare veicoli spaziali al Pianeta Rosso. Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte?

Il tempo di viaggio totale dalla Terra a Marte dura tra 150 e 300 giorni, a seconda della velocità del lancio, dell'allineamento di Terra e Marte e della durata del viaggio che il veicolo spaziale impiega per raggiungere il suo obiettivo. Dipende solo da quanto carburante sei disposto a bruciare per arrivarci. Più carburante, tempo di percorrenza più breve.

Storia di andare su Marte:

Il primo veicolo spaziale in assoluto a compiere il viaggio dalla Terra a Marte fu il Mariner 4 della NASA, lanciato il 28 novembre 1964 e arrivato su Marte il 14 luglio 1965, scattando con successo una serie di 21 fotografie. Il tempo di volo totale di Mariner 4 è stato di 228 giorni.

La successiva missione di successo su Marte fu Mariner 6, che esplose il 25 febbraio 1969 e raggiunse il pianeta il 31 luglio 1969; un tempo di volo di soli 156 giorni. Il riuscito Mariner 7 ha richiesto solo 131 giorni per compiere il viaggio.

Mariner 9, il primo veicolo spaziale ad andare in orbita attorno a Marte, fu lanciato il 30 maggio 1971 e arrivò il 13 novembre 1971 per una durata di 167 giorni. Questo è lo stesso modello che ha resistito per quasi 50 anni di esplorazione su Marte: circa 150-300 giorni.

Ecco alcuni altri esempi:

Viking 1 (1976) - 335 giorni
Viking 2 (1976) - 360 giorni
Mars Reconnaissance Orbiter (2006) - 210 giorni
Phoenix Lander (2008) - 295 giorni
Curiosity Lander (2012) - 253 giorni

Perchè ci vuole così tanto tempo?:

Se si considera il fatto che Marte è a soli 55 milioni di km di distanza e che i veicoli spaziali viaggiano oltre i 20.000 km / ora, ci si aspetterebbe che il veicolo spaziale effettui il viaggio in circa 115 giorni, ma impiega molto più tempo. Questo perché sia la Terra che Marte stanno orbitando attorno al Sole. Non puoi puntare direttamente su Marte e iniziare a lanciare i tuoi razzi, perché quando sarai arrivato lì, Marte si sarebbe già mosso. Invece, i veicoli spaziali lanciati dalla Terra devono essere puntati su dove Marte lo sarà.

L'altro vincolo è il carburante. Ancora una volta, se avessi una quantità illimitata di carburante, punteresti la tua navicella spaziale su Marte, spari i tuoi razzi fino a metà del viaggio, quindi ti giri e deceleri per l'ultima metà del viaggio. Potresti ridurre il tempo di viaggio a una frazione della tariffa attuale, ma ti servirà una quantità impossibile di carburante.

Come arrivare su Marte con la minima quantità di carburante:

La preoccupazione principale degli ingegneri è come portare un veicolo spaziale su Marte, con la minima quantità di carburante. Ai robot non interessa davvero l'ambiente ostile dello spazio, quindi ha senso ridurre il più possibile i costi di lancio del razzo.

Gli ingegneri della NASA usano un metodo di viaggio chiamato Orbita di trasferimento di Hohmann - o Orbita di trasferimento di energia minima - per inviare un veicolo spaziale dalla Terra a Marte con la minima quantità di carburante possibile. La tecnica fu proposta per la prima volta da Walter Hohmann che pubblicò la prima descrizione della manovra nel 1925.

Invece di puntare il tuo razzo direttamente su Marte, aumenti l'orbita del tuo veicolo spaziale in modo che segua un'orbita più grande attorno al Sole rispetto alla Terra. Alla fine quell'orbita si intersecherà con l'orbita di Marte - nel momento esatto in cui anche Marte è lì.

Se devi lanciare con meno carburante, ti basta un po 'più di tempo per alzare l'orbita e aumentare il viaggio su Marte.

Altre idee per ridurre il tempo di viaggio su Marte:

Anche se richiede un po 'di pazienza per aspettare che un veicolo spaziale viaggi per 250 giorni per raggiungere Marte, potremmo volere un metodo di propulsione completamente diverso se stiamo inviando umani. Lo spazio è un luogo ostile e le radiazioni dello spazio interplanetario potrebbero rappresentare un rischio a lungo termine per la salute degli astronauti umani. I raggi cosmici di fondo provocano una raffica costante di radiazioni che inducono il cancro, ma c'è un rischio maggiore di enormi tempeste solari, che potrebbero uccidere gli astronauti non protetti in poche ore. Se puoi ridurre il tempo di viaggio, riduci la quantità di tempo in cui gli astronauti vengono colpiti dalle radiazioni e minimizzi la quantità di rifornimenti che devono trasportare per un viaggio di ritorno.

Vai nucleare:
Un'idea è razzi nucleari, che riscalda un fluido di lavoro - come l'idrogeno - a temperature intense in un reattore nucleare, e poi lo fa esplodere ad alta velocità per creare una spinta. Poiché i combustibili nucleari sono molto più densi di energia rispetto ai razzi chimici, è possibile ottenere una maggiore velocità di spinta con meno carburante. Si propone che un razzo nucleare possa ridurre il tempo di viaggio fino a circa 7 mesi

Diventa magnetico:
Un'altra proposta è una tecnologia chiamata Magnetoplasma a razzo a impulso specifico variabile (o VASIMR). Questo è un propulsore elettromagnetico che utilizza onde radio per ionizzare e riscaldare un propellente. Questo crea un gas ionizzato chiamato plasma che può essere espulso magneticamente dalla parte posteriore del veicolo spaziale ad alta velocità. L'ex astronauta Franklin Chang-Diaz è pioniere nello sviluppo di questa tecnologia e si prevede che un prototipo verrà installato sulla Stazione Spaziale Internazionale per aiutarla a mantenere la sua altitudine sopra la Terra. In una missione su Marte, un razzo VASIMR potrebbe ridurre il tempo di viaggio fino a 5 mesi.

Vai antimateria:
Forse una delle proposte più estreme sarebbe quella di utilizzare un razzo antimateria. Creato negli acceleratori di particelle, l'antimateria è il carburante più denso che potresti mai usare. Quando gli atomi della materia incontrano gli atomi dell'antimateria, si trasformano in pura energia, come previsto dalla famosa equazione di Albert Einstein: E = mc². Sarebbero necessari solo 10 milligrammi di antimateria per spingere una missione umana su Marte in soli 45 giorni. Ma poi, produrre anche quella minuscola quantità di antimateria costerebbe circa $ 250 milioni.

Missioni future su Marte:

Anche se sono state proposte alcune incredibili tecnologie per abbreviare il tempo di viaggio su Marte, gli ingegneri useranno i metodi collaudati e veri per seguire le orbite minime di trasferimento di energia usando i razzi chimici. La missione MAVEN della NASA verrà lanciata nel 2013 con questa tecnica, così come le missioni ExoMars dell'ESA. Potrebbero passare alcuni decenni prima che altri metodi diventino tecniche comuni.

Ulteriore ricerca:
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Hohmann Transfer Orbits - Iowa State University
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Nave spaziale antimateria nuova e migliorata per le missioni su Marte - NASA
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Questo articolo è apparso originariamente su Space Magazine a luglio 2012, ma è stato aggiornato con un video correlato.