La NASA definisce la Luna come terreno di prova per le tecnologie di cui abbiamo bisogno per andare oltre nell’esplorazione dell’universo. Ma di cosa si sta parlando esattamente?
di Neel V. Patel
“Se Dio avesse voluto che l’uomo diventasse una specie che viaggiava nello spazio, avrebbe dato all’uomo una luna”. Il famoso ingegnere missilistico Krafft Ehricke pronunciò queste parole nel 1984. Voleva evidenziare come potremmo usare la Luna come trampolino di lancio per espandere la civiltà umana nel resto del sistema solare. Era passato più di un decennio dall’ultima missione Apollo sulla Luna, ed Ehricke era consapevole che la NASA e il resto del programma spaziale statunitense stava abbandonando l’idea di esplorare mondi più lontani come Marte e si stava concentrando invece sull’orbita terrestre.
L’America sta finalmente cercando un ritorno sulla Luna con Artemis, un obiettivo ambizioso (e assai improbabile) di inviare astronauti entro il 2024. Ma per la Casa Bianca e la NASA, la missione non riguarda solo il riportare gli umani sulla superficie lunare. La Luna è anche una base perfetta da cui stabilire un programma di follow-up per viaggiare su Marte. Per entrambe le destinazioni, l’obiettivo non è semplicemente piantare una bandiera e tornare sulla Terra, ma mantenere una presenza permanente affinché le persone possano vivere e lavorare.
“Stiamo tornando sulla Luna per nuove scoperte scientifiche, i vantaggi economici e l’ispirazione per una nuova generazione di esploratori”, ha detto il 21 settembre l’amministratore della NASA Jim Bridenstine mentre l’agenzia pubblicava i suoi ultimi piani per il programma Artemis. “Mentre creiamo una presenza sostenibile, stiamo anche dando impulso ai primi passi umani sul Pianeta Rosso”.
Ma l’agenzia non ha mai spiegato chiaramente come dovrebbe accadere. I progetti più importanti che dovrebbero abilitare Artemis, il razzo Space Launch System di nuova generazione e la capsula dell’equipaggio Orion, non sono ancora terminati. La maggior parte degli esperti concorda sul fatto che il programma è sottofinanziato. Il capo dell’esplorazione umana della NASA è stato sostituito tre volte solo nell’ultimo anno. L’agenzia non ha nemmeno scelto un lander lunare. Quindi, anche se arriviamo sulla Luna nel 2024 (per nulla scontato), come possiamo essere sicuri che ci sarà un insediamento su Marte?
“Il problema più grande che abbiamo in questo momento è che non sappiamo come vivere e lavorare in modo produttivo al di fuori del pianeta Terra”, afferma Clive Neal, geologo dell’Università di Notre Dame ed esperto di esplorazione lunare. “Non abbiamo idea di come fare”. Non abbiamo mai testato adeguatamente le tecnologie di cui avremmo bisogno per vivere e lavorare nello spazio per mesi o anni, in ambienti difficili con temperature molto più fredde, quantità molto più elevate di radiazioni, livelli di gravità più bassi e mancanza di ossigeno e acqua.
“Ma abbiamo un laboratorio nel nostro cortile in cui provare queste cose”, dice Neal. Lui e molti colleghi hanno recentemente scritto un nuovo rapporto pubblicato da Explore Mars, un gruppo che promuove l’esplorazione spaziale sostenibile. Il rapporto identifica dozzine di attività e tecnologie critiche per l’esplorazione di Marte che possono essere sviluppate e testate attraverso Artemis e i progetti di esplorazione lunare in corso.
Alcune cose essenziali per Marte saranno provate sulla Luna quasi immediatamente dopo il lancio di Artemis III (la missione con equipaggio pianificata per il 2024 sulla superficie lunare). Il supporto vitale è in cima alla lista. Gli esseri umani non hanno mai costruito habitat a lungo termine su un altro mondo prima d’ora. Anche se faremo tesoro di ciò che abbiamo imparato dalle missioni di lunga durata sulla Stazione Spaziale Internazionale, dovremo comunque assicurarci che una base lunare e una base su Marte possano fornire bisogni essenziali come cibo, acqua e riparo.
La creazione e il test di questi sistemi richiedono esperienza. “Penso che la cosa fondamentale sarà la presenza di più persone nell’ambiente lunare”, afferma Joe Cassady, direttore esecutivo per le operazioni spaziali presso Aerojet Rocketdyne e uno dei redattori principali del rapporto Explore Mars. Fin dall’inizio, avremo bisogno di una raccolta di esperienze e dati da una vasta gamma di astronauti diversi, attraverso missioni della durata di settimane o mesi. Queste esperienze determineranno il modo in cui gli ingegneri costruiscono habitat, tute spaziali e sistemi di trasporto di superficie adatti agli esseri umani.
Per garantire che questi habitat possano durare nel tempo, è necessario costruire qualcosa di sostenibile. Finestre di lancio per missioni su Marte (quando il pianeta è più vicino alla Terra), vale a dire ogni 26 mesi. Se il viaggio dura, diciamo, nove mesi, sarà necessario trascorrere un minimo di tre o quattro mesi su Marte prima che sia possibile iniziare a tornare a casa. Si dovranno utilizzare risorse locali”, afferma Neal. “Cercare di portare tutto quello che serve per mantenere gli astronauti al sicuro e in buona salute semplicemente non è una strada praticabile”.
Il ghiaccio sarà una risorsa vitale. Potrebbe fornire acqua e ossigeno per sostenere i sistemi di supporto vitale e potrebbe anche essere suddiviso in idrogeno e ossigeno da utilizzare come carburante per missili. E’ ipotizzabile anche un eventuale utilizzo comeschermatura contro le radiazioni spaziali e la protezione dai micrometeoriti per eventuali rifugi costruiti sulla Luna.
Sappiamo che c’è molta acqua ghiacciata su Marte. E siamo abbastanza sicuri che ci sia anche molta acqua ghiacciata sulla Luna, rendendolo un ambiente perfetto per testare le tecnologie di cui abbiamo bisogno per esplorare quelle riserve, estrarle, purificarle e trasformarle in qualcosa che può aiutare a mantenere attivo un insediamento. Queste tecnologie sarebbero molto simili in entrambi i casi. La Luna è un ambiente più estremo e “se funziona sulla Luna, funzionerà su Marte”, dice Neal.
La presenza di acqua ghiacciata rafforza in qualche modo l’argomento a favore di un sistema di propulsione di veicoli spaziali basato sull’idrogeno anziché sul metano (qualcosa che SpaceX sta perseguendo con i suoi motori Raptor). Il rapporto afferma che mentre l’idrogeno può essere prodotto localmente su entrambi i mondi, il metano può essere prodotto da risorse locali solo su Marte, dove un’atmosfera ricca di anidride carbonica rende disponibile una fonte di carbonio. “Qualsiasi produzione di metano sulla Luna richiederebbe il trasporto di una fonte di carbonio”, afferma il rapporto.
Il rapporto consiglia inoltre di utilizzare sistemi di alimentazione che non dipendono completamente dal Sole. Su Marte, con la sua maggiore distanza e l’atmosfera polverosa, gli array di energia solare avrebbero più problemi a trasformare la luce solare in energia. L’energia nucleare sembra essere l’approccio più ovvio. Non ci vorrebbe troppa energia per mantenere attivo un rifugio sulla Luna, ma ce ne vorrebbero enormi quantità per eseguire il tipo di operazioni minerarie necessarie per raccogliere e trattare il ghiaccio d’acqua.
Gli esperti del settore minerario hanno detto a Neal che lavoreranno alla ricerca di sistemi in grado di fornire potenza in termini di megawatt. Il solare, in questo caso, sarebbe più una fonte di alimentazione di backup su entrambi i mondi, piuttosto che una primaria. E ci sono pochi ambienti più sicuri per testare nuovi sistemi nucleari rispetto alla Luna, un ambiente disabitato e desolato.
La Luna è il posto migliore per simulare una missione su Marte, in particolare quando si tratta di Gateway, la stazione spaziale pianificata progettata per l’orbita lunare. Servirà essenzialmente come base di partenza per qualsiasi missione della NASA sulla superficie lunare (con equipaggio e robotica allo stesso modo), nonché per le missioni nello spazio profondo su Marte in seguito. I primi due elementi di Gateway (il modulo di potenza e propulsione e il modulo di abitazione) sono previsti per il lancio nel 2023.
Nel loro rapporto, Cassady i suoi colleghi hanno indicato che un approccio potrebbe essere quello di far rimanere un equipaggio sulla stazione spaziale lunare Gateway per 60-90 giorni, condurre una missione simulata su Marte sulla superficie lunare per 30 giorni e quindi ritornare su Gateway per 90 giorni prima di tornare a casa. Sarebbe una versione compressa di una missione su Marte, permettendo di simulare le mutevoli condizioni di microgravità che si devono affrontare in un viaggio del genere. La NASA arriva a dire del progetto Artemis che “il sistema operativo Gateway-to-surface può funzionare come una missione umana su Marte”.
Infine, un insediamento su Marte avrà problemi se non sviluppiamo sistemi autonomi che possono fare a meno di una stretta supervisione. Le comunicazioni Terra-Luna sono in tempo quasi reale, ma il ritardo nelle comunicazioni dalla Terra a Marte può arrivare fino a 22,4 minuti. “Se accade un disastro su Marte come quello successo con l’Apollo 13, non si dispone di un team di ingegneri sul terreno per diagnosticare e risolvere il problema in tempo reale”, afferma Casey Dreier, esperto di politica spaziale di Planetary Society.
La Luna è l’unico buon ambiente che abbiamo per testare e migliorare davvero i sistemi automatizzati che possono funzionare in modo affidabile senza un controllo umano immediato. C’è la preoccupazione che il programma spaziale statunitense possa essere messa in secondo piano dopo le elezioni di novembre, come è accaduto negli anni passati. Ma finora i democratici sembrano convinti sostenitori del piano.
Nella loro piattaforma elettorale del 2020 si dice: “Supportiamo il lavoro della NASA per riportare gli americani sulla Luna e andare oltre su Marte, facendo il passo successivo nell’esplorazione del nostro sistema solare”. Dreier sottolinea che lo sviluppo di Space Launch System e Orion sono quasi completi. Ci sono inoltre anche molti accordi internazionali per Gateway, con Europa, Giappone, Canada e forse Russia tutti pronti a svolgere un ruolo nel suo sviluppo. Invertire la rotta ora sarebbe estremamente difficile, anche se lo si volesse.
Tuttavia, nessuno di questi piani è scolpito nella pietra. Il nuovo schema di Artemis della NASA spiega meglio che mai come l’agenzia intende riportare gli esseri umani sulla Luna entro il 2024 ed è altrettanto chiaro su come intende soddisfare i benchmark tecnologici per una base lunare sostenibile per arrivare su Marte. Anche nel momento in cui le parole di Ehricke sono più vicine che mai alla realizzazione, ci vorrà comunque molta determinazione per saltare dalla Luna al Pianeta Rosso.
(rp)
