Questo articolo è apparso originariamente su Universe Today nel luglio 2012, ma è stato aggiornato con un video correlato.
Il pianeta Marte è uno degli oggetti più luminosi del cielo notturno, facilmente visibile ad occhio nudo come una stella rossa brillante. Ogni due anni circa, Marte e la Terra raggiungono il loro punto più vicino, chiamato “opposizione”, quando Marte può essere vicino fino a 55.000.000 km dalla Terra. E ogni due anni, le agenzie spaziali approfittano di questo allineamento orbitale per inviare veicoli spaziali sul pianeta rosso. Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte?
La durata totale del viaggio dalla Terra a Marte è di 150-300 giorni, a seconda della velocità di lancio, dell’allineamento tra la Terra e Marte e della lunghezza del viaggio che la navicella impiega per raggiungere il suo obiettivo. In realtà dipende solo da quanto carburante si è disposti a bruciare per arrivare lì. Più carburante, meno tempo di viaggio.
Storia dell’andare su Marte:
Il primo veicolo spaziale 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 totale di volo del Mariner 4 fu di 228 giorni.
La successiva missione di successo su Marte fu il Mariner 6, che partì il 25 febbraio 1969 e raggiunse il pianeta il 31 luglio 1969; un tempo di volo di soli 156 giorni. Il successo del Mariner 7 ha richiesto solo 131 giorni per compiere il viaggio.
Mariner 9, il primo veicolo spaziale a entrare con successo in orbita intorno a Marte è stato lanciato il 30 maggio 1971, ed è arrivato il 13 novembre 1971 per una durata di 167 giorni. Questo è lo stesso schema che ha retto per più di quasi 50 anni di esplorazione di Marte: circa 150-300 giorni.
Ecco 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
Perché ci vuole così tanto?
Se si considera il fatto che Marte è a soli 55 milioni di km di distanza, e le navicelle viaggiano a più di 20.000 km/ora, ci si aspetterebbe che la navicella faccia il viaggio in circa 115 giorni, ma ci vuole molto più tempo. Questo perché sia la Terra che Marte orbitano intorno al Sole. Non si può puntare direttamente su Marte e iniziare a sparare i razzi, perché nel momento in cui si arriva lì, Marte si sarebbe già mosso. Invece, i veicoli spaziali lanciati dalla Terra devono essere puntati nel punto in cui Marte si troverà.
L’altro vincolo è il carburante. Di nuovo, se si avesse una quantità illimitata di carburante, si punterebbe la navicella verso Marte, si sparerebbero i razzi fino a metà del viaggio, poi si tornerebbe indietro e si decelererebbe per l’ultima metà del viaggio. Si potrebbe ridurre il tempo di viaggio a una frazione della velocità attuale, ma si avrebbe bisogno di una quantità impossibile di carburante.
Come arrivare su Marte con la minor quantità di carburante:
La preoccupazione principale degli ingegneri è come portare una navicella su Marte con la minor quantità di carburante. I robot non si preoccupano molto dell’ambiente ostile dello spazio, quindi ha senso diminuire il più possibile i costi di lancio del razzo.
Gli ingegneri della NASA usano un metodo di viaggio chiamato Hohmann Transfer Orbit – o Minimum Energy Transfer Orbit – per inviare un veicolo spaziale dalla Terra a Marte con la minor quantità di carburante possibile. La tecnica è stata proposta per la prima volta da Walter Hohmann, che ha pubblicato la prima descrizione della manovra nel 1925.
Invece di puntare il razzo direttamente su Marte, si aumenta l’orbita del veicolo spaziale in modo che segua un’orbita più grande intorno al Sole rispetto alla Terra. Alla fine quell’orbita intersecherà l’orbita di Marte – nel momento esatto in cui anche Marte è lì.
Se hai bisogno di lanciare con meno carburante, basta impiegare più tempo per aumentare la tua orbita, e aumentare il viaggio verso Marte.
Altre idee per diminuire il tempo di viaggio verso Marte:
Anche se ci vuole un po’ di pazienza per aspettare che una navicella viaggi per 250 giorni per raggiungere Marte, potremmo volere un metodo di propulsione completamente diverso se stiamo mandando degli 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 infliggono una costante raffica di radiazioni che inducono il cancro, ma c’è un rischio maggiore di massicce tempeste solari, che potrebbero uccidere gli astronauti non protetti in poche ore. Se si può diminuire il tempo di viaggio, si riduce la quantità di tempo in cui gli astronauti vengono colpiti dalle radiazioni e si minimizza la quantità di rifornimenti che devono portare con sé per il viaggio di ritorno.
Go Nuclear:
Una idea è quella dei razzi nucleari, che riscaldano un fluido di lavoro – come l’idrogeno – a temperature intense in un reattore nucleare, e poi lo fanno esplodere da un ugello del razzo ad alta velocità per creare la spinta. Poiché i combustibili nucleari sono molto più densi di energia dei razzi chimici, si potrebbe ottenere una maggiore velocità di spinta con meno combustibile. Si propone che un razzo nucleare potrebbe diminuire il tempo di viaggio fino a circa 7 mesi
Go Magnetic:
Un’altra proposta è una tecnologia chiamata Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (o VASIMR). Si tratta di un propulsore elettromagnetico che utilizza onde radio per ionizzare e riscaldare un propellente. Questo crea un gas ionizzato chiamato plasma che può essere spinto magneticamente fuori dalla parte posteriore del veicolo spaziale ad alta velocità. L’ex astronauta Franklin Chang-Diaz è il pioniere dello sviluppo di questa tecnologia, e un prototipo dovrebbe essere installato sulla Stazione Spaziale Internazionale per aiutarla a mantenere la sua altitudine sopra la Terra. In una missione verso Marte, un razzo VASIMR potrebbe ridurre il tempo di viaggio a 5 mesi.
Go Antimatter:
Forse una delle proposte più estreme sarebbe quella di utilizzare un razzo di antimateria. Creata negli acceleratori di particelle, l’antimateria è il carburante più denso che si possa usare. Quando atomi di materia incontrano atomi di antimateria, si trasformano in pura energia, come previsto dalla famosa equazione di Albert Einstein: E = mc2. Solo 10 milligrammi di antimateria sarebbero necessari per spingere una missione umana su Marte in soli 45 giorni. Ma poi, produrre anche questa minuscola quantità di antimateria costerebbe circa 250 milioni di dollari.
Future missioni su Marte:
Anche se alcune incredibili tecnologie sono state proposte per ridurre il tempo di viaggio verso Marte, gli ingegneri useranno i metodi provati e veri di seguire orbite di trasferimento di energia minima usando razzi chimici. La missione MAVEN della NASA sarà lanciata nel 2013 utilizzando questa tecnica, così come le missioni ExoMars dell’ESA. Potrebbe passare qualche decennio prima che altri metodi diventino tecniche comuni.
Ricerca ulteriore:
Informazioni sulle orbite interplanetarie – NASA
7 minuti di terrore – La sfida dell’atterraggio su Marte
Proposta NASA per un motore a razzo nucleare
Orbite di trasferimento di Kohmann – Iowa State University
Trasferimenti minimi e orbite interplanetarie
Nuova e migliorata nave spaziale ad antimateria per missioni su Marte – NASA
Astronomy Cast episodio 84: Come muoversi nel sistema solare
Storie correlate da Universe Today:
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Una soluzione economica per arrivare su Marte?
Perché tante missioni su Marte sono fallite?
Questo articolo è apparso originariamente su Universe Today nel luglio 2012, ma è stato aggiornato con un video correlato.
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