Questo articolo è apparso originariamente su Universe Today 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 brillante stella rossa. Ogni due anni circa, Marte e la Terra raggiungono il loro punto più vicino, chiamato 'opposizione', quando Marte può essere vicino a 55.000.000 di km dalla Terra. E ogni due anni, le agenzie spaziali sfruttano questo allineamento orbitale per inviare veicoli spaziali sul Pianeta Rosso. Quanto tempo ci vuole per arrivare su Marte?
Il tempo totale di viaggio dalla Terra a Marte dura tra 150-300 giorni a seconda della velocità del lancio, dell'allineamento della Terra e di Marte e della lunghezza del viaggio che l'astronave impiega per raggiungere il suo obiettivo. Dipende solo da quanto carburante sei disposto a bruciare per arrivarci. Più carburante, tempi di viaggio più brevi.
Storia di andare su Marte:
La prima navicella spaziale in assoluto a compiere il viaggio dalla Terra a Marte è stata la Mariner 4 della NASA, lanciata il 28 novembre 1964 e arrivata 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 decollò il 25 febbraio 1969 e raggiunse il pianeta il 31 luglio 1969; un tempo di volo di soli 156 giorni. Il successo Mariner 7 ha richiesto solo 131 giorni per compiere il viaggio.
Il team della NASA ha inserito tutti i dati possibili per modellare l'atterraggio di Curiosity su Marte. Credito: NASA
Il Mariner 9, il primo veicolo spaziale ad andare in orbita con successo 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 resistito per 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
Perchè ci mette tanto?:
Un'immagine dall'alto verso il basso delle orbite della Terra e di Marte. Credito: NASA
Se consideri il fatto che Marte dista solo 55 milioni di km e che la navicella sta viaggiando a oltre 20.000 km/ora, ti aspetteresti che la navicella compia il viaggio in circa 115 giorni, ma ci vuole molto più tempo. Questo perché sia la Terra che Marte orbitano attorno al Sole. Non puoi puntare direttamente su Marte e iniziare a sparare i tuoi razzi, perché quando sei arrivato lì, Marte si sarebbe già mosso. Invece, i veicoli spaziali lanciati dalla Terra devono essere puntati doveMarte sta per essere.
L'altro vincolo è il carburante. Ancora una volta, se avessi una quantità illimitata di carburante, punteresti la tua navicella spaziale su Marte, lanceresti i tuoi razzi fino a metà del viaggio, quindi ti gireresti e decelereresti per l'ultima metà del viaggio. Potresti ridurre il tempo di viaggio fino a una frazione della tariffa attuale, ma avresti 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 un veicolo spaziale su Marte, con la minima quantità di carburante. Ai robot non interessa molto 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 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 era 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 della tua navicella spaziale in modo che segua un'orbita più ampia attorno al Sole rispetto alla Terra. Alla fine quell'orbita intersecherà l'orbita di Marte -nel momento esatto in cui c'è anche Marte.
Se hai bisogno di decollare con meno carburante, impiegherai solo più tempo per aumentare la tua orbita e aumentare il viaggio verso Marte.
Altre idee per ridurre il tempo di viaggio su Marte:
Sebbene richieda un po' di pazienza aspettare che un veicolo spaziale viaggi per 250 giorni per raggiungere Marte, potremmo volere un metodo di propulsione completamente diverso se inviamo umani. Lo spazio è un luogo ostile e le radiazioni dello spazio interplanetario potrebbero rappresentare un rischio per la salute a lungo termine degli astronauti umani. I raggi cosmici di fondo infliggono una raffica costante di radiazioni cancerogene, ma c'è un rischio maggiore di massicce 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 riduci al minimo la quantità di rifornimenti che devono trasportare per un viaggio di ritorno.
Vai nucleare:
Un'idea èrazzi nucleari, che riscaldano un fluido di lavoro - come l'idrogeno - a temperature intense in un reattore nucleare, e poi lo fanno esplodere con un ugello di razzo ad alta velocità per creare una spinta. Poiché i combustibili nucleari sono molto più densi di energia rispetto ai razzi chimici, potresti 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
Vai magnetico:
Un'altra proposta è una tecnologia chiamataRazzo Magnetoplasma a Impulso Specifico Variabile(o VASIMR). Questo è un propulsore elettromagnetico che utilizza le onde radio per ionizzare e riscaldare un propellente. Questo crea un gas ionizzato chiamato plasma che può essere spinto magneticamente fuori dal retro 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 sarà 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 all'antimateria:
Forse una delle proposte più estreme sarebbe quella di utilizzare unrazzo ad antimateria. Creata negli acceleratori di particelle, l'antimateria è il combustibile più denso che potresti usare. Quando gli 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 sarebbe necessario per spingere una missione umana su Marte in soli 45 giorni. Ma poi, produrre anche quella minuscola quantità di antimateria costerebbe circa 250 milioni di dollari.
Concetto artistico del sistema di propulsione ad antimateria. Credito: NASA/MFSC
Missioni future su Marte:
Anche se sono state proposte alcune incredibili tecnologie per abbreviare il tempo di viaggio verso Marte, gli ingegneri utilizzeranno metodi collaudati per seguire orbite di trasferimento minimo di energia utilizzando razzi chimici. La missione MAVEN della NASA verrà lanciata nel 2013 utilizzando questa tecnica, così come le missioni ExoMars dell'ESA. Potrebbero passare alcuni decenni prima che altri metodi diventino tecniche comuni.
Ulteriori ricerche:
Informazioni sulle orbite interplanetarie – NASA
7 minuti di terrore – La sfida di atterrare su Marte
Proposta della NASA per un motore a razzo nucleare
Hohmann Transfer Orbits – Iowa State University
Trasferimenti minimi e orbite interplanetarie
Nave spaziale antimateria nuova e migliorata per missioni su Marte – NASA
Astronomy Cast Episodio 84: Muoversi nel sistema solare
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Perché così tante missioni su Marte sono fallite?
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