Ogni 26 mesi, le orbite della Terra e di Marte cospirano per rendere più breve il viaggio tra i due pianeti. Il lancio in una di queste finestre significa che il tempo di viaggio può essere ridotto a soli sei mesi. Le nostre missioni robotiche sulla superficie marziana e le missioni che posizionano i satelliti nell'orbita marziana vengono lanciate durante queste finestre.
Ma ci sono altre alternative a questa architettura di missione?
Un gruppo di ricercatori afferma che le missioni con equipaggio su Marte non dovrebbero andare direttamente a destinazione; dovrebbero prima lanciare la fionda oltre Venere.
Un white paper che delinea questa idea è stato scritto da un gruppo di cinque ricercatori del Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University, della North Carolina State University e della NASA. Il documento si intitola “ Scienza assistita dall'uomo su Venere: esplorazione di Venere nella nuova era dei voli spaziali umani .” L'autore principale è Noam Izenberg di JHUAPL e il documento è disponibile sul sito di prestampa arxiv.org.
Ha senso ridurre i tempi di viaggio per le missioni con equipaggio su Marte. Sedersi su un'astronave, esposto a radiazioni e microgravità, è pericoloso e il tempo impiegato per farlo dovrebbe essere ridotto al minimo. Ma cosa accadrebbe se una missione su Marte potesse realizzare prima altri obiettivi scientifici su Venere, fiondando oltre il pianeta gemello della Terra? E se l'idea della fionda di Venere rendesse davvero l'intera missione più sicura?
Un'immagine immaginaria di un astronauta in missione fionda su Venere. Credito immagine: Credito immagine Venere: NASA/JHUAPL/MESSENGER/Mattias Malmer. Stazione Spaziale
Immagine dell'astronauta dell'ESA Alexander Gerst per gentile concessione della NASA.
Queste le argomentazioni avanzate dagli autori nel nuovo white paper.
Il dibattito ruota intorno a due termini che descrivono l'architettura della missione: congiunzione e opposizione. In una missione congiunta, un'astronave viaggia direttamente dalla Terra a Marte e viene lanciata quando la durata della missione è più breve. In una missione di opposizione, un'astronave può visitare altre destinazioni lungo il percorso e una durata della missione più breve non è così imperativa. L'idea della fionda di Venere su Marte è una missione di opposizione, perché la missione visiterebbe prima Venere.
(Sinistra) missioni di opposizione ('soggiorno breve') e di classe congiunzione ('soggiorno lungo') su Marte,
rispettivamente, adattato da Mars Design Reference Architecture (2014). La missione di opposizione (a sinistra) è Terra-Venere-Marte e presenta un sorvolo di Venere in uscita in rotta verso Marte. Il ritorno opzionale della Terra da Venere come missione autonoma Terra-Venere Terra (EVE) o caso di interruzione TerraVenere-Marte è mostrato con una linea tratteggiata. Credito immagine: Izenberg et al, 2020.
Ma perché?
Visitare Venere sulla strada per Marte contribuirà ai risultati scientifici e alla sicurezza generale della missione e delle missioni successive.
Una visita a Venere aiuterebbe a soddisfare alcune delle nostre curiosità scientifiche. Ci sono state una manciata di missioni robotiche per Venere proposta negli ultimi anni , ma avere umani che prendono parte all'esplorazione di Venere, anche dall'orbita, fornisce benefici.
I droni e gli esploratori robotici su Venere devono fare i conti con ritardi temporali quando ricevono istruzioni dagli operatori sulla Terra. Il ritardo di tempo durante la comunicazione tra Venere e la Terra è compreso tra cinque e 28 minuti. Ma avere persone in orbita eliminerebbe quel vincolo.
Avere umani in orbita su Venere mentre droni e lander esplorano il pianeta fornirebbe una serie di vantaggi. Credito immagine: modulo equipaggio
adattato da Cassidy et al., 1967. Immagine di APL/Caleb Heidel.
Avere operatori umani in orbita che controllano droni e altri veicoli di superficie offre un altro vantaggio fondamentale. Venere è un luogo mortale ed estremo, così caldo che può sciogliere il piombo. E l'atmosfera schiacciante sulla superficie di Venere equivale a essere sotto i 900 metri (3.000 piedi) di acqua qui sulla Terra. È oltre 90 volte più pressione della superficie terrestre.
L'ambiente è molto duro per le apparecchiature, con alcuni strumenti che durano solo un paio d'ore. “Strumenti ad alta capacità (ad esempio, spettrometri LIBS-Raman, spettrometri a raggi X con particelle alfa, imager UV-NIR, ecc.) Al momento sono in grado di operare solo sulla superficie di Venere e vicino alla superficie per circa 1-2 ore, ” scrivono gli autori. Un controllore umano in tempo reale sarebbe in grado di dirigere le apparecchiature di esplorazione e prendere decisioni critiche senza ritardi. Quelle 1 o 2 ore non andrebbero sprecate.
'Comunicazione in tempo reale tra uno scienziato nell'equipaggio del flyby e
un'astronave atterrata sulla superficie consentirebbe all'astronauta di valutare e agire rapidamente su immagini e dati compositivi per selezionare obiettivi per il massimo ritorno scientifico', scrivono, 'e per evitare errori di mira come il campionamento involontario, come è successo al sovietico Venera 14 lander.»
Un'immagine composita del pianeta Venere vista dalla sonda giapponese Akatsuki. Gli orbiter svolgono molto più lavoro dei lander, che devono fare i conti con le condizioni mortali della superficie di Venere. Credito: JAXA/Institute of Space and Astronautical Science
Il Venera 14 era una di una lunga serie di sonde Venera sovietiche inviate sulla superficie di Venere, la maggior parte delle quali senza successo. Nel 1982, tuttavia, Venera 14 è riemersa in superficie e si è messa subito al lavoro. Le coperture dell'obiettivo della fotocamera al quarzo si sono staccate come previsto, cadendo in superficie.
A quel punto, Venera era in una lega a parte. C'era, sulla superficie di Venere, un buco infernale tossico e ribollente, e la sua fotocamera era operativa e il coperchio dell'obiettivo era stato rimosso. Venera 14 stava per testare la comprimibilità della superficie con bracci caricati a molla, mentre la fotocamera riprendeva le immagini dell'operazione. Purtroppo, il lander ha preso di mira lo stesso copriobiettivo espulso e ha testato e fotografato la sua comprimibilità, a causa del punto in cui è atterrato. Che spreco.
Venera 14 è sopravvissuta in superficie solo per 57 minuti e ha perso parte del suo tempo fotografando un copriobiettivo e testandone la comprimibilità. Con un operatore umano ai comandi, parcheggiato in orbita, questo non sarebbe mai successo.
Le immagini della visita di Venera 14 a Venere sono le nostre ultime viste della superficie.
Un'immagine Venera 14 della superficie di Venere. L'immagine mostra lastre di lava e luce infernale. Questa immagine del lander è stata elaborata da Ted Stryk. Immagine di credito: Accademia Russa delle Scienze / Ted Stryk
Una visita con la fionda a Venere potrebbe semplificare un altro degli obiettivi dell'esplorazione del pianeta: il ritorno del campione. 'Scrematori atmosferici sono stati proposti per il campionamento attivo dell'atmosfera superiore di Venere e del suo ambiente vicino allo spazio', scrivono gli autori. 'Un così rapido prelievo e ritorno del campione dall'atmosfera di Venere, incontrandosi con l'astronave in partenza invece di transitare sulla Terra, potrebbe far ritirare almeno qualche rischio che tali missioni devono affrontare'.
Gli autori affermano che un elemento umano aiuterebbe il ritorno del campione ad avere più successo. “Se campioni atmosferici o di altro tipo
il recupero è possibile durante un sorvolo pilotato, il coinvolgimento di un elemento umano per garantire l'appuntamento e la cattura con un dispositivo di campionamento/meccanismo/sub-satellite potrebbe migliorare le possibilità di restituzione del campione e potenzialmente consentire all'astronauta stesso di condurre ricerche scientifiche su quei campioni durante il loro viaggio». Quest'ultima parte potrebbe essere una possibilità, ma non si sa mai.
Il volo spaziale è pericoloso e più lungo è il volo, maggiore è la possibilità di lesioni che richiedono cure mediche. Ricerca mostra che '... un equipaggio di sette persone avrà un'emergenza che richiede un intervento chirurgico ogni 2,4 anni durante una missione su Marte'. Prima di impegnarsi in lunghe missioni su Marte, dove l'assistenza medica è molto lontana, una tappa a Venere con la fionda consentirà ai pianificatori di avere un'idea migliore di come l'assistenza medica si inserisca nella pianificazione della missione.
Il pianeta Venere, ripreso dalla missione Magellan. Un gruppo di ricercatori propone che le missioni con equipaggio umano su Marte si fiondano oltre Venere nel loro viaggio verso il pianeta rosso. Credito: NASA/JPL
Spiegano inoltre che 'Una missione flyby dedicata a Venere della durata di un anno potrebbe fungere da preziosa 'crociera shakedown' per i sistemi di trasporto nello spazio profondo necessari per la prima missione umana su Marte'. Queste missioni di sorvolo di Venere sarebbero un'opportunità, forse fondamentale, per testare tutti gli aspetti di una missione più lunga su Marte. Chissà cosa potremmo scoprire?
'Più avanti in futuro, c'è un potenziale considerevole per missioni orbitali dedicate con equipaggio su Venere, tra cui esplorazione atmosferica ', proseguono gli autori. 'Tutte queste opportunità significano che le missioni di esplorazione spaziale che includono necessariamente la vicinanza umana a Venere dovrebbero essere considerate opzioni interessanti per il futuro del volo spaziale umano'.
Anche le missioni con la fionda di Venere su Marte sono più sicure. Gli autori del white paper affermano che 'Questi passaggi ravvicinati offrono l'opportunità di praticare operazioni umane nello spazio profondo e offrono numerose opzioni di ritorno sicuro sulla Terra, prima di impegnarsi in voli più lunghi e a bassa cadenza solo su Marte'.
Le manovre a fionda sono spesso utilizzate nella pianificazione delle missioni per dare più energia ai veicoli spaziali. La sonda Cassini ha effettuato due sorvoli separati di Venere durante la sua missione. Credito immagine: NASA / Laboratorio di propulsione a getto - Caltech
Nel loro articolo, gli autori sottolineano altri vantaggi per gli scali su Venere, come la riduzione dell'ellisse dell'errore di atterraggio e la possibilità di un rilevamento a bassa quota con un essere umano nel circuito. Sottolineano anche che una missione umana con scalo a Venere 'pratica l'unica modalità di aborto ritorno alla Terra che un equipaggio diretto su Marte avrebbe'.
Tuttavia, ci sono alcuni aspetti negativi della proposta. Le missioni con equipaggio su altri pianeti sono estremamente complesse e richiedono un'enorme quantità di equipaggiamento. Una missione che visita due pianeti significa un carico utile aggiuntivo, e non c'è modo di aggirarlo. “Tra carburante, abitazione, protezione, energia, comunicazione e requisiti di sicurezza di livello umano, qualsiasi missione profonda in grado di supportare il sistema solare richiederà l'invio di molte tonnellate di
materiale sulle traiettorie interplanetarie', scrivono gli autori.
Ma se la missione stesse facendo molta più scienza, su due pianeti separati, non ne varrebbe la pena? Gli autori affermano che 'Sebbene 'ogni chilogrammo conti' in tali missioni, quando la missione di base è massiccia, il costo di massa dei pacchetti scientifici marginali e delle sonde per Venere è relativamente piccolo'.
Non c'è mai stata una missione umana su Venere, sebbene la NASA ne abbia proposta una nel 1967-68. Quello era chiamato il Venere con equipaggio Flyby , e avrebbe inviato tre astronauti in un sorvolo del pianeta di un anno. Non è mai successo ovviamente.
È tempo di considerarlo? Collettivamente abbiamo i nostri occhi su Marte e la questione della vita su Marte. Sembra che siamo sul punto di rispondere alla domanda sull'antica abitabilità di Marte, ma non è l'unico pianeta che deve essere esplorato.
Il caso scientifico per una missione su Venere è forte, secondo gli autori del rapporto. Sottolineano che Venere, Terra e Marte hanno seguito percorsi evolutivi separati dopo la formazione. Quello che è successo? Stiamo imparando molto su Marte, ma la nostra conoscenza di Venere è in ritardo. 'Comprendere l'atmosfera, la superficie e l'interno di Venere moderna sono i primi passi per mettere insieme la storia antica di Venere e determinare come l'antica Venere si confrontasse con l'antica Terra e Marte', scrivono.
Forse hanno ragione gli autori. Forse è il momento di concentrare un po' della nostra attenzione scientifica su Venere. E forse il modo migliore per farlo è visitarlo sulla strada per Marte.
Di più:
- Carta bianca: Scienza assistita dall'uomo su Venere: esplorazione di Venere nella nuova era dei voli spaziali umani
- Wikipedia: Veicolo spaziale Venera
- Universo oggi: La sorella contorta della Terra: come sveleremo i segreti di Venere?