Dopo 50 anni, l'umanità progetta di tornare sulla luna e poco dopo prevede un volo su Marte. Tuttavia, è improbabile che le persone nel prossimo futuro siano destinate ad allontanarsi in modo significativo dall'orbita terrestre: molti fattori interferiscono con questo.
Lo spazio non è solo l'ultima ma anche la più pericolosa frontiera. Questo è il più estremo degli ambienti possibili, ma è attraverso di esso che si trova il percorso verso nuovi mondi. Per raggiungerli, una persona dovrà inventare nuovi motori, imparare a resistere alle radiazioni, non morire per un graffio accidentale e non impazzire. È possibile?
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Quando si viaggia verso esopianeti (corpi spaziali al di fuori del sistema solare), il problema principale per i ricercatori moderni - sia viventi che automi - non saranno le condizioni inesplorate degli oggetti di studio, ma il tempo stesso necessario per un'impresa del genere. La NASA ha evidenziato i principali problemi che sorgeranno a causa del fatto che con lo sviluppo ottimale dei mezzi tecnici, il viaggio richiederà anni.
Al giorno d'oggi, i motori principali sono basati su processi chimici: combustibile e ossidante vengono bruciati per formare gas caldo. A causa del riscaldamento, i gas di scarico fuoriescono ad alta velocità dall'ugello del razzo, spingendo il razzo nella direzione opposta. Purtroppo, tali motori lasciano poco spazio di manovra per una persona, poiché la velocità del flusso di gas è limitata dalla temperatura di combustione. Anche in teoria, un viaggio alle stelle su motori con propulsione chimica non è realistico con l'attuale livello di tecnologia. Quindi, la navicella spaziale, la più distante dalla Terra, Voyager-1, lanciata nel 1977, ha percorso oltre 21 miliardi di km in 40 anni. Si tratta, senza esagerazione, di una cifra astronomica, ma anche in questo stato di cose, Voyager-1 raggiungerà la stella AC +79 3888 (17 anni luce dal Sole), verso la quale vola ad una velocità di circa 62.000 km / h, solo dopo 40.000 Anni.
Le moderne sonde spaziali sono in grado di sviluppare velocità ancora più elevate. Ad esempio, il satellite artificiale di Giove Juno è in grado di raggiungere circa 250.000 km / h, mentre il Parker Solar Probe, lanciato di recente, accelererà fino a 692.000 km / h. Ma in questi progetti, l'alta velocità si ottiene, tra le altre cose, grazie alle manovre gravitazionali: la sonda passa vicino al pianeta, e lo porta via "con sé", accelerandolo fino alla sua velocità orbitale. Questo è comodo all'interno del nostro sistema, ma non abbastanza per viaggiare velocemente verso le stelle: non ci saranno oggetti per la manovra gravitazionale al di fuori del sistema solare. Inoltre, più un pianeta è lontano da una stella, più lentamente si muove.
Una possibile soluzione al problema è un azionamento ionico. Il principio del suo funzionamento si basa sulla creazione della spinta del getto basata sul gas ionizzato: gli elettroni vengono strappati dalle molecole e gli ioni caricati risultanti vengono accelerati in un campo elettrico. Pertanto, è possibile ottenere portate più elevate della sostanza dagli ugelli, inoltre, questo approccio è più efficiente dal punto di vista energetico (meno carburante viene speso per l'accelerazione). Di conseguenza, i motori a ioni teoricamente consentono di raggiungere velocità senza precedenti: secondo i ricercatori, Marte può essere raggiunto in soli 39 giorni invece di sette mesi, che in totale saranno spesi sulla strada per il Pianeta Rosso dal modulo InSight, che atterrerà su Marte a novembre di quest'anno. Sfortunatamente, i propulsori ionici esistenti sono troppo deboli e possono essere utilizzati solo per la correzione dell'orbita.
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In Russia, la società statale "Rosatom" è impegnata nel progetto di un motore nucleare per la cosmonautica, i dettagli non sono stati divulgati
Un approccio più radicale, almeno per la colonizzazione del sistema solare, possono essere i motori a razzo nucleare. La sorgente nucleare viene riscaldata dal decadimento della sostanza radioattiva, riscaldando il fluido di lavoro, che può fuoriuscire a una velocità molto più elevata di quella risultante dalla combustione di carburante e ossidante in un motore chimico. Hanno cercato di applicare questo approccio all'inizio dell'era spaziale, durante la Guerra Fredda. Tuttavia, fino ad ora, il loro utilizzo è vincolato da due fattori. Non è desiderabile lanciare in orbita una grande quantità di sostanze radioattive: come dimostra la pratica, a volte può ricadere. Inoltre, un tale motore richiede un serio raffreddamento e nello spazio il calore può essere emesso solo dalla radiazione, che trasporta energia in modo relativamente lento, il che limita la potenza dei motori nucleari. I motori nucleari deboli sono più facili da sostituire con motori a ioni meno pericolosi per la Terra o motori a reazione più familiari alimentati da combustibile chimico.
Utilizzando materiali e tecnologie moderne, diversi paesi stanno ora cercando di sviluppare modelli più potenti di motori nucleari e ionici. Potenzialmente, permetteranno diversi mesi per arrivare su Saturno (per la missione Cassini, questo percorso ha richiesto sette anni). Oggi, i motori nucleari vengono sviluppati, ad esempio, negli Stati Uniti: nel 2017, la NASA e BWXT Nuclear Energy hanno firmato un contratto per sviluppare il motore. In Russia, la società statale Rosatom è impegnata nel progetto di un motore nucleare per la cosmonautica, i dettagli non sono stati divulgati.
Ambiente pericoloso
Anche in presenza di motori che consentono di raggiungere pianeti lontani o addirittura stelle nel giro di mesi o anni, la questione della sicurezza dell'equipaggio di una tale nave rimane aperta. E la principale minaccia non saranno gli alieni o gli asteroidi, ma le radiazioni. Le radiazioni ionizzanti possono danneggiare il DNA, causare problemi nel funzionamento di quasi tutti i sistemi del corpo e annullare qualsiasi, anche la più ponderata, impresa spaziale che coinvolge una persona.
Se parliamo dell'opzione più economica oggi (volo su Marte), allora sono le radiazioni che stanno diventando uno dei problemi principali che gli astronauti dovranno affrontare. Se sulla Terra una persona è protetta dall'atmosfera e dal campo magnetico del pianeta, allora già sulla ISS i cosmonauti sono esposti a radiazioni dieci volte più forti. Il volo verso il Pianeta Rosso con l'attuale livello di sviluppo tecnologico richiederà circa 7 mesi. A questo si deve aggiungere il tempo trascorso su Marte, che non ha un campo magnetico protettivo e una densa atmosfera terrestre, e va tenuto conto anche del viaggio di ritorno. Riassumendo tutti i rischi, solo una minaccia di radiazioni può rendere mortale un biglietto per il quarto pianeta dal Sole. Pertanto, ad esempio,L'Orion sviluppato da Lockheed Martin sarà dotato di uno speciale rifugio protetto in caso di eccessiva attività solare e grande rilascio di particelle radioattive. Si noti che una soluzione simile è attualmente utilizzata sulla ISS.
Sin dai tempi antichi, l'attività vulcanica sulla Luna e su Marte potrebbe aver lasciato molti chilometri di tunnel larghi fino a 1 km.
Se stiamo parlando di espansione planetaria, allora per questo gli scienziati propongono di utilizzare scudi magnetici o terraforming in futuro. C'è un'opzione di budget: i ricercatori italiani hanno proposto un concetto per l'insediamento dei cosiddetti tubi di lava - canali nello spessore del pianeta, formati durante il raffreddamento irregolare della lava. La radiazione dallo spazio esterno in essi sarà minima, poiché sarà indebolita dagli strati superiori di Marte. In questo caso, anche le tempeste e altre minacce sui pianeti con un'atmosfera non hanno paura.
Si presume che sin dai tempi antichi dell'attività vulcanica sulla Luna e su Marte potessero rimanere molti chilometri di gallerie larghe fino a 1 km, nell'oscurità delle quali potrebbe benissimo iniziare la storia della colonizzazione dei corpi celesti da parte dell'uomo.
Oltre alle radiazioni, una persona deve ancora risolvere molti problemi: garantire un rifornimento di ossigeno ininterrotto e affidabile, risolvere il problema con l'alimentazione, imparare ad andare d'accordo con le stesse persone per molto tempo, ecc. Inutile dire che durante una missione condizionale anche ai pianeti più vicini, gli astronauti dovranno risolvere da soli problemi medici, ad esempio rimuovendo l'appendicite? Al momento, chiunque vada nello spazio viene sottoposto a numerosi test, ma è semplicemente impossibile assicurarsi contro tutto. Come hanno sottolineato i ricercatori, una squadra di sei uomini durante un viaggio di 900 giorni su Marte dovrà affrontare quasi inevitabilmente almeno un caso in cui uno dei membri dell'equipaggio ha bisogno di aiuto urgente. Qualche speranza è data dall'esperimento russo-europeo "Mars-500"durante i quali l'equipaggio di sei persone in una stanza chiusa sulla Terra ha vissuto con successo "in volo" per 520 giorni, affrontando compiti psicologici e medici.
Caro spazio
Il finanziamento è la spina dorsale dei progetti spaziali e la stragrande maggioranza dei progetti spaziali non realizzati ha fallito in questa fase. Anche i progetti completamente automatizzati come il rover Curiosity valgono miliardi di dollari. Il volo di un uomo su Marte è stimato a volte più costoso.
Anche i progetti in cui non è necessario pensare ai sistemi di supporto vitale per le persone spesso affrontano problemi di finanziamento a causa dell'elevato costo della tecnologia. Ad esempio, il costo del telescopio orbitante James Webb ha già superato i 9 miliardi di dollari e si prevedeva di lanciarlo nello spazio 10 anni fa. Se parliamo del costo delle missioni con equipaggio, l'esempio più eclatante è stato il progetto della Stazione Spaziale Internazionale. È stimato a $ 150 miliardi ed è una delle strutture di ingegneria più costose al mondo.
Inoltre, il finanziamento di un progetto da solo non ne garantisce il successo. Tali progetti richiedono una base scientifica ben sviluppata, nonché impianti di produzione e infrastrutture in grado di supportare la stazione. Solo gli Stati Uniti spendono annualmente 3 miliardi di dollari per questo.
Secondo i calcoli della NASA, il costo per lo sviluppo, la preparazione e l'attuazione di una missione su Marte entro 30 anni potrebbe superare i 450 miliardi di dollari Secondo alcune stime, il costo totale del progetto sarà di 1,5 trilioni di dollari! Una cifra fantastica sullo sfondo del budget dell'Agenzia aerospaziale americana, che ammonta in media a circa 20 miliardi di dollari all'anno. Anche l'intero volume del mercato moderno dei servizi e delle tecnologie spaziali raggiunge i 350 miliardi di dollari, quindi il costo di una spedizione non è meno un problema delle radiazioni spaziali.
