Dalla sonda cinese che cade ai problemi dei futuri astronauti su Marte

Siamo a Pasqua eppure in tanti sono con la testa verso l'alto per cercare di scorgere l'arrivo dall'alto dei cieli non di Babbo Natale ma della ferraglia cinese nota come Tiangong1 (Palazzo Celeste).

La probabilità che tale prodigio tecnologico e organizzativo (sarcastico) caschi sul suolo italiano è stimato nello 0,2 % quindi possiamo ragionevolmente stare tranquilli. L'orario previsto è per la notte (3 am) di domani. L'ampia variabilità nelle previsioni è legata al fatto che la sonda non è progettata in modo aerodinamico essendo stata pensata per lo spazio, per cui al contatto con l'atmosfera la sua superficie di attrito potrebbe farle cambiare traiettoria in modo non prevedibile.

Fonte Agenzia Spaziale Italiana (13:00 del 1/4/18). La sonda è poi caduta nel Pacifico

Di sonde che cadono (o sono fatte cadere perché a fine vita) sul nostro pianeta ce ne sono molte, ultima in ordine di tempo una parte della Soyuz russa avvistata pochi giorni fa sul Cilento e i cui frammenti sono poi finiti nel Mediterraneo.

In genere le sonde quando troppo grosse per disintegrarsi al rientro nell'atmosfera vengono fatte cadere in modo controllato in un area disabitata come quella dell'oceano Pacifico tra il Cile e l'Australia.  Nel caso della Tiangong1 il problema è che il centro di controllo cinese ha perso il contatto con essa (si dice) già nel 2016 e hanno aspettato la primavera del 2017 per comunicarlo ufficialmente. Come facile immaginare un oggetto fuori controllo precipita dove "può" e non dove si "vuole". Tali lacune gestionali non ci stupiscono più di tanto se consideriamo l'esito del recente lancio di una sonda cinese finita nei pressi di un villaggio con i locali intenti a mirare il razzo in caduta e i fumi (tossici) con i loro smartphone (per altre info vi rimando alla parte finale di un precedente articolo -->  Da SpaceX alla sonda cinese).

Gestire una agenzia aerospaziale non è come comprare tutti i bar di una città ... (e la resa delle squadre di calcio milanesi ne è una conferma indiretta).

Ma visto che siamo in clima di veicoli spaziali e sull'onda dell'entusiasmo nato con il recente lancio del Falcon Heavy, ho deciso di dedicare l'odierno articolo pasquale a qualcosa di più ameno, riassumendo le problematiche "biologiche" che i viaggi spaziali in genere e la colonizzazione su Marte prossima ventura in particolare comporteranno. Forse, anzi probabilmente, non vedrò il realizzarsi della prima colonia marziana ma si tratta di un evento ineluttabile e nemmeno troppo lontano nel tempo dato il ritmo di crescita della popolazione mondiale. Le problematiche che i viaggiatori e coloni umani dovranno affrontare saranno tuttavia tali e tante che anche un amante dei viaggi selvaggi come sono io avrebbe serie perplessità nel decidere se unirsi ad una tale esperienza.

Semplifichiamo il tutto accantonando il problema del viaggio e le correlate necessità logistiche (dimensione veicolo e tipo di propulsione) e tutte le problematiche che dovrebbe affrontare l'astronauta nel viaggio di circa 10 mesi per Marte e concentriamoci sulle sfide che dovranno affrontare da subito i "fondatori" delle colonie.

Per i viaggi spaziali vi rimando a precedenti articoli come --> "Viaggiare nello spazio "gonfia" la testa"

Cominciamo con il dire una cosa ovvia ma fondamentale: Marte non è un posto ideale in cui vivere (e non solo per la nostra specie) in quanto la nostra biologia non si è evoluta in quelle condizioni.

• La pressione atmosferica marziana è circa l'1% di quella terrestre ed è composta per il 95% di CO2 e il resto azoto e argon con tracce irrilevanti di ossigeno.
• La scarsa atmosfera impedisce il riscaldamento (o meglio il trattenere l'energia propria e quella ricevuta dal Sole) con conseguenza di una temperatura media di circa -60 gradi con banda di oscillazione giornaliere che possono andare da -130 a +20 gradi celsius.
• Le tempeste di sabbia possono durare mesi con venti anche superiori a 100 kmh. C'è di peggio sulla Terra (ad esempio la bora a Trieste) ma in questo caso rappresentano un vero problema per i trasporti, comunicazioni e sicurezza in generale di chi si trova in loco.
• Sebbene in passato dotata di un campo magnetico, oggi Marte ne è priva con conseguente assenza della magnetosfera. Una assenza grave in quanto espone la superficie del pianeta sia ai raggi cosmici che a quelli Solari che nei momenti di maggiore attività (il Sole va incontro a cicli di attività evidenti con le tempeste solari che come sappiamo possono mettere fuori uso i satelliti nell'alta atmosfera) friggerebbero qualunque organismo (tranne forse il resistente Deinococcus radiodurans). Questa capacità sterilizzante spiega l'assenza attuale di vita su Marte (o almeno sulla sua superficie). Anche in presenza di protezioni capaci di ridurre la quantità di radiazioni ricevute queste avrebbero un effetto moltiplicatore sul rischio di tumori cutanei rispetto a quello terrestre (ben noto a tutti); altri effetti di una radiazione eccessiva sono l'aumento di patologie neurodegenerative.
• Non esistono bacini stabili di acqua liquida sulla superficie, sia a causa della bassa temperatura e pressione (oltre che minore gravità) che favorisce una immediata sublimazione da ghiaccio a vapore poi perso nello spazio. Ci sono tracce della presenza temporanea di acqua sulla superficie a causa dello scioglimento stagionale del ghiaccio ma oltre al fatto di essere "labile" quest'acqua è acida a causa della presenza di perclorato, abbondante nel suolo marziano (il perclorato è tossico per la tiroide). Purificare l'acqua dai perclorati è impresa, a mia conoscenza, quasi impossibile e questo creerà ovvi problemi nelle riserve idriche che i coloni si troveranno a gestire. La nota positiva è che il sottosuolo marziano è ricco di ghiaccio d'acqua; la scelta del luogo dei primi insediamenti dovrà quindi tenere conto della facile accessibilità a questi depositi. Per contrastare l'effetto da perclorati i coloni dovranno assumere iodio extra. Altro modo per ricavare l'acqua "pulita" potrebbe essere quello di estrarla dall'atmosfera attraverso un minerale noto come zeolite.
• Marte ha una gravità alla superficie pari a circa 0,376 volte quella terrestre, quindi un uomo di 70 kg peserebbe lì 26 kg (il peso è cosa diversa dalla massa che invece rimane costante) e questo non è privo di conseguenze. Esperimenti di microgravità condotti sulla stazione spaziale orbitale hanno dimostrato che anche sul medio periodo (settimane) la ridotta o assente gravità provoca diminuzione della massa ossea, indebolimento muscolare e problemi cardiocircolatori. Il calcio rilasciato dalle ossa nel circolo sanguigno causa altri problemi come costipazione, calcoli e disturbi dell'umore. E' inevitabile ipotizzare che la permanenza prolungata sul suolo marziano anche in presenza di palestre attrezzate porterà a gracilismo rendendo molto difficile  per l'astronauta riadattarsi alla gravità terrestre. 
• Viste le difficoltà locali gli astronauti dovranno essere in condizioni fisiche perfette quando sbarcheranno sul pianeta. Le navi di trasporto dovranno quindi avere sistemi capaci di simulare l'attrazione gravitazionale (ad esempio una rotazione della navicella capace di creare forza centrifuga) e palestre in cui tenersi in esercizio e prevenire la perdita di massa muscolare anzitempo. 
• I primi coloni soffriranno ovviamente dell'isolamento e degli spazi stretti in cui dovranno vivere (non parliamo di mesi ma di almeno una decina di anni). A questo aggiungiamo la minore luminosità solare (inferiore del 30% rispetto a quella terrestre). L'effetto di questo insieme di agenti stressogeni è oggi monitorato sia sugli equipaggi a bordo della ISS che, sulla Terra, nella base italo-francese in Antartide (--> base Concordia); per ragioni diverse entrambi i residenti di questi avamposti vivono isolati, in ambienti ristretti e con luce artificiale per molto tempo. Lo stato di stress che può emergere in queste situazioni non è da trascurare e può anche passare inosservato fino alla comparsa deflagrante di comportamenti devianti. In caso di problemi il personale "disfunzionale" non potrà essere evacuato e riportato sulla Terra, almeno non in tempi brevi. Quindi è fondamentale prevenire o rilevare da subito la comparsa di crisi psicotiche sviluppando strumenti preventivi e di sistemi di monitoraggio comportamentale (e/o basato su marcatori metabolici dello stress). 
• Non di pari impatto ma lo stesso importanti sono i 5 minuti di ritardo tra l'invio e la consegna di un messaggio tra Terra e Marte. A questo probabilmente ci si abituerà soprattutto nella gestione delle emergenze. Le tempeste di sabbia potrebbero cancellare i collegamenti per molto più tempo anche qualora si usasse come ponte di trasmissione un satellite in orbita stazionaria intorno al pianeta.  
• I moduli abitativi saranno verosimilmente di natura modulare così da permettere facili ampliamenti quando necessario. Le componenti verranno inviate in anticipo nel sito prescelto. Le futuristiche stampanti 3D potranno ovviare alla necessità di creare pezzi di ricambio ad hoc. Altre ipotesi sui moduli abitativi prevedono il riutilizzo delle astronavi oppure materiali locali come il ghiaccio marziano pressurizzato arricchito di componenti prelevate dai moduli di atterraggio oppure strutture gonfiabili ultra resistenti o ancora moduli ottenuti comprimendo o fondendo a caldo la regolite (il suolo marziano).
• Ad oggi le aree potenzialmente idonee vengono selezionate tra candidati localizzati nella fascia temperata del pianeta, vale a dire tra le latitudini marziane 50 nord e sud.
• L'approvvigionamento di energia si baserà su fonti eoliche, geotermiche e solari così da garantire la totale autosufficienza. L'ossigeno invece potrebbe essere ricavato dalla abbondante CO2 esterna scindendola grazie ad opportune celle elettrolitiche. Sebbene i perclorati nel terreno siano tossici per la tiroide, hanno il vantaggio che una volta estratti dal terreno potrebbero essere utilizzati come componenti per il combustibile per razzi.
• Le tute per esterni potrebbero essere fatte di nanotubi di idruro di toro idrogenato, flessibili e schermanti a sufficienza per permettere di rimanere all'esterno fino a 4 ore al giorno.
• Sulla alimentazione e le coltivazioni in serre apposite molto si è scritto (vedi anche il libro "The Martian"). Diciamo che le coltivazioni idroponiche basate su illuminazioni LED giocheranno un ruolo chiave (la luce solare è inferiore, ma con radiazioni maggiori, di quella terrestre per cui le nostre piante si sono evolute). Esperimenti condotti sulla Terra con "simulazioni" di suolo marziano hanno permesso di ottenere discreti risultati su 14 varietà di vegetali tra cui pomodori, bietole e segale. Per spinaci e patate è stato necessario invece arricchire il terreno con fertilizzanti. 

Credi: NASA Ames Research Center

Insomma tutt'altro che una passeggiata anche per il più convinto tra gli adepti delle tecniche di extreme survival