Arrivare su Marte sarebbe soltanto metà del problema. Per una missione con equipaggio, la parte più delicata inizierebbe dopo l’atterraggio: mantenere gli astronauti in salute, produrre o conservare abbastanza propellente, decollare dalla superficie, raggiungere l’orbita marziana e affrontare il lungo viaggio verso la Terra.
Non esiste una legge della fisica che renda impossibile tornare da Marte. NASA, ESA e altri enti studiano da decenni missioni di andata e ritorno. Ma rispetto a una missione di sola andata, ogni chilogrammo necessario al ritorno moltiplica massa, energia, complessità e punti di possibile guasto. È questo il vero motivo per cui riportare un equipaggio sulla Terra è molto più difficile che farlo arrivare sul Pianeta Rosso.
Perché tornare da Marte è più difficile che arrivarci
Un veicolo diretto verso Marte può partire dalla Terra sfruttando un grande lanciatore, infrastrutture a terra, rifornimenti e squadre tecniche. Una volta sul pianeta, tutto cambia. Il veicolo di risalita deve essere già disponibile, funzionante e sufficientemente rifornito quando arriva il momento di partire.
NASA considera il ritorno una parte centrale della propria architettura Moon to Mars. Nella documentazione dedicata al Mars Architecture Trade Space, l’agenzia sottolinea che non ha mai eseguito un’ascesa orbitale dalla superficie marziana, neppure con un veicolo robotico. Una missione umana richiederebbe quindi di realizzare un’operazione mai tentata prima, con margini di errore estremamente ridotti.
La tirannia dell’equazione del razzo
Il problema parte da un principio fondamentale dell’astronautica: per accelerare una massa serve propellente, ma anche il propellente ha massa e deve essere trasportato. Aggiungere carburante significa quindi richiedere altro carburante per muovere quello già aggiunto.
È il motivo per cui l’equazione del razzo di Tsiolkovsky viene spesso descritta come una tirannia. Non significa che una missione di ritorno sia impossibile, ma spiega perché portare dalla Terra tutto ciò che serve per ripartire da Marte sarebbe estremamente penalizzante.
NASA ha studiato diverse architetture per ridurre questa massa. Alcune prevedono di inviare il veicolo di risalita e parte dell’infrastruttura prima dell’equipaggio. Altre puntano sulla produzione locale di una parte del propellente. In entrambi i casi, il principio è lo stesso: evitare che ogni risorsa necessaria al ritorno debba essere lanciata dalla Terra insieme agli astronauti.
| Problema | Perché complica il ritorno |
|---|---|
| Propellente | Deve essere trasportato o prodotto su Marte in quantità elevate |
| Veicolo di risalita | Deve restare operativo per mesi prima del decollo |
| Energia | Serve per habitat, sistemi vitali e produzione delle risorse |
| Finestra orbitale | Terra e Marte devono trovarsi nella geometria corretta |
| Salute dell’equipaggio | Radiazioni e gravità ridotta agiscono per centinaia di giorni |
Produrre ossigeno su Marte potrebbe cambiare tutto
Una delle soluzioni più promettenti è usare direttamente le risorse marziane. L’atmosfera di Marte è composta in gran parte da anidride carbonica, da cui può essere estratto ossigeno.
NASA lo ha già dimostrato con MOXIE, l’esperimento installato sul rover Perseverance. Tra il 2021 e il 2023 il dispositivo ha prodotto ossigeno dall’atmosfera marziana in 16 esperimenti. È stata una dimostrazione su piccola scala, ma ha provato che il principio funziona nelle condizioni reali di Marte.
Secondo NASA, l’ossigeno liquido prodotto sul posto potrebbe rappresentare oltre il 75% della massa di propellente necessaria per alcune architetture di esplorazione umana. Il salto di scala, però, sarebbe enorme: un sistema destinato a un equipaggio dovrebbe lavorare per mesi, immagazzinare grandi quantità di ossigeno e continuare a funzionare nonostante freddo, polvere e forti escursioni termiche.
Acqua e ghiaccio diventano risorse strategiche
Il sottosuolo marziano potrebbe fornire un’altra risorsa essenziale: acqua. Su Tech abbiamo analizzato le nuove mappe che stimano dove potrebbe trovarsi il ghiaccio nel sottosuolo di Marte. Per una futura base non servirebbe soltanto per bere. Acqua e anidride carbonica potrebbero entrare in processi industriali destinati a produrre ossigeno e combustibili.
Qui nasce però un nuovo problema. Una missione che dipende dalle risorse locali deve essere certa che esse siano disponibili nella quantità prevista e che gli impianti siano operativi prima che gli astronauti ne abbiano bisogno. Per questo molte architetture ipotizzano di inviare sistemi robotici in anticipo, avviarli e verificare che abbiano prodotto abbastanza risorse prima della partenza dell’equipaggio dalla Terra.
Non si può semplicemente ripartire quando si vuole
Terra e Marte orbitano intorno al Sole a velocità differenti. Le configurazioni più favorevoli per i trasferimenti interplanetari si ripetono indicativamente ogni 26 mesi.
Questo non significa che un astronauta perda necessariamente ogni possibilità di ritorno per 26 mesi se qualcosa va storto, perché esistono diverse traiettorie e architetture. Significa però che la geometria orbitale impone vincoli molto più severi rispetto a una missione lunare.
Nelle missioni che sfruttano traiettorie a energia relativamente bassa, la permanenza può durare centinaia di giorni. NASA ha studiato configurazioni con circa 500 giorni sulla superficie, mentre architetture differenti cercano di ridurre il tempo totale lontano dalla Terra. Ne abbiamo parlato anche nella guida su quanto tempo serve per arrivare su Marte.
Radiazioni e gravità ridotta: il problema è accumulativo
Marte non possiede un campo magnetico globale paragonabile a quello terrestre e la sua atmosfera offre una protezione molto inferiore. Durante il viaggio e sulla superficie, l’equipaggio sarebbe esposto a radiazioni ionizzanti provenienti dal Sole e dai raggi cosmici galattici.
La gravità marziana è inoltre circa il 38% di quella terrestre. Sappiamo dalle missioni in microgravità che muscoli, ossa e sistema cardiovascolare cambiano durante permanenze prolungate nello spazio. Non sappiamo ancora con precisione come il corpo umano reagirebbe a centinaia di giorni a gravità marziana seguiti da un altro lungo viaggio e dal ritorno a 1 g.
Questo non autorizza a concludere che il ritorno sarebbe fatale. Significa che una missione marziana esporrebbe l’organismo a una sequenza di ambienti gravitazionali mai sperimentata da esseri umani. È uno dei motivi per cui NASA considera salute e prestazioni dell’equipaggio parte integrante dell’architettura della missione.
Il vero punto critico è che il sistema deve funzionare senza soccorsi rapidi
La distanza cambia anche il concetto di emergenza. Sulla Luna, pur con enormi difficoltà, un eventuale rientro può essere pianificato nell’ordine dei giorni. Da Marte un’interruzione della missione può richiedere mesi.
Non esiste inoltre un rifornimento rapido dalla Terra. Un componente critico guasto, un impianto di produzione del propellente fermo o un problema al veicolo di risalita non possono essere risolti inviando immediatamente un nuovo sistema.
Per questo una missione umana richiederebbe ridondanza, ricambi, capacità di manutenzione autonoma e sistemi in grado di diagnosticare i guasti localmente. È lo stesso problema più ampio affrontato nel nostro approfondimento su cosa serve per rendere possibile una missione umana su Marte.
Quindi una missione su Marte sarà di sola andata?
No, non necessariamente. Le architetture studiate dalle agenzie spaziali prevedono il ritorno dell’equipaggio e non esiste un ostacolo fisico che lo impedisca. Il problema è trasformare una catena di tecnologie possibili in un sistema abbastanza affidabile da affidargli vite umane a centinaia di milioni di chilometri dalla Terra.
Il ritorno richiede che molte cose funzionino insieme: energia, habitat, supporto vitale, propellente, veicolo di risalita, navigazione, rendez-vous orbitale e veicolo interplanetario. Alcune tecnologie sono mature, altre sono state dimostrate soltanto in scala ridotta, altre ancora non sono mai state utilizzate su Marte.
È questo che rende il viaggio di ritorno la parte più difficile della prima missione umana sul Pianeta Rosso. Non perché Marte sia una prigione senza uscita, ma perché per lasciare un altro pianeta dovremo costruire, trasportare e far funzionare una seconda infrastruttura di lancio lontanissima da casa.
