Nel 2012, il progetto “Mars One”, guidato da un’organizzazione no-profit olandese, ha annunciato l’intenzione di stabilire la prima colonia umana sul Pianeta Rosso entro il 2025. La missione avrebbe inizialmente inviato quattro astronauti in un viaggio di sola andata su Marte, dove avrebbero trascorso il resto della loro vita costruendo il primo insediamento umano permanente.

È una visione audace, in particolare dal momento che Mars One afferma che l’intera missione può essere costruita su tecnologie già esistenti. Come afferma il suo sito web, stabilire umani su Marte sarebbe “il prossimo passo da gigante per l’umanità.”

Ma gli ingegneri del MIT dicono che il progetto potrebbe essere necessario fare un passo indietro, almeno a riconsiderare la fattibilità tecnica della missione.

I ricercatori del MIT hanno sviluppato uno strumento dettagliato insediamento-analisi per valutare la fattibilità della missione Mars One, e ha scoperto che saranno necessarie nuove tecnologie per mantenere gli esseri umani in vita su Marte.

Ad esempio, se tutto il cibo è ottenuto da colture coltivate localmente, come prevede Mars One, la vegetazione produrrebbe livelli non sicuri di ossigeno, il che scatenerebbe una serie di eventi che alla fine causerebbero il soffocamento degli abitanti umani. Per evitare questo scenario, dovrebbe essere implementato un sistema per rimuovere l’ossigeno in eccesso, una tecnologia che non è ancora stata sviluppata per l’uso nello spazio.

Allo stesso modo, il Mars Phoenix lander scoperto prove di ghiaccio sulla superficie marziana nel 2008, suggerendo che i futuri coloni potrebbero essere in grado di sciogliere il ghiaccio per l’acqua potabile — un altro Marte Un obiettivo. Ma secondo l’analisi del MIT, le attuali tecnologie progettate per” cuocere ” l’acqua dal suolo non sono ancora pronte per la distribuzione, in particolare nello spazio.

Il team ha anche eseguito un’analisi integrata del rifornimento di pezzi di ricambio-quanti pezzi di ricambio avrebbero dovuto essere consegnati a una colonia marziana ad ogni occasione per andare avanti. I ricercatori hanno scoperto che man mano che la colonia cresce, i pezzi di ricambio dominerebbero rapidamente le consegne future su Marte, costituendo fino al 62% dei carichi utili dalla Terra.

Per quanto riguarda l’effettivo viaggio su Marte, il team ha anche calcolato il numero di razzi necessari per stabilire i primi quattro coloni e gli equipaggi successivi sul pianeta, così come il costo del viaggio.

Secondo il piano Mars One, sarebbero necessari sei razzi Falcon Heavy per inviare rifornimenti iniziali, prima dell’arrivo degli astronauti. Ma la valutazione del MIT ha rilevato che il numero di essere ” eccessivamente ottimista”: Il team ha stabilito che le forniture necessarie avrebbero invece richiesto 15 razzi Falcon Heavy. Il costo di trasporto per questa parte della missione da solo, combinato con il lancio degli astronauti, sarebbe di billion 4,5 miliardi — un costo che crescerebbe con equipaggi aggiuntivi e rifornimenti su Marte. I ricercatori dicono che questa stima non include il costo di sviluppo e l’acquisto di attrezzature per la missione, che aumenterebbe ulteriormente il costo complessivo.

Olivier de Weck, un professore del MIT di aeronautica e astronautica e sistemi di ingegneria, dice che la prospettiva di costruire un insediamento umano su Marte è eccitante. Per rendere questo obiettivo una realtà, tuttavia, richiederà innovazioni in una serie di tecnologie e una prospettiva rigorosa sistemi, dice.

“Non stiamo dicendo, in bianco e nero, che Mars One è irrealizzabile”, dice de Weck. “Ma pensiamo che non sia davvero fattibile sotto le ipotesi che hanno fatto. Stiamo indicando tecnologie che potrebbero essere utili per investire con priorità elevata, per spostarle lungo il percorso di fattibilità.”

“Una delle grandi intuizioni che siamo stati in grado di ottenere è stato solo quanto sia difficile tirare fuori questo,” dice studente laureato Sydney Do. “Ci sono così tante incognite. E per dare a chiunque la fiducia che stanno per arrivare lì e rimanere in vita-c’è ancora un sacco di lavoro che deve essere fatto.”

Do e de Weck hanno presentato la loro analisi questo mese al Congresso Astronautico Internazionale di Toronto. Co-autori includono studenti laureati MIT Koki Ho, Andrew Owens, e Samuel Schreiner.

Simulando una giornata su Marte

Il gruppo ha adottato un approccio basato sui sistemi nell’analizzare la missione Mars One, valutando prima vari aspetti dell’architettura della missione, come il suo habitat, i sistemi di supporto vitale, i requisiti dei pezzi di ricambio e la logistica dei trasporti, quindi osservando come ogni componente contribuisce all’intero sistema.

Per la porzione di habitat, Do simulato la vita quotidiana di un colono di Marte. Sulla base del programma di lavoro tipico, livelli di attività, e tassi metabolici degli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), Do stimato che un colono avrebbe dovuto consumare circa 3.040 calorie al giorno per rimanere in vita e in buona salute su Marte. Ha poi determinato colture che avrebbero fornito una dieta ragionevolmente equilibrata, tra cui fagioli, lattuga, arachidi, patate e riso.

Do ha calcolato che produrre abbastanza di queste colture per sostenere gli astronauti a lungo termine richiederebbe circa 200 metri quadrati di area di crescita, rispetto alla stima di Mars One di 50 metri quadrati. Se, come prevede il progetto, le colture vengono coltivate all’interno dell’habitat dei coloni, hanno scoperto che produrrebbero livelli di ossigeno non sicuri che supererebbero le soglie di sicurezza antincendio, richiedendo l’introduzione continua di azoto per ridurre il livello di ossigeno. Nel corso del tempo, ciò esaurirebbe i serbatoi di azoto, lasciando l’habitat senza un gas per compensare le perdite.

Mentre l’aria all’interno dell’habitat continuava a fuoriuscire, la pressione atmosferica totale diminuiva, creando un ambiente oppressivo che soffocava il primo colono entro 68 giorni stimati.

Le possibili soluzioni, dice Do, potrebbero includere lo sviluppo di una tecnologia per estrarre l’ossigeno in eccesso o isolare le colture in una serra separata. Il team ha anche considerato l’utilizzo di azoto estratto dall’atmosfera marziana, ma ha scoperto che farlo richiederebbe un sistema proibitivamente grande. Sorprendentemente, l’opzione più economica trovata era quella di fornire tutto il cibo richiesto dalla Terra.

” Abbiamo scoperto che trasportare cibo è sempre più economico che coltivarlo localmente”, dice Do. “Su Marte, hai bisogno di sistemi di illuminazione e irrigazione, e per l’illuminazione, abbiamo scoperto che richiede 875 sistemi a LED, che falliscono nel tempo. Quindi è necessario fornire pezzi di ricambio per questo, rendendo il sistema iniziale più pesante.”

Torcendo le manopole

Come il team ha scoperto, pezzi di ricambio, nel corso del tempo, sarebbe sostanzialmente gonfiare il costo delle missioni iniziali e future su Marte. Owens, che ha valutato il rifornimento di pezzi di ricambio, ha basato la sua analisi sui dati di affidabilità derivati dai registri di riparazione della NASA per determinati componenti sulla ISS.

“L’ISS si basa sull’idea che se qualcosa si rompe, puoi chiamare casa e ottenere rapidamente una nuova parte”, afferma Owens. “Se vuoi un pezzo di ricambio su Marte, devi inviarlo quando una finestra di lancio è aperta, ogni 26 mesi, e poi aspettare 180 giorni per arrivarci. Se si potesse fare pezzi di ricambio in-situ, che sarebbe un enorme risparmio.”

Owens punta a tecnologie come la stampa 3-D, che potrebbero consentire ai coloni di produrre pezzi di ricambio su Marte. Ma la tecnologia così come esiste oggi non è abbastanza avanzata per riprodurre le dimensioni e le funzioni esatte di molte parti spaziali. L’analisi del MIT ha rilevato che le stampanti 3-D dovranno migliorare a passi da gigante, altrimenti l’intera infrastruttura di insediamento di Marte dovrà essere ridisegnata in modo che le sue parti possano essere stampate con la tecnologia esistente.

Mentre questa analisi potrebbe rendere il programma Mars One scoraggiante, i ricercatori dicono che lo strumento di analisi degli insediamenti che hanno sviluppato potrebbe aiutare a determinare la fattibilità di vari scenari. Ad esempio, piuttosto che inviare equipaggi in viaggi di sola andata sul pianeta, quale sarebbe il costo complessivo della missione se gli equipaggi venissero occasionalmente sostituiti?

“Mars One è un’idea piuttosto radicale”, dice Schreiner. “Ora abbiamo costruito uno strumento con cui possiamo giocare e possiamo ruotare alcune delle manopole per vedere come cambia il costo e la fattibilità della missione.”

Tracy Gill, un technology strategy manager presso la NASA, dice che lo strumento potrebbe essere applicabile per valutare altre missioni su Marte, e punta ad alcuni scenari che il gruppo potrebbe voler esplorare utilizzando lo strumento di insediamento-analisi.

“Questo può fornire un vantaggio ai pianificatori di missione consentendo loro di valutare uno spettro più ampio di architetture di missione con maggiore fiducia nella loro analisi”, afferma Gill, che non ha contribuito alla ricerca. “Tra queste architetture ci sarebbero opzioni che vanno dalla coltivazione completa di tutti gli alimenti in situ con sistemi bioregenerativi, al confezionamento di tutti i prodotti alimentari dalla Terra, a varie combinazioni di questi due estremi.”

Alcuni degli studenti di questo progetto sono stati supportati da borse di studio della NASA.