Immaginate una spedizione umana che non si limiti a raggiungere un singolo pianeta, ma che tocchi due mondi distinti nel profondo sistema solare in un unico, audace viaggio. Questo è il cuore di un innovativo concetto di missione chiamato Human-Crewed Interplanetary Transport Architecture (HUCITAR). Questa architettura di missione multiplanetaria propone l’esplorazione sia di Marte che del pianeta nano Cerere (il corpo più grande nella fascia principale degli asteroidi) in una singola spedizione umana. Rappresenta un significativo passo avanti nella pianificazione dell’espansione umana nel sistema solare.
L’architettura della Missione: un progetto di quasi cinque anni
La missione, concettualizzata da un team di ingegneri tra cui Ramesh Kumar V., Raviteja Bheemavarapu e Malaya Kumar Biswal M., è stata presentata alla 56ª Lunar & Planetary Science Conference (2025 LPSC). L‘architettura di missione delineata prevede un viaggio della durata di circa 4.6 anni (o approssimativamente 4 anni e sette mesi). L’equipaggio sarà composto da sei astronauti. La fattibilità di implementare una missione di questo tipo per il periodo 2040-2050 è stata esplorata, considerando la maturità tecnologica, la cooperazione internazionale e i finanziamenti necessari. Questo studio evidenzia anche il ruolo emergente dell’India nella concettualizzazione di missioni avanzate nello spazio profondo. Questo concetto ambizioso, che spinge i confini della pianificazione missioni attuale, combina approcci pragmatici con soluzioni innovative.
La missione si articola in quattro fasi distinte:
- Partenza dall’orbita terrestre (LEO): Prevista per luglio 2035, sei astronauti iniziano il loro viaggio dallo spazio vicino alla Terra. Il transito interplanetario verso Marte dura tra i 192 e i 258 giorni (circa 6.5-8.5 mesi).
- Esplorazione della superficie di Marte: All’arrivo su Marte, previsto per marzo 2036, tre astronauti scendono sulla superficie marziana utilizzando un lander riutilizzabile per condurre attività di esplorazione. Per questa fase è necessario un habitat a lungo termine. Gli altri tre astronauti si preparano per il trasferimento verso Cerere. Marte funge da punto di sosta strategico (o punto di scalo) per ottimizzare il consumo di carburante (o l’efficienza del carburante).
- Esplorazione della superficie di Cerere: Il trasferimento da Marte a Cerere dura circa 574 giorni. Gli astronauti che si dirigono verso Cerere partono da Marte intorno ad aprile 2036. Sono previsti arrivare e atterrare a Cerere circa a novembre 2037. Dopo circa 46 giorni di esplorazione su Cerere, i tre astronauti iniziano il viaggio di ritorno verso Marte, un altro transito di 574 giorni. Questo ritorno è previsto intorno all’agosto 2039.
- Ritorno sulla Terra: Al loro arrivo su Marte, i tre astronauti di ritorno da Cerere si ricongiungono con gli altri tre (dopo l’ascesa da Marte e la cattura orbitale marziana). L’equipaggio al completo di sei astronauti parte da Marte intorno all’8 agosto 2039. Il transito verso la Terra dura circa 192-258 giorni, con l’arrivo previsto sulla Terra intorno al 23 aprile 2040.
Questa sequenza meticolosamente orchestrata sottolinea la complessità e la resistenza richieste per una missione interplanetaria di successo che abbraccia più corpi celesti.
Aspetti tecnici e traiettorie
Dal punto di vista tecnico, l’architettura di missione è attentamente progettata per ottimizzare i requisiti di delta-v (il cambiamento di velocità necessario per le manovre) e garantire la sicurezza e il successo del viaggio. Le traiettorie e i relativi dati sono cruciali per dimostrare la fattibilità di un’architettura di esplorazione interplanetaria.
Sono state esplorate diverse traiettorie utilizzando strumenti come il problema di Lambert, i porkchop plots e lo strumento open-source DIT-42 della NASA.
- Trasferimento Diretto (Terra-Cerere): È stata simulata una traiettoria diretta Terra-Cerere. Con propulsione chimica convenzionale e orbite di trasferimento di Hohmann, richiederebbe un transito medio di ~472.65 giorni (andata e ritorno) con un delta-v totale di circa 11.2 km/s. La durata totale della missione potrebbe arrivare a ~945 giorni (due vie).
- Traiettoria Terra-Marte-Cerere: Questa traiettoria si allinea con le preferenze della missione ed è identificata come quella ottimale. Implica due fasi di “accensione” (burn phases). Il viaggio dalla Terra a Marte (Burn-1) dura circa 258 giorni con un delta-v massimo di circa 5.59 km/s, sebbene l’ottimizzazione per la cattura marziana più rapida richieda circa 3.75 km/s. Il trasferimento Marte-Cerere (Burn-2) si estende per circa 574 giorni, richiedendo un delta-v massimo di circa 6.1 km/s per il viaggio di andata. Il ritorno da Cerere a Marte richiede un delta-v medio di circa 6.1 km/s. Il trasferimento da Marte alla Terra richiede un delta-v massimo di 5.59 km/s, ma può essere ottimizzato a circa 1.27 km/s. Il delta-v cumulativo per il trasferimento di sola andata Terra-Marte-Cerere ammonta a 11.7 km/s. Questa traiettoria mitiga la sfida delle manovre di cattura orbitale con requisiti elevati di delta-v.
- Traiettorie di Lambert: Un altro piano basato sulle traiettorie di Lambert sfrutta un allineamento orbitale favorevole nel 2035. Prevede un lancio a giugno 2035, con l’equipaggio di Cerere che continua verso il pianeta nano a dicembre 2035 (dopo un rendezvous in orbita marziana) e ritorna a Marte a dicembre 2037 per raccogliere l’equipaggio marziano, per un rientro sulla Terra nel 2040. La durata totale della missione per questo scenario è di circa 4.25 anni.
Per quanto riguarda i sistemi di propulsione, l’analisi si basa in gran parte sui sistemi di propulsione chimica convenzionale, ma si indica che un sistema di propulsione termica nucleare (NTP) sarebbe più che sufficiente.
Per affrontare le sfide della comunicazione su lunghe distanze, viene suggerito il dispiegamento di un Orbiter di Rilancio Comunicazioni Marte-Cerere, simile al Mars Relay Network. Manovre strategiche di aerobraking/aerocapture a Marte sono considerate per ridurre il fabbisogno di propellente. È interessante notare che i trasferimenti Marte-Cerere e Cerere-Marte si ripetono su un ciclo di 9 anni, il che offre flessibilità per adattare la missione in base alle future capacità dei razzi.
Gli autori precisano che, in questo documento, non affrontano le strategie di mitigazione per l’esposizione a lungo termine alle radiazioni o alla microgravità, concentrandosi sui requisiti tecnici, il propellente e le traiettorie ottimali. I team intendono simulare traiettorie avanzate in futuro, incorporando le posizioni esatte dei pianeti e date precise. Le strategie di mitigazione, basate sull’evoluzione tecnologica (es. centrifughe, sezioni rotanti, ibernazione), seguiranno.
Un traguardo ambizioso
Questa architettura di missione multiplanetaria, il concetto HUCITAR, è presentata come un traguardo storico nell’espansione della presenza umana nello spazio in modo che le fonti iniziali descrivono come “costo-efficace e a basso rischio”. Pianificata con meticolosa cura e rigore scientifico, offre un quadro completo per l’esplorazione di Marte e Cerere. Questo concetto ambizioso potrebbe influenzare studi futuri e la pianificazione delle missioni.
Stefano Camilloni
