Contdown to Mars


Il Rover Perseverance in una ricostruzione della NASA

Il 18 febbraio 2021 assisteremo ad un evento che potrebbe inaugurare la nuova generazione di missioni verso Marte e segnare la storia dell’esplorazione umana dello spazio: la conclusione del viaggio iniziato il 30 luglio dello scorso anno della missione Mars 2020 che sta compiendo in direzione di Marte. Missione che è composta di due elementi: Perseverance (perseveranza), un rover delle dimensioni di un SUV, e Ingenuity(ingegno), un vero e proprio mini-elicottero/drone. Questi due veicoli non sono i primi a dirigersi verso il pianeta rosso: sono stati infatti numerosi i tentativi di raggiungere l’orbita o la superficie di Marte, alcuni fallimentari, altri di notevole successo. Negli ultimi anni, la missione che ha riscontrato più clamore è stata sicuramente la Mars Science Laboratory che dal 2012 vede impegnato il rover Curiosity nell’analizzare la geochimica del terreno ed il funzionamento del clima, caratterizzato da eventi atmosferici particolarmente complessi. Il suo obiettivo più importante, già raggiunto con successo, era documentare la presenza degli elementi chimici necessari a permettere il potenziale sviluppo della vita su Marte (ossigeno, azoto, zolfo, fosforo e carbonio tra i principali). Nonostante la durata prevista della missione fosse di soli due anni, Curiosity è ancora in funzione malgrado i sempre più frequenti problemi tecnici dovuti alle condizioni estreme del terreno e del clima. Proprio sulla base di questa precedente missione, la NASA (in collaborazione con la ESA, l’Agenzia Spaziale Europea, e con altre agenzie nazionali) ha avuto modo di concepire un secondo rover che andasse a migliorare tutte quelle criticità che Curiosity ha evidenziato in questi anni di esplorazione: Perseverance.


Gli obiettivi della missione Mars2020 sono molteplici ma tutti estremamente ambiziosi: il principale è sicuramente quello di raccogliere campioni superficiali di materiale e farli giungere intatti sulla Terra .


La missione

I due veicoli si andranno ad unire alla flotta di satelliti e rover già presenti intorno o su Marte e che interagiscono tra di loro per permetterci di comprendere passato e presente di questo pianeta. Grazie alle informazioni che saremo in grado di raccogliere con la nuova missione, avremo la possibilità di sviluppare le necessarie tecnologie per ambire a fare ricerca in prima persona sulla superficie di Marte. L’obiettivo di riuscire a mandare esseri umani su Marte porrà le basi proprio sulle informazioni che Perseverance e Ingenuity riusciranno a fornirci.


Ma come faranno a raggiungere la superficie e quali sono di preciso i loro compiti?


Scopriamolo.


L’atterraggio

La questione dell’atterraggio è estremamente complessa. Visto il successo di Curiosity, verrà utilizzato nuovamente lo stesso protocollo di discesa. Va sottolineato innanzitutto che una prima importante sfida sarà quella di sopperire ad un’atmosfera molto meno densa di quella terrestre che invece assicurerebbe una discesa più controllata. La navicella contenente Perseverance entrerà nell’atmosfera marziana ad una velocità di 20,000 km/h e dovrà resistere alle estreme temperature (fino a 1,300° C) che l’attrito con l’aria provocherà. Per contrastare questo calore e proteggere il contenuto della navicella verrà utilizzato uno “scudo termico” apposito. Superata questa prima fase, la velocità verrà ulteriormente ridotta con un enorme paracadute del diametro di oltre 20 metri (qui il paragone con una persona). Successivamente, appositi propulsori termineranno la fase di rallentamento e si posizioneranno sul sito di atterraggio. Quando verrà raggiunta un’altezza di circa 20 metri, Perseverance verrà letteralmente calato sulla superficie tramite cavi. Tutto il processo, dall’entrata nell’atmosfera all’atterraggio, durerà 7 minuti e verrà gestito in autonomia unicamente tramite intelligenza artificiale. Le informazioni che riceveremo impiegheranno infatti 15 minuti a percorrere i circa 200 milioni di chilometri che separeranno Marte e la Terra il 18 febbraio. Il sistema di intelligenza artificiale Terrain-Relative Navigation sfrutterà un complesso sistema di fotocamere per valutare la qualità del terreno ed eventualmente correggere la traiettoria dell’atterraggio. Saranno inoltre presenti due microfoni, i primi a giungere su Marte, funzionali ad assicurare un ulteriore criterio di valutazione di quanto accadrà sia nei minuti concitati dell’atterraggio sia nel prosieguo della missione. In questa pagina della NASA potete approfondire il processo e vederne una simulazione.


Rappresentazione dell'istante in cui Perseverance viene calato sulla superficie di Marte dalla navicella dotata di micro propulsori.

L’atterraggio avverrà all’interno del Cratere Jezero. Questo luogo è considerato strategico dagli scienziati: miliardi di anni fa costituiva un enorme delta che riversava le acque di un fiume nel lago che oggi corrisponde proprio al cratere. Si ritiene quindi che sulla superficie ormai arida del fondale sia possibile rinvenire depositi mineralogici di rilevante importanza, originatisi anche in aree particolarmente distanti dal cratere stesso e trasportate sul fondale del lago dalla corrente.


Perseverance

Come detto, gli ideatori di Perseverance hanno sfruttato l’esperienza maturata con il rover Curiosity per effettuare importanti miglioramenti. La principale miglioria riguarda sicuramente il nuovo layout delle ruote che è stato modificato dopo che Curiosity ha dimostrato quanto il terreno roccioso di Marte sia accidentato e impervio. Inoltre, le tecnologie che guideranno Perseverance durante le sue esplorazioni sono state migliorate in maniera significativa (vedi la Terrain-Relative Navigation in primis). Gli strumenti di cui è dotato Perseverance sono molteplici: sarà presente un radar per studiare il terreno sottostante e la sua conformazione, delle particolari fotocamere dotate di zoom ottici, capaci di riprendere nel dettaglio luoghi altrimenti inaccessibili, particolari strumenti per studiare la composizione chimica di materiale raccolto e una sorta di “centralina meteo” chiamata MEDA (Mars Enviromental Dynamics Analyzer). Questo strumento studierà la composizione della polvere presente nell’atmosfera, il clima, i venti e le pericolose radiazioni solari che raggiungono la superficie di Marte. Tutte le informazioni raccolte saranno utilizzare per adeguare le tute e il materiale che verrà utilizzato per le future missioni con umani.


Dettaglio delle ruote di Curiosity. Si possono notare i danni causati dal terreno impervio

Un ulteriore strumento chiamato MOXIE (Mars Oxigen ISRU Experiment) servirà per determinare se è possibile produrre ossigeno a partire dall’anidride carbonica. Quest’ultimo gas compone infatti per il 95% l’atmosfera di Marte mentre l’ossigeno, seppur effettivamente presente, costituisce solo lo 0.174%. Con la possibilità di produrre in loco ossigeno respirabile si eviterebbe in futuro di doverlo portare fisicamente dalla Terra. Se questo obbiettivo sarà un successo, gli scienziati prevederanno di poter iniziare una sorta di stoccaggio di ossigeno in particolari serbatoi spedendo uno strumento simile a MOXIE ma 100 volte più grande. Inoltre, l’ossigeno prodotto potrebbe essere utilizzato anche come propellente per eventuali razzi che dovranno fare ritorno sulla Terra, per i quali ci sarà bisogno di innovativi metodi di rifornimento. Un successo di MOXIE avrebbe quindi conseguenze estremamente importanti e pratiche per le future esplorazioni.


Infine, Perseverance avrà soprattutto il compito di raccogliere materiale roccioso e riempire con esso delle particolari fiale in titanio. Queste fiale verranno depositate sul terreno e saranno in un secondo momento raccolte e spedite verso la Terra. Vedremo a breve come funzionerà il processo di recupero e come gli scienziati sperano di riuscire ad ottenere per la prima volta del materiale raccolto su un altro pianeta.


Ingenuity

Se in passato sono già stati fatti volare palloni aerostatici su altri pianeti, questo piccolo elicottero sarà il primo oggetto più pesante dell’aria a volare nell'atmosfera di un pianeta diverso dalla Terra. L'aria nella quale (si prevede) riuscirà volerà sarà il 99% meno densa di quella terrestre. Questo rende chiaro il suo obiettivo: dimostrare che sia effettivamente possibile volare anche in condizioni di aria tanto rarefatta. Per fare ciò si affiderà alla sua massa ridotta, pari a solo 1.8 kg, e ad una coppia di eliche in grado di raggiungere le 2,400 rotazioni al minuto. Al Jet Propulsion Laboratory (NASA) hanno condotto svariati esperimenti per assicurare le più elevate probabilità di successo, testandolo nelle più sfavorevoli condizioni di volo. Su Marte i ricercatori avranno una finestra temporale di 30 giorni marziani, approssimativamente lo stesso numero di giorni terrestri, per effettuare 5 voli concepiti dal più semplice (essenzialmente riuscire ad alzarsi in volo e riatterrare) fino a voli più complessi e lunghi.


Se la missione risulterà un successo aprirà la strada a una nuova generazione di veicoli per l’esplorazione di Marte i quali potranno muoversi a velocità decisamente maggiori rispetto ai moderni rover, coprendo distanze considerevoli. Perseverance è in grado di raggiungere infatti una velocità massima di 152 m/h che non lo rende sicuramente idoneo a raggiungere grandi distanze in poco tempo come invece potrebbe fare un drone apposito. Inoltre, un veicolo più complesso ed in grado di volare, potrebbe essere in grado di addentrarsi nelle numerose caverne presenti sulla superficie che rappresentano spazi altrimenti inaccessibili per un veicolo su ruote. Queste sono ritenute dagli scienziati una fonte inestimabile di differenti strati rocciosi risalenti a miliardi di anni fa.


Durante il viaggio che sta compiendo è "stivato" all’interno di Perseverance e dopo che questo sarà atterrato verrà calato a sua volta sulla superficie.


Il principale obiettivo: recuperare dei campioni

Tra tutti gli ambiziosi obiettivi che i responsabili della missione si sono posti, quello del recupero di campioni di materiale provenienti dalla superficie di Marte è sicuramente il più importante sia per la rilevanza scientifica che i campioni avrebbero, sia per la complessità del sistema di recupero. Sulla Terra, infatti, avremmo la possibilità di utilizzare gli strumenti di analisi più avanzati a disposizione e che non possiamo spedire su Marte con alcun mezzo.


Per quanto riguarda il sistema di recupero, esistono al momento varie ipotesi. La più realistica e probabile è quella che nasce dalla collaborazione tra la NASA e la ESA (l’Agenzia Spaziale Europea). Secondo questa iniziativa congiunta è previsto che nel 2026 venga spedito su Marte un lander composto di due elementi: un rover, di dimensioni più ridotte rispetto a Perseverance più agile e veloce, ed una vera e propria “base di lancio” chiamata Mars Ascent Vehicle (MAV). La missione prevede che questo rover raccolga le fiale di titanio che Perseverance ha depositato sulla superficie e che le porti nel sito in cui è atterrato per poi depositarle all’interno della “base di lancio”. Da qui partirà un mini-razzo che le spedirà in orbita. Una volta lanciati, i campioni dovranno essere avvicinati da una terza missione, la Earth Return Orbiter Mission, composta da un satellite il cui compito sarà quello di intercettare lo speciale contenitore, della grandezza di una palla da basket, e assicurarlo al proprio interno.

Nell’orbita di Marte.

Con la sola guida dell’intelligenza artificiale.

A milioni di chilometri dalla Terra.


Se tutto ciò avvenisse con successo, il satellite sarebbe pronto a fare ritorno sulla Terra insieme al prezioso carico, indicativamente nel 2031.


Come è possibile intuire, tutto ciò dipenderà in primo luogo dal successo di Perseverance e di Ingenuity il cui lungo e tortuoso cammino (e volo) avrà inizio il 18 febbraio con il loro ingresso nell’atmosfera di Marte.

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