Oggi il “clou” della missione NASA Mars 2020: lanciata il 30 luglio è in dirittura d’arrivo su Marte, e porterà sul Pianeta Rosso il quinto rover americano, Perseverance, e il primo drone elicottero Ingenuity, la prima macchina che tenterà di volare su Marte.
Il touchdown è previsto alle 21:55 ora italiana, con atterraggio in programma nel cratere Jezero, che in passato ha ospitato l’antico delta di un fiume che potrebbe essere stato in grado di sostenere la vita. Perseverance esplorerà il cratere per almeno un anno, che equivale a quasi due anni terrestri, per cercare tracce di vita o provare che l’antico fiume fosse davvero un ambiente in grado di ospitarla, analizzando il suolo e raccogliendo campioni di roccia che saranno portati sulla Terra da una futura missione di recupero, Mars Sample Return.
La missione NASA è la 3ª a raggiungere il pianeta questo mese, dopo la missione Hope degli Emirati Arabi e Tianwen-1 della Cina (la prima prevede una sonda in orbita e la seconda un orbiter, un lander e un rover).
L’atterraggio su Marte, “7 minuti di terrore”
Durante l'”ammartaggio”, il rover si tufferà nella sottile atmosfera marziana, protetto dal suo scudo termico a una velocità di circa 20mila km orari. Saranno circa 7 minuti da brivido durante i quali un paracadute rallenterà la caduta nella prima fase, poi toccherà ai razzi, che saranno responsabili della discesa controllata. A pochi metri dal suolo, una sorta di gru aerea calerà il rover con una carrucola posandolo dolcemente sulle sue 6 ruote sul terreno del cratere Jezero.
Va sottolineato che atterrare su Marte non è un’impresa facile: tutte le sonde inviate sul Pianeta Rosso devono affrontare le insidie che si celano nella delicata procedura di avvicinamento alla superficie. La NASA ha stimato che solo il 40% delle missioni inviate sul pianeta sono sopravvissute all’impatto con il suolo: uno dei problemi principali riguarda la presenza di un’atmosfera rarefatta, circa l’1% di quella terrestre, che non fornisce la resistenza utile per rallentare la corsa di una sonda verso la superficie con il solo paracadute, come invece accadrebbe atterrando sulla Terra.
Dall’ingresso in atmosfera fino al touchdown trascorrono circa 7 minuti, “7 minuti di terrore“, come li ha chiamati più volte la NASA (i membri del team Curiosity soprannominarono così i 7 minuti di attesa e concitazione durante i quali il rover effettuava la delicatissima fase “Entry, Descent and Landing”).
Mars 2020: focus sulla fase finale “Entry, Descent and Landing”
La fase finale EDL (Entry, Descent and Landing, cioè ingresso in atmosfera, discesa e atterraggio) inizierà 10 minuti prima dell’ingresso nell’atmosfera: le complesse operazioni avranno inizio con la separazione dello stadio utilizzato in fase di crociera per eventuali manovre di correzione (inclusi pannelli solari, serbatoio carburante e componenti per le comunicazioni radio utilizzate durante il lungo viaggio). Sulla superficie giungerà solamente il guscio di protezione con dentro il rover e lo stadio utilizzato per frenare la discesa.
L’ingresso in atmosfera farà sentire immediatamente i suoi effetti, rallentando il mezzo e allo stesso tempo riscaldando il guscio esterno che raggiungerà un picco di circa 1.300°C dopo soli 80 secondi. Lo scudo termico proteggerà il rover in questa delicata fase. In caso di leggere deviazioni dalla traiettoria, interverranno piccoli propulsori posteriori per modificare l’angolo di ingresso e la direzione.
Dai 20mila km/h iniziali con cui la capsula entrerà nell’atmosfera superiore marziana si passerà a circa 1.600 km/h, momento in cui verrà aperto il paracadute supersonico.
Essendo le tempistiche fondamentali, assumerà grande importanza una nuova tecnologia chiamata “Range Trigger“, che consente di calcolare la distanza del mezzo dalla zona di atterraggio e di aprire il paracadute nel momento ideale.
L’apertura del paracadute avverrà circa 4 minuti dopo l’ingresso in atmosfera ad un’altitudine di circa 11 km, quando la velocità sarà di 1.512 km/h. Venti secondi dopo avverrà la separazione dello scudo termico, esponendo per la prima volta il rover all’atmosfera marziana.
A rallentare del tutto Perseverance non sarà solo il paracadute: ad un certo punto verrà rilasciato e si attiveranno i razzi frenanti, 8 motori posizionati all’interno del guscio di protezione che saranno puntati verso il basso.
L’accensione degli 8 motori frenanti sarà attivata a circa 2.100 metri di altezza e in questa fase avverrà la separazione dal guscio di protezione posteriore: la discesa non sarà perfettamente verticale, ma piuttosto laterale, per evitare che il paracadute e il guscio di protezione superiore possano colpire accidentalmente il rover.
L’azione frenante dei motori continuerà fino alla velocità di discesa finale, circa 2,7 km/h.
Quando il rover si troverà a 20 metri d’altezza, circa 12 secondi prima dell’atterraggio, sarà la volta della manovra finale “Skycrane”: dei cavi di nylon discenderanno il mezzo attraverso delle guide di uscita per 6,4 metri, e il rover attiverà il suo sistema di mobilità, bloccando le “gambe” e le ruote in posizione di atterraggio.
Quando Perseverance toccherà la superficie, delle lame attivate con esplosivo taglieranno le corde liberando il rover, mentre il razzo di discesa si allontanerà.
A differenza di Curiosity, Perseverance è ben equipaggiato dal punto di vista audiovisivo: per la prima volta potremo vedere nel dettaglio anche la fase di discesa. Una telecamera montata sul guscio di protezione del rover mostrerà il dispiegamento dei paracadute, ed un’altra unità mostrerà invece l’avvicinamento.
Le caratteristiche e gli strumenti di Perseverance
Il rover Perseverance è basato sul celebre rover Curiosity: le dimensioni del nuovo rover (circa 2 metri di lunghezza, 2,7 metri di larghezza e 2,2 metri di altezza) sono molto simili a quelle di Curiosity, nonostante pesi circa 126 kg in più del suo predecessore. Come Curiosity, anche questo nuovo rover è dotato di un generatore termoelettrico a radioisotopi, il MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator), in grado di fornire una durata operativa di circa 14 anni: converte il calore scaturito dal decadimento degli isotopi di plutonio-238 in energia elettrica, consentendo al rover di operare liberamente di notte o durante le tempeste di sabbia marziane. Come fonti d’energia di supporto, il rover dispone anche di due batterie ricaricabili agli ioni di litio.
I principali strumenti scientifici di Perseverance sono:
- MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) è un esperimento il cui scopo è quello di ricavare ossigeno molecolare dall’anidride carbonica presente nell’atmosfera;
- MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) è composto da una serie di sensori che raccoglierà dati su pressione, umidità, intensità e direzione dei venti e caratteristiche fisiche della polvere;
- RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment) è un radar il cui scopo è ottenere informazioni dettagliate del suolo e della struttura geologica;
- SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) è uno spettrometro laser che opera nella luce ultravioletta, il cui scopo è rilevare composti organici;
- PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) è uno spettrometro X in grado di ottenere immagini ad altissima risoluzione e fornire analisi dei materiali presenti sulla superficie;
- Mastcam-Z è un sistema di camere stereoscopiche e panoramiche d’ausilio per le operazioni di Perseverance e potranno determinare i minerali presenti sulla superficie del pianeta;
- SuperCam raccoglierà immagini ed effettuerà analisi della composizione chimica e minerale del suolo;
- Ingenuity, il primo prototipo di elicottero marziano.
Focus su Ingenuity, il drone-elicottero
Inizialmente chiamato Mars Helicopter Scout e poi soprannominato Ingenuity da una ragazza di 11 anni, il drone-elicottero pesa 2 kg ed è dotato di una fusoliera delle dimensioni di circa 20 cm X 16 cm X 14 cm, rotori in fibra di carbonio lunghi poco più di un metro ed è equipaggiato con antenne, un pannello solare, sensori e telecamere.
Si tratta di un dimostratore tecnologico il cui scopo è verificare la possibilità di praticare il volo a motore su Marte: in caso di successo, potrà aprire la strada a future missioni sul pianeta con elicotteri di seconda generazione.
Ingenuity ha affrontato il lungo viaggio verso Marte agganciato al rover Perseverance, protetto da uno scudo, e non verrà impiegato subito dopo l’arrivo: la data del suo primo volo è attualmente prevista il 19 marzo.
Ingenuity può volare fino a 5 metri di altezza e spostarsi per una distanza massima di 300 metri, ma nel primo test non andrà lontano: ogni volo può durare fino a un minuto e mezzo, “non male se si pensa che il primo volo di un elicottero sulla terra, avvenuto oltre un secolo fa, durò 12 secondi“, ha osservato la NASA.
Il mini elicottero volerà in autonomia sulla base di alcuni comandi che riceverà.
Mars 2020: come seguire l’atterraggio in diretta
I drammatici minuti più rischiosi dell’intera missione Mars 2020, cioè ingresso in atmosfera, discesa e atterraggio (EDL) potranno essere seguiti in diretta, grazie a un live trasmesso dalla NASA: le operazioni potranno anche essere seguite su MeteoWeb, dove pubblicheremo un articolo con gli aggiornamenti minuto per minuto.
Di seguito le principali tappe e il link video della NASA:
- Il commento degli esperti inizierà alle 20:15 ora italiana. Gli ingegneri daranno conferma del successo delle varie fasi (in considerazione del fatto che il segnale deve viaggiare per 11 minuti prima di raggiungere la Terra, gli eventi si verificheranno 11 minuti e 22 secondi prima di quanto elencato di seguito);
- 21:28 – separazione dello stadio di crociera;
- 21:48 – ingresso in atmosfera;
- 21:49 – massimo attrito con l’atmosfera, picco di calore;
- 21:52 – dispiegamento del paracadute;
- 21:52 – separazione dello scudo termico, circa 20 secondi dopo il dispiegamento del paracadute;
- 21:54 – separazione dello scudo termico posteriore, attivazione del “jetpack” e dei retrorazzi;
- 21:55 – discesa del rover con cavi di nylon, touchdown.
Per approfondire:
