I rover di Marte

I tre tipi di rover che hanno esplorato Marte fino ad oggi. Credit: NASA.

Sono solo tre i corpi celesti dove dei veicoli sono andati in giro per la superficie: la Terra, la Luna e Marte. Sul pianeta rosso tuttavia le cose sono rese più complesse dalla distanza che impedisce una comunicazione in tempo reale con il centro di controllo a Terra. Nel corso degli anni, la conoscenza sempre più approfondita di Marte e della sua superficie ha permesso di progettare rover sempre più grandi ed efficienti nel loro lavoro, fino ad arrivare a quello che oggi sono dei veri e propri laboratori mobili interplanetari.

Gli obiettivi scientifici

Il suolo sulla Terra è molto vario, le caratteristiche possono cambiare radicalmente nel raggio di 10–100 metri sia nell’aspetto fisico, si pensi a come appaiono visibilmente sabbia, rocce, fiumi, sia e soprattutto nella composizione chimica e nella struttura geologica. Su Marte è lo stesso. Avere la possibilità di spostarsi, anche se di pochi metri, permette un’osservazione migliore della struttura del suolo e un ritorno scientifico enormemente superiore che analizzare esclusivamente il luogo di atterraggio. Scegliere il luogo ideale dove atterrare è un processo molto lungo e lento, che richiede anni di studi e dibattiti; non sempre viene scelto il luogo migliore, a volte bisogna raggiungere un compromesso tra scienza e ingegneria, la giusta via di mezzo tra volere e potere poggiarsi in una determinata zona di interesse.

Conoscere la superficie

Le prime missioni avevano restrizioni ingegneristiche maggiori di quelle scientifiche. Non era tanto importante cercare rocce con una composizione chimica particolare, quanto riuscire almeno ad arrivare su Marte. Le missioni su Marte hanno un’alta percentuale di fallimento, soprattutto per quanto riguarda quelle inviate prima del 2000. Di Marte si conosceva ancora troppo poco per riuscire a pianificare atterraggi di precisione; all’inizio era preferibile atterrare in un posto relativamente sicuro, vasto e pianeggiante, per conoscere meglio la vera struttura del terreno e per poter pianificare con più sicurezza le missioni future.

La prima immagine nitida della superficie di Marte, scattata dal lander Viking nel 1976. Credit: NASA/JPL.

Fino al 1970, infatti, non si aveva assolutamente la minima idea di cosa ci si potesse aspettare sulla superficie. Addirittura Von Braun, uno degli attori principali del programma di sviluppo spaziale statunitense, ipotizzava delle condizioni simili a quelle terrestri, solo un po’ più fredde. Era opinione diffusa che si potesse avanzare in un modo simile a quando si scia su una superficie ricoperta di neve dura, e infatti alcune delle prime pianificazioni di spedizioni su Marte, presto accantonate, si basavano su questi presupposti.

Dopo le prime missioni che riuscirono con successo a far atterrare dei lander e inviare foto della superficie sabbiosa e rocciosa di Marte, ci si rese conto che il tipo di terreno da affrontare era completamente diverso. Verso la fine degli anni 1990 iniziò la pianificazione di rover che durante gli anni 2000 e 2010 ci svelarono pian piano la vera realtà del suolo marziano, in composizione, consistenza, ostacoli, pendenze, permettendo gradualmente di preparare altri rover basati sull’esperienza precedente, sempre più affidabili, versatili e indipendenti.

Sebbene le scoperte aumentino sempre, Marte è pur sempre un pianeta, più piccolo della Terra, ma vasto e variegato. Ancora oggi la conoscenza della sua superficie e di quello che si trova pochi centimetri più sotto è limitata e anche di recente questo ha portato se non al fallimento di una missione a una limitazione sostanziale nell’utilizzo degli strumenti scientifici di un lander. Infatti il team di InSight nel 2019 e 2020 non è riuscito nel suo intento di inserire un rilevatore qualche metro sotto la superficie a causa della consistenza del terreno del tutto inaspettata che continua a rendere vani i tentativi effettuati.

Leggere un libro di storia

Il luogo ideale da esplorare tramite rover da un punto di vista puramente scientifico è qualcosa che permette di osservare come si comportava il pianeta in vari momenti della sua evoluzione, senza però dover effettuare spostamenti eccessivi o manovre ancora ritenute impossibili, come scavare decine e decine di metri sotto la superficie. Per questo motivo spesso vengono tenute in considerazioni e scelte zone di atterraggio vicino o addirittura dentro crateri d’impatto.

Video esplicativo sull’importanza dei crateri per leggere la geologia planetaria.

Per archeologi e paleontologi terrestri sarebbe bello poter scavare senza fatica per scoprire cosa è successo migliaia e milioni di anni fa; così su Marte, vista la poca disponibilità di ruspe ed escavatori, si sfrutta il lavoro effettuato da piccoli asteroidi che scontrandosi ad alta velocità col pianeta hanno letteralmente spazzato via in un batter d’occhio milioni di anni di accumuli di sedimenti geologici.

I veri tesori su Marte sono rocce stratificate scoperte, accumulatesi piano piano nel corso degli anni, ogni strato corrispondente a un periodo diverso dell’evoluzione planetaria, come se fosse la pagina di un libro che racconta i cambiamenti che ha affrontato il pianeta rosso dalla sua formazione a oggi.

Seguire l’acqua

Su Marte non c’è evidenza di forme di vita, ma non è detto che non ce ne sia stata in passato o che sia attualmente presente e nascosta sotto la superficie. Questa è sicuramente la domanda principale a cui la maggior parte degli studiosi vorrebbero rispondere: si è mai formata la vita su Marte? Cercare le prove di esistenza di attività biologica passata è difficile in un pianeta diverso dal nostro, visto che non solo non si sa se sia mai esistita veramente, ma non si conosce nemmeno minimamente di che tipo di organismi si possa trattare.

Una delle considerazioni preliminari che è stata fatta, e che ha ricevuto un supporto quasi unanime dalla comunità scientifica, è che la vita per potersi sostenere ha bisogno di acqua allo stato liquido. Sulla Terra infatti esistono forme di vita, gli organismi estremofili, che possono vivere senza luce del sole, senza ossigeno, a pressioni elevate, a temperature sopra i 100 °C o sotto i –10 °C, ma non si sono ancora trovati organismi che possono vivere e moltiplicarsi senza la presenza di acqua.

Un esempio di estremofili: i tardigradi sono microorganismi capaci di sopravvivere anche nello spazio. Credit: Wikipedia.

Basandosi esclusivamente su questo assunto, le missioni marziane dell’era moderna adottano la strategia follow the water, consistente nell’esplorare zone in cui in un lontano passato era presente in abbondanza acqua allo stato liquido. Su Marte c’erano antichi laghi, fiumi, bacini di acqua tipicamente salata e con valori di acidità molto variabili, che hanno agito fisicamente e chimicamente sulla crosta marziana. Ritirandosi l’acqua ha lasciato segni evidenti della sua presenza e forse anche qualche segno di vita microbiotica, ma ancora non ci sono sufficienti mezzi per poterli scoprire.

Storia dei rover

Il primo rover in assoluto fu il piccolo e poco conosciuto PrOP-M, arrivato su Marte assieme alla sonda russa Mars 3, alla quale era legato da una specie di cordone ombelicale, una serie di cavi per il controllo e l’alimentazione. Dopo l’atterraggio la missione durò solamente una manciata di secondi e le comunicazioni furono perse per sempre per una causa sconosciuta, ma l’agenzia spaziale sovietica poté vantarsi di essere arrivata per prima sulla superficie di Marte. Negli anni successivi altri tipi di veicoli arrivarono in prossimità di Marte: sonde in semplice sorvolo ravvicinato, orbiter per l’osservazione dall’alto o lander per misurazioni scientifiche in specifiche zone del pianeta. Fu solo dal 1997 che iniziò con successo l’esplorazione di Marte per mezzo di rover indipendenti, con Sojourner, della missione Mars Pathfinder, seguita dai celeberrimi rover gemelli Spirit e Opportunity e per finire l’ancora attivo Curiosity.

PrOP-M

Il lander Mars 3 conteneva al suo interno un piccolo robottino progettato per spostarsi sulla superficie di Marte. La missione fu un successo solo parziale, in quanto l’atterraggio avvenne sì dolcemente all’interno del cratere Ptolemaeus, ma le comunicazioni cessarono pochi secondi dopo. Successivamente si è scoperto che in quel periodo, dicembre 1971, su Marte imperversava una tempesta di sabbia globale. Il rover PrOP-M non ha avuto il tempo di uscire dal lander e iniziare la sua missione esplorativa. Il suo design tuttavia non era ottimale, gli sci con cui si sarebbe dovuto muovere non sono stati replicati in nessun altro rover successivo per l’esplorazione marziana. Ai russi rimane comunque l’onore di essere atterrati per primi sulla superficie di Marte.

Immagine di un modello ingegneristico di PrOP-M. Credit: Wikipedia.

Sojourner

Il primo rover marziano in assoluto che riuscì nell’intento di spostarsi sulla superficie fu il piccolo Sojourner della missione Mars Pathfinder. A guardarlo oggi ha un aspetto poco professionale, è poco più di un giocattolino a batteria di 65 cm che raggiunge la ridicola velocità massima di un centimetro al secondo. Eppure è stato lui che ha spianato la strada ai rover più moderni. L’obiettivo era appunto questo: mandare su Marte un dimostratore, pathfinder in inglese, per validare le tecnologie necessarie allo sviluppo di rover più performanti.

C’era davvero tanta tecnologia nuova in Mars Pathfinder, e il successo della missione non era affatto scontato. Intanto l’atterraggio era una cosa non da poco. Costruire una piattaforma con retrorazzi per far appoggiare dolcemente il rover alla superficie era inimmaginabile per i limiti di budget imposti (giustamente) a una missione puramente dimostrativa. L’idea di un sistema di atterraggio leggero fu alquanto innovativa a quei tempi, un sistema di airbag che si aprivano attorno alla sonda a pochi metri dalla superficie per attutire l’impatto e rallentare rimbalzando.

Ingresso, discesa e atterraggio

La fase finale del viaggio verso Marte è la più rischiosa. È nota come EDL, entry, descent and landing, e la sonda deve dissipare in modo graduale tutta l’energia cinetica accumulata. Entra in atmosfera a una velocità di più di 20.000 km/h e deve resistere alle fortissime temperature generate. Poi deve rallentare ulteriormente la sua velocità durante la discesa verso la superficie, fino ad azzerarla o quasi prima del contatto finale. Maggiore è la velocità di arrivo sulla superficie, maggiore è il rischio di rompere componenti delicati.

Il sistema di airbag che avvolgeva il carico della missione Mars Pathfinder viene testato su un terreno accidentato. Credit: NASA.

Per l’ingresso e la discesa si sono riutilizzate tecnologie già sperimentate precedentemente con successo con i lander Viking; per l’atterraggio si usò il già citato metodo degli airbag, che si gonfiarono a circa 350 metri dalla superficie avvolgendo interamente la sonda e permettendogli di assorbire un urto fino a 54 km/h di velocità verticale. Dopo il primo impatto con la superficie il prezioso caricò continuò a rimbalzare per almeno 15 volte prima di fermarsi. Era il 4 luglio 1997, data storica per la NASA e per gli Stati Uniti d’America, che festeggiavano oltre il successo della missione anche il 221º anniversario dell’indipendenza.

Vita e operazioni di Sojourner

Il realtà per il team da Terra c’è voluto un giorno prima di scoprire che l’atterraggio era andato bene. Quando la sonda si fermò e si aprì il sistema di airbag, su Marte era già calata la notte e il robottino alimentato a pannelli solari dovette aspettare l’alba prima di inviare il segnale di conferma dell’atterraggio con le relative prime foto. Il sol successivo Sojourner scese dal lander e percorse qualche metro nell’Ares Vallis, sancendo il record di primo rover marziano operativo e aprendo una nuova era dell’esplorazione spaziale.

Oltre alla dimostrazione tecnologica, il rover era dotato di uno strumento scientifico per l’analisi delle rocce, l’Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS), uno spettrometro per determinare la composizione chimica degli oggetti esaminati. Sojourner operava senza fretta nei movimenti e nelle operazioni scientifiche; ci volevano ben 10 ore di scansione per analizzare un singolo sasso, poiché poteva contare su una potenza elettrica generata dai pannelli solari di soli 15 watt.

Panorama con annotazioni dal lander della missione Mars Pathfinder. Sojourner è a sinistra della roccia Yogi, la più grande dell’immagine. Credit: NASA/JPL.

Il rover era programmato per durare tra 1 settimana e 1 mese, ma superò le aspettative e riuscì a essere operativo per 83 sol, quasi 3 mesi. Percorse circa 100 metri, senza mai allontanarsi per più di 12 metri dal lander di atterraggio, che usava come ponte radio per le comunicazioni.

Mars Exploration Rover (Spirit e Opportunity)

Negli anni successivi una nuova ondata di fallimenti mise in cattiva luce il piano di esplorazione di Marte della NASA. Ben due delle tre missioni successive fallirono, per motivi non degni della gloria che aveva l’agenzia spaziale statunitense. Un errore di conversione dal sistema di misura imperiale a quello internazionale compromise l’entrata in orbita del Mars Climate Orbiter e un errore addirittura non ancora individuato fece fallire l’atterraggio del Mars Polar Lander.

Il rischio di chiudere bottega per sempre su Marte spinse la NASA a tagliare finanziamenti a settori non ritenuti di fondamentale importanza e concentrare tutti gli sforzi su una missione doppia, MER (Mars Exploration Rover), due sonde gemelle da mandare sulla superficie di Marte, per aumentare le probabilità che almeno una delle due ce la facesse.

Un provvidenziale imprevisto ha prolungato la vita di Spirit: un “diavolo di sabbia” ha pulito i pannelli solari ripristinando l’efficienza a livelli adeguati per il proseguimento della missione. Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.

Non solo entrambi i rover sopravvissero al viaggio e atterrarono con successo, ma anche superarono di gran lunga l’arco temporale per il quale erano progettati di durare: a fronte di 3 mesi di vita programmata, Spirit operò per 6 anni e Opportunity per 15!

L’eredità di Mars Pathfinder

La missione MER riutilizzò gran parte delle tecnologie sperimentate con Sojourner, anche se con alcune difficoltà aggiuntive. La massa dei rover era di 185 kg, in confronto ai soli 11,5 kg di Sojourner. La navicella è stata replicata e riadattata senza troppi problemi, ma il sistema di atterraggio ha dato parecchie gatte da pelare al team del JPL di Pasadena. Il sistema di protezione termica per l’ingresso in atmosfera è rimasto praticamente identico, ma airbag e paracadute hanno richiesto un cambio radicale.

Durante le simulazioni di atterraggio effettuate a terra, molto spesso gli airbag presentavano degli strappi che non avvenivano precedentemente, a causa della massa maggiore dei nuovi rover, ed è stato necessario cambiare il materiale di cui erano composti per risolvere il problema. Inizialmente il paracadute per il rallentamento sembrava avesse bisogno solamente di un aumento della dimensione di circa il 40% senza nessuna modifica del design, ma i test fallirono ripetutamente e si dovette cambiarne leggermente il profilo per semplificare l’apertura.

Le scoperte

Spirit e Opportunity furono i primi veri e propri esploratori marziani e le loro immagini hanno permesso di rivoluzionare la conoscenza della geologia di Marte. C’è stata una grossa differenza tra gli obiettivi raggiunti dai due, e si può senza alcun dubbio dire che nonostante i rover fossero identici, Opportunity è stato la punta di diamante della missione, non solo per la durata, ma anche per la ricchezza del territorio dove è atterrato.

Un’immagine di Opportunity mostra formazioni microscopiche che necessitano di ambiente umido per crearsi. Credit: NASA/JPL/Cornell/USGS

Spirit atterrò nei dintorni del cratere Gusev, Opportunity in quelli del cratere Eagle. Entrambe le zone erano state scelte per la presunta presenza d’acqua in passato. Le immagini riportate da Spirit erano noiose e prive di interesse scientifico, tanti sassolini in un mare di sabbia. Opportunity già dalla prima immagine inviata a Terra svelò una roccia stratificata, obiettivo primario della missione scientifica. Durante la sua missione, Spirit riuscì a esplorare il territorio nei suoi dintorni percorrendo ben 7,7 km, mentre Opportunity andò ben oltre con i suoi 45,16 km, detenendo tutt’ora il primato di percorrenza per un rover extraterrestre. La sua resistenza permise di scegliere obiettivi scientifici migliori, ben lontani dal luogo di atterraggio; lasciato il cratere Eagle (22 metri di diametro) esplorò Endurance (130 m), Victoria (750 m) e alla fine il cratere Endeavour (22 km), ben 1000 volte più grande del primo visitato, una vera enciclopedia naturale di geologia.

Curiosity

Con Curiosity la NASA ha fatto un vero e proprio cambio di passo, aumentando di molto la complessità e il ritorno scientifico della missione. Si è riutilizzato ben poco dell’architettura della missioni precedenti; in proporzione era come passare da una carriola a un fuoristrada. Stavolta si doveva fare atterrare un veicolo di 900 kg su Marte, ed era chiaro che il sistema di airbag semplicemente non poteva funzionare. Anche il sistema energetico, termico e elettrico, che tiene tutt’ora in vita il rover, è stato rivoluzionato completamente, passando dai pannelli solari a un generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG), funzionante sia di giorno sia di notte.

Il carico scientifico è molto più variegato, il rover porta con sé un vero laboratorio scientifico, tanto che il nome della missione scientifica è proprio Mars Science Laboratory, con 10 strumenti scientifici a bordo e altri componenti ingegneristici per supportare gli esperimenti, come ad esempio il DRT, Dust Removal Tool, per eliminare la polvere dagli oggetti da esaminare. Al momento è l’unico rover ancora attivo su Marte e vaga alle pendici degli Aeolis Mons.

Il metodo di atterraggio

L’inserimento in atmosfera e il rallentamento con il paracadute nella prima fase della discesa è stato eseguito con tecnologie già sperimentate, scalate opportunamente alle dimensioni del carico. Ma data la grandezza e il peso del rover, era impossibile replicare un sistema di atterraggio simile ai precedenti. Questa volta gli ingegneri della NASA si sono sbizzarriti con la fantasia e hanno ideato un metodo veramente originale: poggiare delicatamente il rover al suolo con una gru… volante!

Curiosity: viaggio, EDL e operazioni sulla superficie.

La tecnica, chiamata in inglese proprio sky crane, consiste effettivamente nel calare il carico con un sistema di carrucole da una piattaforma, mentre questa rimane sospesa grazie all’aiuto di piccoli retrorazzi. Una volta poggiate le ruote al suolo, i cavi vengono rilasciati e la piattaforma volante schizza via a causa dell’improvvisa mancanza del contrappeso, schiantandosi al suolo ben lontana dal rover. Sebbene il tutto sembri molto fantasioso, il metodo ha funzionato davvero e verrà replicato per l’atterraggio del prossimo rover NASA.

L’importanza scientifica

Curiosity è la punta di diamante dell’esplorazione robotica sulla superficie di Marte. Non solo ha la possibilità di osservare i dettagli della superficie evidenziando particolari prima impossibili da notare per i suoi antenati meccanici, ma ha anche la capacità di prendere dei campioni, triturarli, polverizzarli, vaporizzarli per analizzare in dettaglio la composizione chimica all’interno del suo laboratorio. La robustezza del mezzo e la capacità di resistere alle dure condizioni marziane ha permesso di condurre esperimenti in qualunque ora del giorno e della notte e in qualunque stagione dell’anno. Il sistema di generazione di energia a radioisotopi, oltre a fornire la corrente necessaria alle operazioni, provvede anche a mantenere stabilmente la temperatura a livelli di sicurezza, grazie a un sistema di circolazione del calore prodotto dall’RTG.

Le scoperte ritenute più importanti sono quelle relative alla dimostrazione dell’esistenza di un ambiente favorevole allo sviluppo di attività biologica in passato. Curiosity ha trovato innanzitutto prove dell’esistenza di acqua in forma liquida per un periodo di tempo relativamente lungo (almeno un milione di anni) e continuativamente. Ha trovato in abbondanza elementi base fondamentali per lo sviluppo della vita, come zolfo, carbonio, azoto, ossigeno e fosforo, e anche molecole organiche più complesse, molte delle quali costituiscono dei veri misteri, come la scoperta di un ciclo del metano variabile con le stagioni di Marte tutt’ora in corso o la presenza dei tiofeni.

Un recente selfie di Curiosity che porta i segni del tempo con la polvere rossa accumulata sul dorso. Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Questo veicolo dispone anche di sensori di radiazioni (RAD, Radiation Assessment Detector) per capire meglio quali potranno essere i rischi per la salute umana se un giorno si affronterà il problema dell’esplorazione con equipaggio. I valori sono elevati a causa della mancanza di protezioni simili a quelle che ha la Terra, un’atmosfera densa e un campo magnetico forte e stabile.

I rover in preparazione

Curiosity da quest’estate si sentirà meno solo. Si apre infatti una nuova finestra di lancio verso Marte, cioè il pianeta rosso e il nostro saranno in una configurazione tale da permettere un lancio che non richieda una quantità di propellente maggiore della capacità dei razzi attuali. È un evento che si verifica più o meno ogni 26 mesi. Molte agenzie spaziali si sono adoperate intensamente per essere pronte al lancio entro luglio 2020; l’agenzia europea (ESA) in collaborazione con quella russa (Roskosmos) non ce l’hanno fatta per poco e dovranno aspettare la finestra del 2022, ma l’agenzia statunitense (NASA), quella cinese (CNSA) e quella emiratina (UAESA) sono pronte a mandare un collo su Marte. La sonda dell’UAESA è solo un orbiter e non scenderà sulla superficie marziana.

Perseverance

La missione NASA Mars 2020 consiste nel portare un nuovo rover nel cratere Jezero a febbraio del 2021. Il rover Perseverance partirà quest’estate, tra fine luglio e inizio agosto, dalla Florida a bordo di un Atlas. Perseverance è stato costruito facendo tesoro dell’esperienza di Curiosity. A prima vista i due rover potrebbero addirittura sembrare uguali e solo un occhio attento ai dettagli riuscirebbe a distinguerli. Nonostante la loro somiglianza, l’obiettivo scientifico è molto diverso, come potrebbe essere diverso il lavoro di un geologo da quello di un archeologo: entrambi scrutano il terreno in cerca di tracce del passato, ma uno per sapere come si è formato il terreno, l’altro per scoprire se là c’è stato qualcuno e cosa ha fatto. Perché Perseverance è stato creato proprio per cercare tracce di vita passata, non fossili o semplici composti organici, ma qualcosa di complessità intermedia: segni di strutture stratificate come la stomatolite terrestre, accumulate da microorganismi preistorici milioni di anni fa.

I due rover a confronto, l’unica differenza evidente risiede nelle ruote. Credit NASA/JPL-Caltech.

Ingegneria e struttura portante

Senza inventare un rover completamente nuovo, il team di Pasadena ha riciclato la maggior parte dei progetti utilizzati per il lavoro precedente per costruire un nuovo laboratorio su ruote capace di adempiere obiettivi diversi. Lo scudo termico, il sistema di generazione di energia, elettrica e termica, il sistema di comunicazione, il telaio, l’apparato motorio e molto altro sono stati rispolverati e riutilizzati, magari con qualche miglioria. È evidente il cambio di battistrada nelle ruote, dai lineamenti più morbidi, per il resto all’apparenza sono davvero molto simili.

Le funzionalità invece cambiano. Alcune leggermente, come il sistema di navigazione; quello di Perseverance è stato infatti migliorato per permettere una marcia più autonoma e indipendente dai comandi da Terra per ogni minimo dettaglio, i quali giungono con notevole rallentamento a causa dei ritardi di comunicazione. Altre invece radicalmente, come il sistema di campionamento e stoccaggio dei reperti marziani, che verranno poi depositati in alcuni punti di raccolta per essere recuperati con una missione successiva e riportati a Terra.

Preparazione al lancio

Il rover Perseverance è già in Florida pronto a partire. La finestra di lancio dura circa un mese, tra metà luglio e metà agosto, e verrà lanciato da un vettore Atlas V 541. È un razzo della ULA, United Launch Alliance; la sigla 541 indica che l’ogiva che ospita il carico è alta 5 metri, che ha 4 booster laterali (che stranamente sono disposti in modo asimmetrico attorno allo stadio principale) e che il secondo stadio possiede un solo motore. È lo stesso modello e versione di razzo che ha portato Curiosity nello spazio. Il lanciatore spingerà il carico fino all’orbita eliocentrica di trasferimento su Marte prima di separarsi dal modulo di crociera. Potranno essere necessarie delle piccole correzioni di rotta durante il viaggio.

Insieme al rover verrà lanciato anche un piccolo elicottero sperimentale semindipendente: Ingenuity. Questo velivolo sarà non solo nella stessa capsula di Perseverance, ma verrà posizionato proprio nella parte inferiore del rover stesso. I due mezzi si separeranno solo dopo l’atterraggio, esploreranno zone diverse ma rimarranno in contatto radio tra di loro.

Tianwen-1

L’agenzia spaziale cinese è ancora in attesa del primo successo di una missione su Marte. Ci aveva già provato nel 2011 con la missione Fobos-Grunt, in collaborazione con Roskosmos, ma il razzo che doveva spedire la sonda verso Marte fallì e non riuscì ad andare oltre l’orbita terrestre. Questa volta ci riprova con una missione tutta sviluppata in Cina e completa, con un orbiter un rover e un lander. La missione Tianwen-1 partirà in questa finestra di lancio estiva, probabilmente verso fino luglio, a bordo di un razzo vettore Lunga Marcia 5 dal centro spaziale di Wenchang dell’isola di Hainan, all’estremo sud della nazione.

Un modello in scala 1:4 del rover Tianwen-1 esposto al 69º Congresso Internazionale di Astronautica. Credit: Wikipedia.

Arrivo su Marte

Vista la complessità della missione, il rover della missione Tianwen-1 sarà il primo rover marziano a non atterrare direttamente sulla superficie di Marte una volta che la sonda arriverà in prossimità del pianeta rosso (metà febbraio 2021). Piuttosto passerà circa due mesi in orbita prima di intraprendere il viaggio finale, il che rende flessibile la data esatta di arrivo. La manovra di EDL prevede dei retrorazzi e i paracadute per rallentare durante la discesa in atmosfera, e una volta arrivati in prossimità della superficie un sistema di airbag si gonfierà per attutire l’impatto. Questo è possibile grazie alla massa ridotta del carico, che con lander e rover raggiunge solo i 240 kg.

La missione del rover è pianificata per soli 90 sol, lo stesso periodo per il quale era stato progettato Opportunity, ma potrebbe venir estesa se il veicolo riesce a reagire bene alle dure condizioni marziane. Esplorerà un piccolo fazzoletto di terra nella regione Utopia Planitia, la stessa dove atterrò il lander Viking 2 nel 1976, e sarà dotato di vari strumenti scientifici tra cui anche un georadar (GDR), uno strumento per l’esplorazione del sottosuolo fino a 100 metri di profondità con una tecnica radar, che viene usata comunemente sul nostro pianeta per trovare tubature interrate o reperti archeologici.

La posizione degli oggetti artificiali inviati e pianificati su Marte. Credit: The Planetary Society/E. Lakdawalla (2020).

Rosalind Franklin

Il grande assente di questa estate è il rover russo-europeo Rosalind Franklin, parte della missione ExoMars. Alcuni ritardi dovuti a test non soddisfacenti hanno costretto i dirigenti delle rispettive agenzie spaziali a posticipare il lancio di due anni, con grande delusione per molti collaboratori e fan. Il rover cercherà tracce (morfologiche e chimiche) di vita passata sotto la superficie. È dotato di un perforatore capace di penetrare nel terreno fino alla profondità record di 2 metri, nonostante le note difficoltà che esistono nello scavare in un pianeta remoto.

Il rover di per sé non è molto pesante con 310 kg di massa totale, ma atterrerà nell’Oxia Planum assieme al lander Kazačok e insieme formeranno il carico più pesante mai consegnato sulla superficie di Marte. Il sistema di atterraggio consiste in un sistema di paracadute più retrorazzi, e per questo il paracadute principale sarà il più grande mai utilizzato fuori dalla Terra, con un diametro di 35 metri; il sistema ha evidenziato qualche problema durante i test del 2019 e ancora la situazione non è stata completamente risolta.

Mars Sample Return

Per ultimo occorre citare anche un rover che attualmente non è in costruzione, ma è pianificato come completamento della missione Mars 2020. I campioni raccolti da Perseverance, infatti, verranno depositati sulla superficie e recuperati da un altro rover, al momento in fase di progettazione, che verrà lanciato per Marte nel 2026 e arriverà nel 2028 all’interno della missione Mars Sample Return. Il suo compito principale sarà di riportare i campioni verso una piccola base di lancio, opportunamente raggiunta dal rover, da dove un piccolo razzo MAV, Mars Ascent Vehicle, li abbandonerà in orbita marziana. Un orbiter dell’ESA, lanciato separatamente, li recupererà e li riporterà a Terra nel 2031, e potranno essere analizzati meglio in laboratori specializzati.

Quest’ultima missione è molto complessa e rappresenterà il culmine di un lavoro iniziato non solo con Perseverance, ma con l’intera esplorazione marziana. Ogni metro percorso da un rover, ogni sasso esaminato, ogni studio elaborato, si basano su anni di esperienze e successi delle missioni precedenti. Non sarà possibile portare campioni a Terra se la missione Mars 2020 fallirà, non sarebbe stato possibile partire nel 2020 se Curiosity non fosse stata una missione di successo. Non si conoscerebbe molto dei luoghi di atterraggio senza le preziosissime foto fornite dagli orbiter. Quello che verrà dopo su Marte non si sa ancora, le ambizioni sono enormi ma la base scientifica per poter realizzare qualunque passo in sicurezza deve essere forte.

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