ESA: i piani a lungo termine per l’esplorazione di Luna e Marte

Credit: ESA.

È passato quasi un anno dall’approvazione del budget triennale dell’Agenzia Spaziale Europea, che grazie a un sostanzioso aumento unanime da parte delle nazioni contribuenti ha portato una boccata di ossigeno ai conti ESA, la quale può permettersi di pianificare eventi con un orizzonte temporale più a lungo termine. Ed è proprio di questo che ha bisogno l’esplorazione spaziale: fondi, certezze e una visione di lungo termine. Soprattutto quando si parla di Marte o della Luna, i due corpi celesti (oltre alla Terra) più studiati in assoluto, dove una singola spedizione robotica ormai porta limitati benefici se non inserita nel contesto di un programma internazionale.

In questa direzione si stanno muovendo molte delle maggiori agenzie spaziali del nostro pianeta. Non più una singola missione, ma un framework, un programma, un’infrastruttura o più semplicemente un contesto dove sfruttare quanto fatto dalle missioni precedenti per porre una base per quelle future. Qualcosa di simile a quello che ha fatto la ISS nell’ultimo ventennio per lo sviluppo delle attività spaziali in orbita bassa, un esempio unico di infrastruttura multifunzionale nata dalla partnership di diverse agenzie spaziali.

Luna

Il Lunar Gateway, il programma Artemis e gli Artemis Accords, il Commercial Payload Lunar Service, la base lunare cinese, sono tutti esempi di cosa ci potrà riservare questo decennio per quanto riguarda l’esplorazione lunare. Si tratta di grandi progetti, da realizzare in collaborazione e non in competizione, per facilitare lo sviluppo di missione scientifiche (e non solo) sul nostro satellite naturale, basati su infrastrutture e accordi multilaterali per semplificare, per quanto possibile, le complesse attività lunari.

L’ESA contribuisce a questa spedizione sulla Luna in vari modi. Prima di tutto collabora con i vecchi partner della stazione spaziale (quasi tutti) per la realizzazione del Lunar Gateway. Il 14 ottobre l’ESA ha annunciato a tal proposito importanti contratti assegnati in occasione dell’IAC 2020, l’International Astronautical Congress, il più grande evento annuale di astronautica, quest’anno realizzato solamente on-line. Sarà Thales Alenia Space a occuparsi della costruzione di I-HAB e ESPRIT, due moduli del Gateway.

Il primo, I-Hab, International Habitation Module, è un modulo abitativo che verrà realizzato dalla divisione italiana di Thales Alenia Space con una commessa dal valore di 327 milioni di euro. Non è un caso che questo contratto sia stato assegnato proprio in Italia: è a Torino infatti che è stato costruito circa il 50% dello spazio abitativo della Stazione Spaziale Internazionale. Le esigenze in orbita lunare saranno leggermente diverse, per via delle condizioni ambientali differenti, le radiazioni in primis, ma l’esperienza acquisita negli anni passati costituirà un’ottima base da cui partire. Al momento si prevede che I-Hab verrà lanciato nel 2026.

Il secondo, ESPRIT, European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications, verrà realizzato dalla divisione francese della stessa azienda. È un modulo più piccolo rispetto al precedente ma con diverse funzionalità fondamentali, come i sistemi di telecomunicazione, che devono essere inviati il prima possibile, per questo il modulo stesso verrà diviso e lanciato in due parti, la prima programmata per il 2023, che verrà agganciata temporaneamente al modulo HALO, la seconda solo nel 2027. ESPRIT avrà anche una piccola finestra simile a quella della cupola della ISS.

Presentazione del ritorno sulla Luna con Artemis 3.

La collaborazione tra ESA e NASA per il programma Artemis, invece, è incentrata sul modulo di servizio (ESM) della capsula Orion. Questa non è una novità recente, infatti è già in costruzione il terzo di questi moduli. Orion verrà lanciata con il lanciatore super-pesante SLS, di cui si attende da anni il debutto che sfortunatamente viene posticipato con frequenza, e che per ora è programmato per la fine del 2021. Il terzo volo del programma, Artemis 3, pianificato per il 2024, riporterà per la prima volta dalle missioni Apollo un equipaggio sulla superficie della Luna. Orion è importante anche per il Gateway Lunare, in quanto sarà il taxi che farà da spola tra la Terra e l’orbita lunare. In futuro l’ESA è intenzionata a sviluppare un proprio servizio cargo verso questa destinazione, Cis-Lunar Transfer Vehicle (CLTV).

Un’altra iniziativa lunare tutta europea è EL3, European Large Logistic Lander. Si tratta di un lander lunare in grado di portare 1,3 tonnellate sulla superficie della Luna. Sarà indipendente dal Gateway e potrà essere lanciato direttamente da un lanciatore Ariane 6 da Kourou. Il lander non è pronto, ma sono state selezionate recentemente due aziende per il completamento del design, Airbus e Thales Alenia Space. Successivamente ESA selezionerà il miglior progetto per la realizzazione. Orientativamente l’Agenzia Spaziale Europea programma di eseguire tra 3 e 5 missioni con il lander EL3 nel prossimo decennio. In linea con la tendenza attuale, queste missioni non saranno indipendenti dai programmi spaziali elencati sopra, ma ne forniranno un supporto logistico prezioso.

Ricostruzione di un viaggio di EL3 verso la Luna con diversi scenari di missione.

Marte

Per il pianeta rosso le cose sono molto più complicate e fanno sembrare i programmi precedenti una passeggiata. L’ESA ha attualmente solo un programma di esplorazione robotica in corso, ExoMars, e uno pianificato, Mars Sample Return.

ExoMars è in collaborazione con Roskosmos ed è stata lanciata nel 2016 con l’orbiter TGO e lo sfortunato lander Schiaparelli, che per un errore software non fece un atterraggio morbido. Per il 2022 è previsto il secondo lancio della missione, con il lander Kazačok e il rover Rosalind Franklin.

Ben più complessa è la missione Mars Sample Return, che tecnicamente è già iniziata, e si prefigge l’obiettivo finale di riportare a Terra campioni di suolo marziano. Brevemente, in questo momento un rover NASA è in viaggio verso Marte, Perseverance. Una volta atterrato, raccoglierà dei campioni di suolo che metterà in delle provette e li lascerà sulla superficie in posti selezionati. In futuro un altro rover, SFR, Sample Fetch Rover, raccoglierà le provette. Un piccolo razzo di ritorno, MAV, Mars Ascent Vehicle, le porterà in orbita marziana e una sonda in attesa, ERO, Earth Return Orbiter, le riporterà a Terra.

SFR avrà solo 4 ruote e dimensioni ridotte, comparabili a un vecchio classico mezzo di locomozione usato sulla Terra. Copyright: Airbus.

Il ruolo di ESA in questa missione è la costruzione del rover per il recupero e della sonda per il ritorno a Terra. Airbus è l’azienda incaricata di progettare e costruire entrambi i veicoli per ESA. Il rover, ancora in fase di studio da parte degli ingegneri di Airbus, sarà più piccolo e veloce di Perseverance e di Rosalind Franklin. Avrà solo 4 ruote e non 6 come i suoi colleghi marziani in quanto i campioni verranno depositati in posti facilmente accessibili e non sarà necessaria la versatilità che danno le due ruote aggiuntive. Riuscirà a percorrere fino a 200 metri al giorno in (quasi) completa autonomia. Sarà alimentato a pannelli solari e dovrà svolgere il suo compito in soli 6 mesi. Verrà lanciato nel 2026 da un razzo statunitense non ancora precisato, insieme con il lander e il MAV, e atterrerà solo nel tardo 2028, seguendo un’orbita molto più lunga del solito trasferimento alla Hohmann per arrivare su Marte dopo il rischio previsto di tempesta di sabbia globale a inizio 2028.

L’altro contratto assegnato ad Airbus per questo programma è ERO, per un valore di 491 milioni di euro. ERO è decisamente l’orbiter marziano più grande mai progettato finora, con una massa totale di 6 tonnellate e pannelli fotovoltaici estesi per ben 144 m². ERO avrà un compito mai tentato nella storia dell’esplorazione planetaria: catturare una piccola sfera metallica in orbita marziana e portarla a Terra. L’orbiter partirà a bordo di un razzo Ariane 6 da Kourou nel 2026, leggermente dopo il lancio di SFR, ma arriverà prima su Marte in quanto non è soggetto alle restrizioni climatiche di superficie che limitano la traiettoria del rover. Farà da transponder principale per i mezzi di superficie e attenderà che si compiano le attività, recupero dei campioni, stoccaggio dentro l’OS, Orbiting Sample, e lancio col MAV in un’orbita marziana a 300 km di quota.

Cattura e consegna a Terra dei campioni di suolo marziano da parte di ERO.

ERO dovrà afferrare l’OS, una palla delle dimensioni di quella da pallacanestro, un gesto non semplice come quello di un cestista terrestre, in quanto dovrà individuare l’oggetto da molto lontano ed eseguire una manovra di rendez-vous, il tutto in modo completamente indipendente a milioni di chilometri dal centro di controllo a Terra. Una volta catturato il bersaglio, dovrà inserirlo in un involucro per la protezione da contaminazioni biologiche, e porre il tutto all’interno dell’EEV, Earth Entry Vehicle, in tutto e per tutto un ulteriore contenitore del preziosissimo carico alieno. Questo evento dovrebbe avvenire, se tutto va bene, nel 2029.

ERO dovrà quindi aspettare l’allineamento planetario opportuno dettato dalle leggi della meccanica orbitale per poter eseguire una manovra di inserimento in orbita di trasferimento verso la Terra, nel tardo 2030. L’anno successivo approccerà la Terra ed espellerà l’EEV che rientrerà in atmosfera e atterrerà nello Utah (USA). ERO invece non rientrerà, ma continuerà a vagare nello spazio in un orbita eliocentrica tra 1 e 1,5 unità astronomiche dal Sole.

L’affidabilità per questa missione è un punto chiave, da cui l’ESA non può prescindere. Il contraente potrà usare solo tecnologie già sperimentate con successo nello spazio (TRL 9, Technology Readiness Level). Verranno usate, tra le altre cose, tecnologie di rendez-vous già usate da ATV per attraccare sulla ISS e sistemi di navigazione ottica che verranno testati con la prossima missione del programma Cosmic Vision, JUICE.

L’ESA quest’anno ha assegnato 1,3 miliardi di euro di contratti in totale per queste iniziative, una somma che salirà fino a quasi 3 miliardi entro la fine dell’anno prossimo, a sottolineare l’impegno europeo per l’esplorazione planetaria.

Fonti:

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Gianmarco Vespia

La scienza è importante. Ne ho fatto parte tanti anni fa, ma ho dovuto abbandonare la carriera. In Italia manca il supporto agli scienziati, in molti modi: sostegno, fiducia, credibilità, rispetto e finanziamenti. ISAA mi ha dato la possibilità di diventare divulgatore e di raggiungere un pubblico interessato e appassionato in questo piccolo settore che è l'astronautica. La scienza si muove troppo in silenzio, occorre pazienza e attenzione per capirla e apprezzarla, per spiegarla alle nuove generazioni, appassionarle e permettergli di costruire un futuro migliore per sé e per il mondo intero.