Marte sulla Terra all’inizio del prossimo decennio

Mars Sample Return: campioni di roccia marziana sulla Terra. Credits: ESA

La Mars Sample Return Mission è una missione destinata a raccogliere campioni di roccia e polvere dalla superficie di Marte e riportarli sulla Terra per condurre analisi di laboratorio. È il risultato di una decennale collaborazione tra NASA ed ESA che vedrà l’impiego delle tecnologie più avanzate per ottenere, già dai prossimi anni ’30, dei campioni “in purezza” del pianeta rosso, ovvero perfettamente integri e incontaminati (circostanza particolarmente studiata dalla NASA negli scorsi anni e tuttora in fase di perfezionamento). Secondo il parere delle agenzie spaziali la missione rappresenterà un notevole passo avanti per la futura esplorazione umana del pianeta.

Un breve descrizione della missione:

La tecnologia necessaria

Per raccogliere i campioni saranno necessari differenti veicoli altamente sofisticati e specializzati, progettati da NASA ed ESA. Il primo veicolo, già in viaggio verso Marte, è il rover Perseverance della NASA. Il rover avrà il compito di estrarre campioni di suolo marziano per mezzo di un carotatore (con funzionamento simile a quelli usati sulla Terra per estrarre campioni di terreno/roccia) e di conservarli in appositi tubi campionatori. Una volta estratti, i campioni verranno lasciati sulla superficie marziana per essere successivamente raccolti dal secondo rover in gioco, il Sample Fetch Rover (SFR) dell’ESA, parte costituente del Sample Retrieval Lander (SRL). Dei bracci robotici del Sample Retrieval Lander, denominati Sample Transfer Arm (STA), dovranno collocare i tubi campionatori in un apposita capsula all’interno del Mars Ascent Vehicle (MAV) della NASA, terzo veicolo della missione, destinato al lancio in orbita dei campioni.

Il quarto protagonista sarà l’Earth Return Orbiter (ERO), un veicolo spaziale dell’ESA che orbiterà intorno a Marte ed effettuerà un rendez-vous per recuperare i campioni presenti nella capsula appositamente progettata dalla NASA per garantire condizioni adiabatiche e una temperatura di –10 °C per l’intero viaggio di ritorno. Una volta “catturata” la capsula, l’Earth Return Orbiter inizierà il suo viaggio di rientro verso la Terra. Raggiunta l’orbita terrestre la capsula verrà quindi rilasciata.

Ecco la capsula della NASA finalizzata alla raccolta dei tubi campionatori (nel video la fase di apertura e chiusura della capsula sono state velocizzate per semplicità di comprensione).

Un’approfondita revisione del programma

Per la riuscita della missione, a metà agosto 2020 la NASA ha istituito l’Indipendent Review Board (IRB), un consiglio indipendente di esperti in ambito scientifico e ingegneristico destinato a un’accurata revisione del progetto. Il 29 ottobre 2020 l’IRB ha pubblicato il suo rapporto finale nel quale, riconoscendo la difficoltà tecnica e il colossale impegno profuso, è stato emesso un parere positivo sulla missione – con tanto di elogio per il lavoro svolto dalle due agenzie spaziali nell’ambito della ricerca e della collaborazione reciproca. L’IRB ha riconosciuto inoltre un grande potenziale alla missione, sottolineando l’importanza delle possibili scoperte sul progresso scientifico a scala planetaria.

Il rapporto contiene 44 raccomandazioni riguardanti la gestione delle risorse e dei costi, la programmazione e la cooperazione tra le due agenzie spaziali, nonché riguardo ad alcuni aspetti tecnici. Il 10 novembre 2020 la NASA ha pubblicato le proprie risposte al rapporto dell’IRB, accogliendone le raccomandazioni e dando avvio alla fase di coordinamento finale della missione.

È la prima volta che una missione viene sottoposta in fase preliminare ad una revisione così approfondita. In passato processi simili furono condotti per missioni in uno stato di programmazione già avanzato.

I punti essenziali del rapporto di revisione

Nel proprio rapporto l’IRB sottolinea la necessità di raggiungere la massima integrazione operativa tra i sistemi di gestione di NASA ed ESA per massimizzare i risultati del programma, anche attraverso l’istituzione di uffici congiunti tra le due agenzie. Particolare attenzione è stata data allo sviluppo del Sample Transfer Arm (STA) progettato dall’ESA. Poiché questo è uno dei punti più “delicati” della missione, l’IRB ha sottolineato l’importanza di procedere a una sua valutazione incrociata da parte di NASA ed ESA per minimizzare i rischi e massimizzarne l’efficienza.

Un’apposita sezione del rapporto di revisione è dedicata alle priorità scientifiche del programma. Al riguardo l’IRB raccomanda di costituire un team di valutazione delle operazioni di campionamento per la selezione dei campioni da portare sulla Terra: per questo le due agenzie spaziali istituiranno un dipartimento denominato Return Sample Science (RSS), integrato peraltro nel Perseverance Science Team della missione Mars 2020, per garantire un migliore coordinamento delle attività del veicolo raccoglitore Sample Fetch Rover (SFR).

Il rapporto contiene ulteriori raccomandazioni tecniche sul Mars Ascent Vehicle (MAV) e sull’Earth Return Orbiter (ERO), nonché alcune considerazioni e raccomandazioni circa la programmazione delle attività e la gestione dei costi.

Le criticità emerse

L’importanza della programmazione rende questa missione particolarmente complessa. In aggiunta ai normali vincoli di pianificazione derivanti dalla meccanica orbitale nelle missioni interplanetarie, la missione dovrà infatti affrontare i vincoli connessi alla vita operativa del rover Perseverance e del Sample Fetch Rover (SFR) così come i modelli meteorologici stagionali di Marte, che limitano il numero di possibili finestre di lancio dell’Earth Return Orbiter (ERO) e del Sample Retrieval Lander (SRL). Secondo il rapporto dell’IRB, le finestre compatibili con i requisiti della missione saranno disponibili nel 2027 e 2028 anziché nel 2026, come previsto dalla NASA.

L’IRB prevede inoltre un incremento dei costi di circa 1 miliardo di dollari, per un totale di 3,8–4,4 miliardi (sono esclusi da questa stima i costi di analisi, conservazione e trattamento dei campioni, una volta arrivati sulla Terra).

Infine viene evidenziato un disallineamento dei programmi di sviluppo dell’Earth Return Orbiter (ERO) e della capsula per la conservazione dei campioni, circostanza che potrebbe minare la riuscita del programma. Questa considerazione è stata prontamente accolta dalla NASA, che congiuntamente all’ESA effettuerà la sincronizzazione dei due programmi.

Fonti

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Manuel De Luca

Ingegnere Civile e studioso di Geologia applicata. Formazione come Pilota Privato (Licenza PPL). Attivo nell'ambito della ricerca in Ingegneria Strutturale, con particolare riferimento ai fenomeni reologici e alle tensostrutture.