Importante doppio successo per i paracadute di ExoMars Rosalind Franklin

Dopo una serie di prove parzialmente fallite nel corso del 2019 e 2020, l’ESA registra un importante passo avanti nei test sul design del paracadute da 35 metri di ExoMars Rosalind Franklin, la prima missione con la quale l’agenzia spaziale europea tenterà di portare un rover su Marte. Il paracadute è una componente fondamentale per l’atterraggio sicuro del rover, e i test una pietra miliare per restare in linea con la data di lancio fissata ad agosto 2022.

Quello che sarà il più grande paracadute mai utilizzato su Marte ha completato con successo un doppio test di apertura ad alta quota. In questo modo, sia il paracadute del primo sia quello del secondo stadio del sistema “primario” hanno dimostrato il loro corretto funzionamento.

I due test sono avvenuti in Oregon, USA, il 21 novembre e 3 dicembre scorsi. Il primo paracadute è stato fornito dall’azienda italiana Arescosmo, il secondo, identico al primo, dalla statunitense Airborne Systems.

«Entrambi i paracadute si sono dispiegati e hanno volato meravigliosamente», ha dichiarato Thierry Blancquaert, team leader ESA del programma ExoMars. «Abbiamo massimizzato le esperienze maturate con tutti i test precedenti, e con questo doppio successo, che fa seguito allo spettacolare volo del paracadute del primo stadio qualche mese fa, siamo davvero sulla buona strada verso il lancio. Abbiamo dimostrato di avere due paracadute pronti a volare su Marte».

Il team deciderà quale delle due aziende fornirà la versione di volo del paracadute con ulteriori test ad alta quota da programmarsi nel 2022, sia per il paracadute del primo che del secondo stadio. Se tutto andrà per il meglio, i piani attuali vedono Airborne System quale fornitore del paracadute del primo stadio, mentre Arescosmo dovrebbe fornire quello per il secondo stadio.

L’ESA non vanta, al momento, una grande esperienza con la progettazione e l’utilizzo di paracadute destinati a frenare l’ingresso in atmosfera marziana di sonde scientifiche, al contrario di NASA che ormai in questo campo ha maturato una leadership mondiale. Data l’assoluta importanza di questo componente del sistema di discesa, e visti i risultati non buoni delle campagne di test del 2019 e 2020, ESA ha fatto dello sviluppo di questi paracadute una priorità. Il primo successo è arrivato nel giugno del 2021, quando il paracadute costruito dalla statunitense Airborne Systems, quello destinato al primo stadio del primario, si è aperto senza rompersi.

Durante le prove del secondario fornito da Arescosmo, invece, il paracadute si era danneggiato durante l’apertura, per quanto in modo lieve e probabilmente a causa di un altro problema occorso al paracadute pilota, staccatosi prima del previsto. Nei mesi successivi ESA ha effettuato varie modifiche al design del paracadute pilota. Vari rinforzi al paracadute da 35 metri, originariamente realizzati in kevlar, sono stati sostituiti con equivalenti in nylon, un materiale che dovrebbe offrire caratteristiche di elasticità e forza più simili al tessuto del paracadute stesso, al fine di ridurre i rischi di strappo.

Gli aggiustamenti al progetto dei paracadute sono stati testati prima di tutto in una speciale camera del JPL della NASA. L’uso di questa infrastruttura di terra ha consentito, almeno in una fase iniziale, di effettuare le prove a ritmi sostenuti e scoprire eventuali anomalie macroscopiche prima di intraprendere gli esperimenti in volo d’alta quota. Questi ultimi, infatti, sono logisticamente alquanto complessi e richiedono la collaborazione delle condizioni meteorologiche, due condizioni che combinate limitano il numero di voli effettuabili in un anno.

I paracadute di prova sono portati in quota con speciali palloni stratosferici, il che comporta il rispetto di numerosi limiti. La velocità dei venti deve mantenersi entro valori restrittivi; non deve piovere e la presenza di nuvole e nebbia va evitata. Anche un livello eccessivo di umidità nell’aria è un motivo ostativo, dato che la condensa che si potrebbe formare sulla superficie espansa del pallone in quota potrebbe cadere sui contenitori dei paracadute e sulla relativa elettronica di controllo al momento dello scoppio.

Se tutti questi parametri segnano “luce verde”, viene allora dato il via libera al test. Il pallone stratosferico viene riempito con elio e fatto salire fino alla quota di 29.000 metri. Una volta che il sistema di prova si stacca dal pallone, il primo ad aprirsi è il paracadute pilota, che oltre a un rallentamento iniziale della caduta, tira fuori dalla sua sacca il primo dei due paracadute del primario, chiamato “primo stadio”. Quando il primo stadio del primario ha svolto il suo compito, viene estratto un secondo paracadute pilota, che a sua volta estrae il “secondo stadio” del primario. È quest’ultimo a guidare poi la conchiglia contenente ExoMars 2022 e la piattaforma russa che fa parte della missione.

Sequenza di rilascio dei paracadute di ExoMars 2022. Credits: ESA

«Tutte le persone coinvolte in questa campagna hanno dovuto attendere a lungo perché vi fossero le condizioni meteorologiche giuste per il test, ma siamo felicissimi del risultato», ha aggiunto Thierry. «Dopo aver recuperato i paracadute abbiamo rilevato un piccolo numero di strappi insignificanti, di circa 1 o 2 centimetri, e alcuni segni di bruciature da frizione sulle calotte di entrambi i paracadute. Possiamo tranquillamente volare senza ulteriori modifiche, anche se sono ancora possibili alcuni aggiustamenti. Osserveremo con grande attenzione i risultati dei test del prossimo anno».

I paracadute sono solo uno degli elementi di una missione molto complessa. Nel corso degli ultimi mesi sono stati fatti progressi importanti in varie aree, via via che i test funzionali si avviano alla conclusione e l’attenzione comincia a spostarsi sulla campagna di lancio da Bajkonur.

Un esempio di collaborazione internazionale

La missione ExoMars è un esempio di grande collaborazione internazionale, non solo tra aziende e istituzioni dei paesi membri dell’ESA, ma anche tra la NASA e l’agenzia spaziale europea.

Le attività di qualifica dei paracadute sono state svolte da un team coordinato dall’ESA e formato da Thales Alenia Space Italia (prime contractor per ExoMars), Thales Alenia Space Francia (responsabile per il sistema dei paracadute), Vorticity UK (progettazione e analisi dei paracadute) e Arescosmo (fabbricazione dei paracadute). Swedish Space Corporation ha fornito i servizi di lancio da Kiruna, Svezia.

L’interno dell’edificio per i test dei paracadute presso il JPL della NASA. Credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Il JPL della NASA ha fornito consulenza ingegneristica e l’accesso alle infrastrutture per le prove dinamiche di estrazione, oltre al supporto on-site tramite un contratto specifico con Airborne Systems, che è stata fornitrice dei paracadute di Mars 2020. Free Flight Enterprises, sempre negli USA, ha invece fornito il servizio di piegatura e impacchettamento dei paracadute. Near Space Corporation, infine, ha curato i servizi di lancio con palloni stratosferici nello stato dell’Oregon.

Il lancio di ExoMars 2022

La missione ExoMars 2022 sarà lanciata da un razzo Proton-M dotato del terzo stadio Breeze-M dal Cosmodromo di Bajkonur, nella Repubblica del Kazakistan, in una data da definirsi nella finestra di lancio tra il 20 settembre e il 1º ottobre 2022. Una volta atterrato nella zona di Oxia Planum tra marzo e giugno 2023, il rover Rosalind Franklin si allontanerà dalla piattaforma Kazačok, alla ricerca di siti geologicamente interessanti. Il rover effettuerà dei campionamenti del sottosuolo, per determinare se sia mai esistita vita su Marte.

ExoMars è un programma congiunto di ESA e Roskosmos, e include anche il satellite Trace Gas Orbiter, in orbita attorno a Marte dal 2016.

Fonte: ESA

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Marco Zambianchi

Ground Systems Engineer presso ESA/ESOC, ha fatto parte dei Flight Control Team di INTEGRAL, XMM/Newton e Gaia. È fondatore di ForumAstronautico.it e co-fondatore di AstronautiCAST. Conferenziere di astronautica al Planetario di Lecco fino al 2012, scrive ora su AstronautiNEWS ed è Presidente dell'associazione ISAA.