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Missione MSR 2020 - Ecco come porteremo a casa frammenti di Marte

Missione MSR 2020 - Ecco come porteremo a casa frammenti di Marte

#SistemaSolare giovedì 13 febbraio 2020

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Missione MSR 2020 - Ecco come porteremo a casa frammenti di Marte
Una missione pionieristica porterà sulla terra campioni di rocce marziane. Ecco come si svolgerà e come verranno gestiti i rischi di contaminazione da batteri marziani.

Nel 2031 l'ardua e stravagante missione Mars Sample Return (MSR), messa a punto dalla NASA e dall'ESA, potrebbe portare sulla terra per la prima volta del materiale prelevato dalla superficie di Marte.
Questo permetterà agli scienziati di mettere le mani su campioni geologici incontaminati prelevati dalla superficie non solo di un altro pianeta, ma dall'unico che probabilmente un tempo ha ospitato la vita oltre alla Terra.
Ma la sua realizzazione e la sua riuscita, oltre a fare tesoro di quanto appreso nei viaggi spaziali precedenti, deve anche affrontare modalità ancora pionieristiche e problemi di navigazione spaziale mai affrontati fino ad ora.
E, fatto estremamente nuovo per le agenzie spaziali, dovranno gestire i rischi di contaminazione da parte di eventuali organismi marziani nei confronti della Terra.
La missione avrà un costo di 7 miliardi di dollari, che non sono ancora stati stanziati, e poco meno di 10 anni di tempo per la realizzazione di tutti i componenti, che come vedremo tra poco, dovranno collaborare e coordinarsi senza il minimo errore.

Ecco come la Nasa e l'ESA intendono riuscire in questa impresa unica.

Il sistema di sonde


La missione Mars Sample Return (MSR) sarà composta da 4 componenti spaziali robotizzati.

Il primo è il rover Mars 2020, già pronto per il lancio.
Una volta atterrato sul pianeta con modalità simili ai suoi predecessori, avrà il compito di prelevare i campioni dalla superficie di Marte.

Il secondo componente è il Mars Ascent Vehicle della NASA.
Attualmente è ancora in fase di realizzazione, ed entrerà in missione qualche tempo dopo.
Il suo compito sarà quello di portare all'esterno dell'atmosfera di Marte i campioni prelevati dal rover Mars 2020.
Si tratta di un razzo autonomo che segnerà l'inizio del viaggio di ritorno dei preziosi campioni.

Il terzo componente è il Sample Fetch Rover dell'ESA.
Il suo compito sarà quello di prendere in consegna i campioni prelevati dal rover Mars 2020 e di consegnarli al razzo Mars Ascent Vehicle, che si occuperà di portarli fuori dall'atmosfera marziana.
Questo robot dovrà avere una precisione ed una intelligenza tale da riuscire ad effettuare operazioni con un alto tasso di sincronismo nei confronti del rover Mars 2020 e del razzo Mars Ascent Vehicle.

Il quarto componente è l'Earth Return Orbiter.
Attualmente è ancora in fase di progettazione, ma concettualmente dovrà prelevare i campioni trasportati fuori dall'atmosfera dal razzo Mars Ascent Vehicle, e portarli fino alla Terra.
Inoltre dovrà funzionare da antenna per le poche ma essenziali comunicazioni tra i rover in superficie e la Terra.

Le fasi della missione


Prima di tutto va detto che ripensando alla storia esplorativa di Marte, piena di catastrofici insuccessi, anche la missione Mars Sample Return (MSR) è soggetta a numerosi rischi legati all'atterraggio su Marte di tutti i componenti.
Rischi che se concretizzati in fallimenti anche solo di un componente, possono decretare il fallimento dell'intera missione.
Non sarebbe infatti la prima volta che un rover si distrugga durante l'atterraggio o perda le sue facoltà operative durante una tempesta di sabbia.
E in questo caso i rover che non devono aver alcun problema sono ben quattro.

La prima fase della missione è il lancio del primo componente: il rover Mars 2020, che partirà dalla Terra già nel luglio del 2020.
Il rover è già pronto ed è in una camera bianca in California sottoposto ad una decontaminazione da ogni residuo terrestre che potrebbe contaminare la superficie marziana.
Il suo atterraggio su Marte è previsto per il febbraio 2021, nel cratere di Jezero, appena a nord dell'equatore marziano.
E' stato scelto questo luogo perché potrebbe avere visto in passato forme di vita primordiale.
Se la vita è mai esistita su Marte, c'è una possibilità non trascurabile che si sia potuta sviluppare, e magari anche fossilizzare, nell'antico lago di questo cratere e nel sistema fluviale all'interno e intorno ad esso.
In quella zona il rover Mars 2020 estrarrà una quarantina di campioni di roccia delle dimensioni di una penna, che verranno sigillati all'interno di tubi.
Alcuni di essi saranno mantenuti all'interno del rover, mentre altri saranno stoccati sulla superficie in posizioni strategiche per usi futuri.

Nel 2026, se tutto andrà secondo i piani, avranno luogo altri due lanci.
Il primo porterà su Marte l'Earth Return Orbiterdell'ESA, il componente incaricato di portare a terra i campioni marziani.
Il secondo invece porterà sul pianeta rosso il razzo Mars Ascent Vehicle della NASA, che porterà nei cieli di Marte i campioni prelevati. E il Sample Fetch Rover dell'ESA, che preleverà i campioni stoccati dal Mars 2020 e li consegnerà al razzo di ritorno.
Questi due robot arriveranno su Marte nel 2028.
A questo punto l'Earth Return Orbiter si stanzierà sopra i cieli marziani e inizierà a monitorare tutto lo svolgersi della missione da quel momento in avanti, fungendo anche da antenna per tutte le comunicazioni tra i dispositivi presenti su Marte e il centro di controllo sulla Terra.

Il Sample Fetch Rover invece, una volta atterrato ed operativo, andrà alla ricerca del rover Mars 2020 e cercherà di afferrare le provette usando il suo braccio robotico, per poi consegnarle al Mars Ascent Vehicle.
Prima della consegna, i campioni verranno inseriti in palloni gonfiabili grandi come palle da calcio, che una volta trasportati in atmosfera verranno fatti scoppiare per essere messi a portata di mano dalla sonda incaricata del ritorno sulla Terra.
La navigazione del Sample Fetch Rover sulla superficie di Marte e il prelievo dei campioni saranno gestiti in modo autonomo, risparmiando tempo rispetto ad un più sicuro ma più lento pilota remoto.
E' previsto in ogni caso che il robot possa chiedere un intervento umano da Terra nel caso incontri problemi a causa di terreno particolarmente impervio o pericolose.

A questo punto il Mars Ascent Vehicle è pieno di campioni prelevati dal rover Mars 2020 e consegnati dal Sample Fetch Rover.
E' pronto a partire e a portarli nei cieli di Marte fino a oltre l'atmosfera.
La missione è agli sgoccioli, e i campioni sono quasi nelle nostre mani, ma la fase più critica inizia proprio ora.

La partenza del Mars Ascent Vehicle verso i cieli marziani sarà uno di momenti topici della missione.
Sarà la prima impresa di questo tipo compiuta dall'uomo su Marte. E anche questa fase sarà fatta in completa autonomia dal robot.
Se tutto andrà bene, una volta uscito dall'atmosfera il Mars Ascent Vehicle espellerà il contenitore con i campioni e li lascerà vagare liberamente sopra ai cieli di Marte.

A questo punto entra in gioco l'Earth Return Orbiter, in attesa già da un po di tempo sopra ai cieli marziani, e che userà le sue telecamere di bordo per localizzare i piccoli contenitori.
Una volta localizzati, li catturerà all'interno di una sua piccola stiva dove rimarranno durante il lungo viaggio verso la Terra.
Anche questo passaggio cruciale si baserà esclusivamente sulla capacità del veicolo di navigare e individuare un minuscolo oggetto senza l'aiuto di una rete satellitare GPS o quant'altro. E' assolutamente escluso l'aiuto da Terra, dovrà cavarsela da solo.

L'Earth Return Orbiter dovrebbe arrivare sopra la Terra nel 2031.
La NASA e l'ESA stanno pensando di compiere un primo studio già nello spazio, prima di far atterrare i campioni sulla Terra, quasi sicuramente sulla stazione Stazione Spaziale Internazionale ISS.
Questo studio preliminare potrebbe servire ad individuare eventuali microorganismi pericolosi presenti nei campioni.

E ora il rientro a Terra.
Per il rientro la NASA sta studiando un piccolo veicolo, l'Earth Entry Vehicle, che verrà lanciato dall'Earth Return Orbiter e che è studiato per cadere letteralmente sulla Terra senza l'aiuto del paracadute.
La caduta avverrà ad una velocità di circa 145 km/h e avrà come obiettivo il deserto dello Utah.
E' stato deciso di rinunciare al paracadute e subire una caduta secca perché i tecnici non sono in grado di garantire un atterraggio sicuro.
Ci sono infatti paure di pericolosi malfunzionamenti sulla base dell'esperienza avuta dal fallimento della missione "Genesis" avvenuta nel 2004. la Genesis aveva raccolto particelle di vento solare, ma durante l'atterraggio la capsula si è aperta e il delicato carico è andato perduto.
E' ovvio che non si vuole ripetere la stessa esperienza anche con i campioni provenienti da Marte. Sia per la perdita scientifica, che per il rischio di contaminazione da parte degli stessi.
Quindi sembrerebbe essere più semplice costruire una capsula molto dura e resistente, che sarà per forza di cose più pesante e inadatta per un paracadute, ma più in grado di resistere ad una caduta, evitando che i campioni si riversino nel deserto.

Una volta a terra, la capsula verrà portata in una struttura di ricezione in cui i campioni saranno collocati nell'area più impenetrabile e biologicamente sicura del mondo.
Alcuni requisiti di base sono chiari: i campioni verranno trattati come se fossero altamente virulenti.
Verranno probabilmente mantenuti al livello di biosicurezza più elevato possibile e gli scienziati dovranno indossare speciali tute isolanti. Lavoreranno in celle con molteplici chiusure, oltre ad una pressione dell'aria inferiore a quella ambientale per evitare la dispersione verso l'esterno.

Rischi e Problemi


Come è facile immaginare, una missione interplanetaria così strutturata e con così tante fasi è piena di problematiche.
Oltre ad una serie di propblemi tecnini legati al ritorno, ci sono problemi legati al budget e a come salvaguardare le rocce di Marte dalla contaminazione terrestre, così come ogni possibile proliferazione, non importa quanto improbabile, di un organismo alieno.

Uno dei principali problemi tecnici è quello delle comunicazioni con la Terra durante la prima fase della missione: quella in cui il rover Mars 2020 dovrà atterrare sulla superficie di Marte ed iniziare a raccogliere i campioni.
Fino all'arrivo dell'Earth Return Orbiter, il Mars 2020 dovrà fare affidamento su una rete di satelliti già presenti in orbita su Marte dalle scorse missioni ma ormai antiquati: il Mars Odyssey, il Mars Reconnaissance Orbiter, il Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), e l'ExoMars Trace Gas Orbiter.

Peccato che ll Mars Odyssey, lanciato nel 2001, esaurirà il propellente entro il 2025.
Nello stesso periodo potrebbero esaurirsi anche le batterie del Mars Reconnaissance Orbiter, lanciato nel 2005.
Ciò esclude a priori l'appoggio alle comunicazioni di queste due sonde che, pur avendo fatto la storia dell'esplorazione marziana, sono giunte agli sgoccioli.
Rimane qualche speranza in più per il MAVEN, lanciato nel 2013, e che sta funzionando ancora molto bene.
Ma le maggiori aspettative sono per l'ExoMars Trace Gas Orbiter, lanciato nel 2016, che sarà probabilmente il principale canale di dati al servizio della missione.
Se questa rete di comunicazione dovesse fallire, la missione terminerebbe prima di iniziare.
Questa situazione obbliga i tecnici anche a portare su Marte i primi tre componenti nel più breve tempo possibile per sfruttare al massimo l'infrastruttura esistente prima che essa crolli.

Un altro punto di fallimento è sul Sample Fetch Rover, incaricato di prelevare i campioni raccolti dal Mars 2020 e trasportarli sull'Earth Return Orbiter, che li porterà nei cieli marziani. per motivi legati ai costi, il Sample Fetch Rover sarà alimentato da pannelli solari e non da batterie nucleari.
Questo significa che dovrà compiere il suo lavoro in tempi molto rapidi prima che i bui mesi invernali, e le tempeste di polvere lo lascino senza energia.
Nella migliore delle ipotesi avrà a disposizione 150 giorni marziani, e la sua missione non è per niente semplice dato che dovrà muoversi su un terreno insidioso e pieno di pericoli.
Potrebbe bastare il minimo intoppo per bloccarlo per settimane come è già successo al rover Curiosity.

E ora ciò che farà davvero restare i tecnici di missione senza fiato: il decollo del razzo Earth Return Orbiter che porterà di campioni sopra ai cieli di Marte.
Come abbiamo accennato poco sopra, il veicolo durante la salita dovrà funzionare in modo completamente autonomo, senza possibilità di intervento umano in caso di problemi.
Ma prima della sua entrata in scena, il razzo rimarrà inattivo per diversi mesi nel freddo pungente marziano, aspettando che il Fetch rover faccia la sua parte.
Questo è un grosso rischio. Sulla Terra, il combustibile solido per missili non brucia sempre correttamente dopo l'esposizione a basse temperature.
Le condizioni su Marte sono molto più fredde e il tempo di esposizione del veivolo sarà molto lungo.
I combustibili liquidi potrebbero essere più affidabili, ma richiederebbero un complesso sistema di valvole che introdurrebbe ulteriori potenziali punti di guasto.

Da ultimo, ma assolutamente non meno importante, il problema di contaminazione.
Prima che qualsiasi veicolo spaziale diretto sui vari pianeti del Sistema Solare lasci la Terra, viene accuratamente sterilizzato per ridurre la possibilità di contaminazione umana nei confronti dei mondi verso cui la sonda è diretta.
Ma in questa caso gli scienziati devono anche preoccuparsi della così detta contaminazione a rovescio.
Cioè del fatto che nessun eventuale microrganismo, anche se fossile, e anche se con pochissime probabilità di esistenza, presente su Marte possa in nessun modo contaminare l'ambiente terrestre mettendo noi o la nostra biosfera in grave pericolo.
La probabilità che ci sia qualcosa di pericoloso nei campioni marziani si avvicina allo zero, ma nessuno degli scienziati è certo che sia uguale a zero. D'altra parte una missione del genere è concepita anche nella speranza che questa probabilità non sia affatto uguale a zero.

Tali rischi sono presi molto sul serio e il carico prelevato sarà meticolosamente sigillato.
Gli umani non entreranno in diretto contatto con polvere, rocce e suolo marziani.
Per questo motivo, quando l'astronave di ritorno sulla Terra catturerà il contenitore del campione nell'orbita marziana, lo metterà in una capsula che verrà impacchettata con diversi strati di isolante.

Che abbia successo o che fallisca, la missione MSR sarà una pietra miliare nella storia esplorativa spaziale e sicuramente avrà molto da insegnarci, per cui aspettiamo con ansia la partenza nella speranza che tutti i fattori giochino a favore dell'esplorazione.
fonti: NASA e ESA
Immagine NASA della zone in cui si svolgerà la missione MSR2020.  Credit: NASA and JPL-Caltechimmagine NASA del rover mars 2020.  Credit: NASA and JPL-Caltech
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