Mars Sample Return: rocce marziane torneranno sulla Terra

Questa illustrazione mostra concettualmente la missione Mars Sample Return. I veicoli che utilizzeremo per trasportare sulla Terra i campioni raccolti dalla superficie di Marte dal rover Perseverance.
Questa illustrazione mostra concettualmente la missione Mars Sample Return. I veicoli che utilizzeremo per trasportare sulla Terra i campioni raccolti dalla superficie di Marte dal rover Perseverance. Credit: NASA

Quando la NASA ha progettato la missione Perseverance che prevedeva la raccolta di campioni del suolo marziano fu subito chiaro che riportarli sulla Terra, per poterli analizzare in maniera approfodita, sarebbe stata un impresa decisamente più che epica. Per molti quasi impossibile. Fin ora, gli unici campioni analizzati del suolo marziano sono stati trasportati da asteroidi caduti sul nostro pianeta.

Questi frammenti generati da potenti impatti su Marte, sono arrivati sino alla Terra e ci hanno permesso delle preliminari, ma molto approssimative analisi della composizione del suolo marziano. E’ così che sono nati i cosiddetti meteoriti acondritici, che hanno avuto origine dal pianeta rosso. Ma come sarà possibile far tornare sul nostro pianeta le rocce raccolte dal rover sulla superficie di Marte?

Il programma Mars Sample Return

La risposta è nell’acronimo MSRP (Mars Sample Return Program). La NASA ha finalmente terminato la revisione dei requisiti di sistema del programma, che sta per completare la fase preliminare di progettazione concettuale. Il team ha valutato e perfezionato l’architettura per restituire i campioni scientificamente selezionati, che sono in questo momento, nel processo di raccolta del rover Perseverance nel cratere Jezero sul pianeta rosso.

L’architettura della campagna, che include anche il contributo dell’Agenzia spaziale europea (ESA) e dell’italiana Leonardo, dovrebbe ridurre la complessità della missione e aumentare le probabilità di successo. “La fase di progettazione concettuale è quando ogni aspetto di un piano di missione viene esaminato al microscopio”, ha affermato Thomas Zurbuchen, amministratore scientifico presso la sede della NASA a Washington. “Ci sono alcune modifiche significative e vantaggiose al piano iniziale, che possono essere attribuite direttamente ai recenti successi di Perseverance a Jezero e alle incredibili prestazioni del nostro elicottero Mars”.

L’architettura della missione prende in considerazione un’analisi recentemente aggiornata della longevità prevista del rover Perseverance. La complessa missione vedrà come protagonisti tre veicoli: il Sample Retrieval Lander (SRR) che trasporta il Mars Ascent Vehicle (MAV) ed l’Earth Return Orbiter, messo appunto dell’ESA.

L'illustrazione mostra una proposta della NASA per il Sample Retrieval Lander che trasporterebbe inoltre un piccolo razzo (alto circa 3 metri) chiamato Mars Ascent Vehicle sulla superficie marziana.
L’illustrazione mostra una proposta della NASA per il Sample Retrieval Lander che trasporterebbe inoltre un piccolo razzo (alto circa 3 metri) chiamato Mars Ascent Vehicle sulla superficie marziana. Credit: NASA

Fase 1: atterraggio e raccolta dei campioni

La prima fase sarà molto complessa. Bisogna fare in modo di potare su Marte tutto il necessario per raccogliere i campioni, lasciare l’atmosfera marziana e ritornare sulla Terra. Quindi il carico sarà ingombrante e non sarà affatto semplice far poggiare delicatamente circa 2400Kg di lander sul suolo marziano, circa il doppio del rover Perseverance. Per essere chiari, stiamo parlando del carico più pesante mai atterrato sulla superficie di un altro pianeta. I retrorazzi, che solitamente si utilizzano per far atterrare i rover, da soli posso ben poco. Inevitabilmente dovranno essere coadiuvati da gambe ammortizzate che in questo momento sono oggetto di numerosi test al JPL (Jet Propulsion Laboratory).

Il Sample Retrieval Lander una volta ammartato, farà partire due elicotteri per il recupero dei campioni, basati sul progetto dell’elicottero Ingenuity, già ampiamente testato con 29 voli su Marte e sopravvissuto per oltre un anno oltre la sua durata prevista. Il rover Perseverance poserà il delicato carico di carotaggi di rocce in un punto di raccolta prestabilito per facilitare i lavoro degli elicotteri che trasporteranno il carico fino al lander. A questo punto entra in gioco il Sample Transfer Arm (STA) progettato e realizzata dalla Lenoardo. Questo braccio robotico sarà in grado di “vedere”, “sentire” e prendere decisioni autonome, ed infine identificherà, raccoglierà e trasferirà i tubi nel Mars Ascent Vehicle.

Fase 2: lancio del razzo

Se la fase uno era complessa, la seconda è davvero qualcosa di fantascientifico: riportare in orbita il carico di campioni. Il Sample Retrieval Lander pesa oltre le due tonnellate, perché oltre agli elicotteri, contiene al suo interno anche il Mars Ascent Vehicle, un razzo a due stadi di circa 2,8 metri di altezza. Se da un lato la minore gravità del pianeta dovrebbe riduce il carburante per la messa in orbita del razzo, dall’altro l’assenza di un atmosfera rende più complesso il controllo del veicolo nelle fasi di volo perchè può facilmente inclinarsi.

Il Mars Ascent Vehicle sarebbe il primo razzo mai lanciato dalla superficie di Marte, trasporterà in orbita il contenitore dei campioni marziana raccolti nel tempo da Perseverance.
Il Mars Ascent Vehicle sarebbe il primo razzo mai lanciato dalla superficie di Marte, trasporterà in orbita il contenitore dei campioni marziana raccolti nel tempo da Perseverance. Credit: NASA.

Inoltre bisogna considerare che non avendo una piattaforma di lancio tradizionale, anche la semplice accensione del razzo diventerà terribilmente complicato su Marte. Per risolvere questa complessa sfida, gli ingegneri del JPL, hanno messo appunto un sistema che sarà utilizzato per la prima volta per questa missione e diventerà il primo razzo a partire da un altro pianeta. Il Mars Ascent Vehicle sarà scagliato in aria prima dell’accensione dei motori. Il sistema ancora in fase di test sulla Terra si chiama VECTOR (Vertically Ejected Controlled Tip-off Release). In questo modo si potrà lanciare a circa 3,3 metri di altezza il razzo dal peso di circa 400 kg. Nei grandi laboratori della JPL sono state effettuate ben 23 prove spostando il baricentro del razzo in diverse posizioni, per facilitare la scelta del migliore angolo di accensione.

Fase 3: ritorno sulla Terra

Superate le prime due fasi, la missione diventerà molto più semplice. Il payload sarà agganciato all’orbiter costruito dall’ESA: Earth Return Orbiter. Il veicolo permetterà di sigillare i campioni in un sistema di bio-contenimento per evitare contaminazioni sulla Terra con materiale non sterilizzato, prima di essere spostati in una capsula di ingresso terrestre. A quel punto il carico in sicurezza atterrerà sul nostro pianeta. Con le date di lancio pianificate per Earth Return Orbiter e Sample Retrieval Lander rispettivamente nell’autunno 2027 e nell’estate 2028, i campioni dovrebbero arrivare, sani e salvi sulla Terra nel 2033.

L'illustrazione rappresenta l'Earth Return Orbiter dell'ESA.
L’illustrazione rappresenta l’Earth Return Orbiter dell’ESA. Credit: ESA

Lo stato dell’arte del programma Mars Sample Return

Con l’architettura oramai decisa durante la fase di progettazione concettuale, il programma dovrebbe entrare nella fase di progettazione preliminare, nel Ottobre 2022. Durante questo periodo, della durata prevista di circa 12 mesi, il programma completerà lo sviluppo tecnologico e creerà i primi prototipi ingegneristici delle tre componenti della missione. Il raffinato progetto Mars Sample Return è stato presentato ai delegati dei 22 stati partecipanti al programma di esplorazione spaziale a Maggio 2022. 

“L’ESA sta proseguendo a pieno ritmo lo sviluppo sia dell’Earth Return Orbiter che effettuerà lo storico viaggio di andata e ritorno che del Sample Transfer Arm che posizionerà roboticamente le provette a bordo dell’Orbiting Sample Container prima del suo lancio dalla superficie del Pianeta Rosso”, ha affermato David Parker, direttore dell’Esplorazione umana e robotica dell’ESA. Il primo passo della campagna di restituzione dei campioni è quindi già in corso. Da quando è atterrato al cratere Jezero il 18 febbraio 2021, il rover Perseverance ha raccolto 11 campioni di carote rocciose scientificamente convincenti e un campione atmosferico.

Tutta questa complessa missione permetterà agli scienziati di tutto il mondo di esaminare i campioni marziani utilizzando strumenti sofisticati troppo grandi e troppo complessi per essere inviati su Marte. Inoltre consentirebbe anche alle generazioni future di studiarli. La cura dei campioni sulla Terra consentirà alla comunità scientifica di testare nuove teorie e modelli, proprio come hanno fatto per decenni i campioni Apollo restituiti dalla Luna

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