Mars 2020, prepariamoci ai 7 minuti di terrore più spettacolari di sempre | Web Agency Brescia
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Mars 2020, prepariamoci ai 7 minuti di terrore più spettacolari di sempre

Mars 2020, prepariamoci ai 7 minuti di terrore più spettacolari di sempre

Mars 2020, prepariamoci ai 7 minuti di terrore più spettacolari di sempre


Sembra passato così poco tempo dal lancio della missione Mars 2020, eppure sono trascorsi già 6 mesi dal 30 luglio 2020, giorno in cui il prezioso carico, il nuovo rover Perseverance, è partito alla volta del pianeta rosso. Un lancio effettuato in piena emergenza pandemica, quando la situazione ha costretto anche la NASA ad abbracciare lo smart working per una parte del personale, eppure la missione non avrebbe potuto aspettare oltre. Un ritardo era concesso ma nulla più, la finestra di lancio si sarebbe chiusa dopo il 18 agosto vanificando qualunque tentativo di raggiungere il pianeta rosso entro tempistiche accettabili, pena l’attesa di altri due anni affinché la posizione orbitale di Terra e Marte risultasse favorevole ad un viaggio di tale portata.

La scienza è molto diversa dalla fantascienza e, sebbene ci si stia muovendo solamente all’interno del sistema solare, l’invio di mezzi simili è ancora un’operazione complessa, ricca di sfaccettature e criticità difficili da conoscere fino in fondo se non si è addetti ai lavori. È un’operazione dispendiosa, frutto di anni di lavoro, dove l’errore umano non è un’opzione accettabile. Gli ingegneri impegnati lo sanno bene, ecco perché, come vedremo meglio in seguito, la fase più delicata viene chiamata i “7 minuti di terrore“. Ed è palpabile, è reale, sia la felicità che segue il successo dell’operazione sia la frustrazione del fallimento, quando arriva il momento di fare i conti con il proprio lavoro constatando di aver sbagliato qualcosa.

Eppure ci siamo arrivati, il 18 febbraio è sempre più vicino e la capsula che protegge il rover Perseverance sta per terminare il suo lungo viaggio verso Marte. Al suo arrivo avrà percorso la bellezza di 470,8 milioni di km in poco più di 6 mesi. Siamo particolarmente affezionati a questo nuovo rover perché lo abbiamo seguito nella sua costruzione, potremmo quasi dire di averlo visto crescere e ora che ci avviciniamo alla fase più delicata del suo viaggio, ci sentiamo vicini al team del JPL che ne ha curato ogni aspetto.


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Dell’importanza di Perseverance abbiamo già parlato in un precedente approfondimento così come del primo elicottero marziano Ingenuity, ma in questo speciale vogliamo concentrarci su alcuni dettagli operativi della missione e rispondere alle tante curiosità che attorniano questo lungo viaggio, ma cercheremo di farlo in modo semplice e con un linguaggio accessibile, in modo tale che anche i meno avvezzi all’argomento possano arrivare pronti al grande evento del 18 febbraio.

La missione Mars 2020 è figlia non solo di anni di studi e progetti ma anche dei precedenti successi, senza i quali le percentuali di riuscita risulterebbero enormemente più basse. Molte delle metodologie utilizzate per far arrivare il rover sano e salvo (si spera…) sulla superficie di Marte sono già state testate con successo in missioni precedenti, altre sono state ottimizzate ed altre ancora sono del tutto inedite. La NASA è l’unica tra le agenzie spaziali ad essere riuscita a portare sulla superficie marziana diversi mezzi, ma il successo della missione in corso non è così scontato.

Come mai il viaggio richiede così tanto tempo? Come si fa a portare un mezzo simile su un pianeta così lontano e, soprattutto, senza poter controllare gli eventi in corso in tempo reale? Queste sono solo alcune delle tante curiosità a cui proveremo a rispondere in questo speciale.

PERSEVERANCE, UN VIAGGIO DI SOLA ANDATA


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Cominciamo parlando di distanze e del percorso che la capsula di Mars 2020 sta affrontando durante questo lungo viaggio. Abbiamo inizialmente parlato di circa 470 milioni di km che saranno percorsi in totale e apparentemente qualcosa non torna.

Nel preciso istante in cui Mars 2020 era in partenza, a fine luglio 2020, i km che separavano il nostro pianeta da Marte erano superiori a quelli minimi. Infatti, il momento di massima vicinanza nello stesso anno si sarebbe verificato il 6 ottobre 2020 (62 milioni di km). Una precisazione su questo punto: la distanza minima tra la terra e Marte è di circa 55 milioni di km, ma è un evento raro e ciò è dovuto alle orbite leggermente ellittiche dei due pianeti. Infatti, se fossero perfettamente circolari la distanza minima sarebbe un parametro fisso, ma questo non avviene risultando così variabile. Il più recente avvicinamento massimo tra i due pianeti si verificò il 27 agosto 2003, quando 55,76 milioni di km separavano i due pianeti. Qualcosa di simile avverrà solamente nel 2035 ma dovremo attendere il 28 agosto 2287 per battere il record del 2003. In quell’occasione ci saranno solamente 55,69 milioni di km a separare la Terra da Marte.

A questo punto qualcuno potrebbe chiedersi perché la strada percorsa risulterà quasi 10 volte superiore. Ebbene, Marte e la Terra orbitano intorno al Sole nella medesima direzione ma in modo completamente diverso e, per dirla in modo semplice, per andare su Marte dobbiamo letteralmente intercettarlo ed inseguirlo, e lo dobbiamo fare in modo assolutamente preciso. La ricostruzione del JPL della NASA spiega molto bene questo concetto, ma prima è doveroso un chiarimento: quanto mostrato dall’animazione non fa riferimento specifico al percorso di Mars 2020 ma permette di spiegare meglio tutti i discorsi relativi alle orbite e alla manovra di trasferimento di Hohmann.

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Quando un veicolo spaziale viene lanciato la sua traiettoria è influenzata dalla gravità terrestre, da quella solare e successivamente da quella del pianeta d’arrivo, Marte in questo caso. Si cerca sempre di ottimizzare il viaggio e sfruttare il più possibile gli effetti gravitazionali. Così, dopo l’impulso iniziale (lancio), i motori vengono spenti e il viaggio procede nel pieno rispetto della prima legge di Newton, fino a quando non ci si avvicina alla meta. La capsula della missione Mars 2020 sta attualmente viaggiando alla velocità di oltre 79.000 km/h e la NASA ha messo a disposizione una pagina per conoscere la sua posizione in tempo reale (a questo link).

Sebbene un veicolo spaziale possa seguire un’ampia varietà di percorsi orbitali per raggiungere Marte, tra questi ne esiste uno basato sulla manovra di trasferimento di Hohmann, che permette di utilizzare il minor quantitativo di carburante risultando quindi più efficiente. Il lancio avviene quando la Terra si trova al perielio e l’arrivo quando Marte si trova all’afelio. A seconda degli obiettivi della missione e delle caratteristiche del veicolo spaziale, le variazioni sull’orbita di trasferimento di Hohmann possono rendere il tempo di viaggio più o meno lungo rispetto a un trasferimento Hohmann standard.

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Qualcuno ricorderà che in occasione dell’avvio di missione a luglio 2020, la NASA dichiarò che la finestra di lancio si sarebbe chiusa il 18 agosto. Rispettare queste tempistiche è essenziale per la riuscita della missione, infatti, nel caso in cui Perseverance non fosse partito in tempo, l’incontro con Marte sarebbe potuto saltare. La data è quindi il frutto di calcoli complessi e coinvolge una grande varietà di parametri. Capite bene che un minimo errore potrebbe compromettere l’intera missione. Per comprendere meglio la traiettoria mantenuta dalla missione Mars 2020 risulta molto interessante l’immagine superiore condivisa dalla NASA a fine ottobre 2020, quando la navicella si trovava a circa metà del suo percorso verso Marte.

Ora siamo nelle fasi finali di questo lungo viaggio, passiamo quindi a descrivere il modo in cui la NASA progetta di far atterrare il rover Perseverance sulla superficie marziana

EDL, I FAMIGERATI 7 MINUTI DI TERRORE


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Ma saranno gli ultimi 7 minuti, ossia quelli necessari per arrivare sulla superficie dopo l’entrata nell’atmosfera, a lasciare tutti con il fiato sospeso. In effetti, questi sono comunemente definiti come i 7 minuti di terrore (a volte 6, dipende da diverse variabili), proprio perché da Terra non è possibile intervenire in tempo reale e il rischio di vedere letteralmente andare in fumo tutto il lavoro (e i soldi spesi), e di scoprirlo purtroppo solo successivamente, risulta piuttosto elevato.

Va ricordato, infatti, che il segnale radio per percorrere la distanza che separa Marte dalla Terra impiega nel caso migliore circa 4 minuti, nel peggiore più di 20. Il tempo medio è di circa 12,5 minuti e dipende dalla posizione dei due pianeti in relazione alle orbite. Mars 2020 è progettata per completare l’intero processo EDL in modo autonomo, tuttavia, durante il processo di ammartaggio il segnale impiegherà circa 11 minuti e 30 secondi per arrivare sulla Terra. A titolo di curiosità e scusandoci per il gioco di parole, durante l’EDL di Curiosity, nel 2012, il ritardo sulle comunicazioni fu di 13 minuti e 48 secondi, dunque con Mars 2020 le condizioni saranno maggiormente favorevoli. Ma questa è solo la complicazione numero uno, procediamo.

È bene ricordare che ad oggi solamente 9 missioni su 20 tra quelle destinate ad arrivare sulla superficie marziana sono state completate con successo. Una percentuale che tuttavia tiene conto di tutti i tentativi effettuati dal 1960 in poi, soprattutto da quella che ai tempi era l’Unione Sovietica, che per prima mise in atto diversi tentativi con le missioni Mars 2MV-3 No.1, Cosmos 419 e le Mars 2, 3, 6 e 7. La NASA è l’unica agenzia spaziale che finora è riuscita a far atterrare senza problemi sia lander che rover mantenendoli operativi. Escludiamo quindi casi come quello della missione Mars 3, in cui il lander raggiunse la superficie di Marte, ma la trasmissione dei dati durò solamente 14,5 secondi e poi si perse ogni contatto radio. In questo caso specifico si suppone che il guasto fosse stato causato da delle tempeste di sabbia in corso su Marte, infatti, l’unica immagine inviata a terra risultò poco definita e scarsamente luminosa. Furono le missioni Viking che, a partire dal 1976, riuscirono a portare sul suolo marziano i primi lander.

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Ma passiamo ai fatti e, come anticipato poco sopra, alla fase finale che prende il nome di EDL (Entry, Descent, and Landing) e che comincerà 10 minuti prima dell’ingresso nell’atmosfera marziana. Il primo step sarà la separazione dello stadio utilizzato in fase di crociera per eventuali manovre di correzione in direzione Marte. Questo includerà anche i pannelli solari, il serbatoio carburante e le componenti per le comunicazioni radio utilizzate durante il tragitto. Ad arrivare sulla superficie sarà solamente il guscio di protezione con dentro il rover e lo stadio utilizzato per frenarne la discesa.

A questo punto l’atmosfera marziana comincerà a far sentire il suo effetto rallentando drasticamente il mezzo e nel contempo la resistenza sviluppata riscalderà il guscio esterno che raggiungerà un picco di circa 1.300 gradi Celsius dopo soli 80 secondi. Il rover non risentirà di questo passaggio grazie alla protezione offerta dallo scudo termico, un componente ormai testato con successo che non dovrebbe dare problemi di sorta.

In questa fase la traiettoria potrebbe risentire delle sacche d’aria, la cui diversa densità potrebbe causare deviazioni sulla traiettoria ideale. Anche in questo caso interverranno i piccoli propulsori posteriori per compensare l’angolo di ingresso e la direzione, mantenendo il mezzo nella giusta traiettoria. L’operazione d’atterraggio non è così scontata, poiché dobbiamo pensare che il rover pesa 1.025 kg e risulta a tutti gli effetti il carico di maggior peso inviato dall’uomo su Marte.

Dai 20.000 km/h iniziali con cui la capsula di Mars 2020 entrerà nell’atmosfera superiore marziana si passerà a circa 1.600 km/h e a quel punto i tempi saranno maturi per l’apertura del paracadute supersonico. Gli ingegneri NASA sanno bene che le tempistiche sono fondamentali e anche un solo secondo di ritardo potrebbe essere fatale, pertanto, è stata implementata una nuova tecnologia chiamata Range Trigger, che permette di calcolare la distanza del mezzo dalla zona di atterraggio e di aprire il paracadute nel momento ideale.

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L’apertura del paracadute avverrà 4 minuti dopo l’ingresso in atmosfera ad un’altitudine di circa 11 km e precisamente quando la velocità sarà di 1.512 km/h. Solamente 20 secondi dopo avverrà la separazione dello scudo termico ormai logoro dal lavoro di protezione, esponendo per la prima volta il rover all’atmosfera marziana. A questo punto, il radar consentirà di calcolare l’altitudine facendo rimbalzare il segnale sulla superficie e successivamente si testerà una nuova tecnica che promette di migliorare la precisione nel centrare la superficie d’atterraggio ideale.

Il tutto si basa su una telecamera speciale in grado di identificare rapidamente le caratteristiche della superficie. Il rover, che risulterà già operativo, le confronterà con una mappa di bordo per determinare esattamente dove si sta dirigendo. Per assicurare il corretto funzionamento si è proceduto utilizzando i dati orbitali a disposizione ed eseguendo la mappatura anticipata delle aree poste attorno alla zona d’atterraggio, che ricordiamo è situata nel cratere Jezero. Ecco una mappa interattiva della location d’arrivo realizzata dalla NASA.

Nel caso in cui Perseverance stia rischiando di dirigersi verso un’area meno sicura, potrà eseguire una manovra di correzione diminuendo i rischi di insuccesso.

Ma il paracadute non sarà sufficiente a rallentare del tutto Perseverance, poiché la sua velocità potrà scendere fino a 320 km/h e come potete immaginare, non sarà sufficiente. A questo punto il mezzo si libererà del paracadute e attiverà i razzi frenanti. Parliamo di 8 motori posizionati all’interno del guscio di protezione che, similmente al funzionamento di un enorme jetpack, saranno puntati verso il basso alla massima potenza.

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L’accensione degli 8 motori frenanti sarà attivata a circa 2.100 mt di altezza e parallelamente avverrà la separazione dal guscio di protezione posteriore. Durante questa fase la discesa non avverrà in modo diretto verso il basso ma si procederà lateralmente, per evitare che il paracadute e il guscio di protezione superiore possano colpire accidentalmente il rover. Nel frattempo, l’azione frenante degli 8 motori continuerà fino alla velocità di discesa finale, quantificata in circa 2,7 km/h. Quando il rover si troverà a 20 metri d’altezza, circa 12 secondi prima dell’atterraggio, prenderà vita la manovra finale che la NASA chiama Skycrane. A quel punto, dei cavi di nylon si snoderanno attraverso delle guide di uscita per 6,4 metri. Nel frattempo, il rover attiverà il suo sistema di mobilità, bloccando le gambe e le ruote in posizione di atterraggio.

Una volta che Perseverance toccherà la superficie, delle lame attivate con una piccola carica di esplosivo taglieranno le corde liberando il rover, mentre il razzo di discesa si allontanerà. Questa manovra è frutto di anni di studi, ed è stata già utilizzata con Curiosity risultando la più sicura tra quelle adottate dalla NASA.

Appare piuttosto evidente che far atterrare su Marte un rover come Perseverance rappresenti un’operazione altamente complessa, ed è chiaro perché questo lasso di tempo venga definito come i “7 minuti di terrore”. Per spiegare meglio i concetti espressi sopra, la NASA ha voluto realizzare un’animazione dell’intera sequenza EDL, un video accompagnato da una colonna sonora decisamente epica che rende giustizia al futuro evento. Vi consigliamo caldamente di guardarlo.

Stavolta ci saranno diverse novità a rendere molto più spettacolare l’intero evento. A differenza di Curiosity, il precedente rover tuttora in funzione e arrivato su Marte nel 2012, Perseverance vanta la presenza di un equipaggiamento audiovisivo assolutamente inedito e per la prima volta potremo vedere nel dettaglio anche la fase di discesa.

Una telecamera montata sul guscio di protezione del rover ci mostrerà il dispiegamento dei paracadute, mentre un’altra unità sottostante rivelerà un dettaglio senza precedenti della superficie di Marte durante le operazioni d’avvicinamento. Inoltre, il rover stesso è dotato di 19 camere oltre a quelle montate sul veicolo coinvolto nell’atterraggio e, come se non bastasse, stavolta sarà presente un microfono montato sul lato del rover che consentirà di sentire il suono dell’atterraggio.

Come potete immaginare, non mancheremo di seguire l’intero evento che sarà mostrato in diretta su NASA Live TV, ma presto vi forniremo ulteriori dettagli sull’operazione. Nel frattempo, per ulteriori approfondimenti, informazioni sul sito di atterraggio, foto, video e ulteriori dettagli sulle incredibili tecnologie a bordo di Perseverance, vi lasciamo in FONTE il link ufficiale alla missione NASA Mars 2020.

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