Perseverance: il rover marziano più stupefacente di sempre

Tra poche ore Perseverance sarà su Marte: ecco tutto ciò che c'è da sapere su uno dei rover più avanzati della storia dell'esplorazione spaziale.

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Come molti di voi sapranno oggi, 18 febbraio 2021, è una giornata importantissima per la NASA e per l'esplorazione spaziale. Dopo un viaggio di oltre 7 mesi, durante il quale tutto poteva succedere, la sonda Mars 2020 è quasi giunta a destinazione, e mancano pochissime ore prima di sapere se il rover custodito all'interno sia riuscito ad "ammartare" (essendo questo termine super cacofonico d'ora in poi useremo comunque "atterrare") in sicurezza o meno. L'agenzia spaziale americana non è di certo una novellina, ma il dubbio sull'esito della missione è legittimo: solo il 40% dei lanci verso Marte è riuscito a oggi nella propria impresa, contando anche i tentativi dal 1960 in poi. Sebbene il valore sia piuttosto basso, c'è comunque da ricordare che la statistica è ridimensionata a causa dei molteplici fallimenti che la ex URSS e gli Stati Uniti hanno collezionato nei primi anni di esplorazione dello spazio profondo.

Da quando le agenzie spaziali mondiali hanno iniziato a perfezionarsi e a migliorare sensibilmente i loro standard qualitativi di progettazione e costruzione, molte meno sonde sono andate perse. A confermare l'andamento positivo c'è anche la recente storia della sonda emiratina Mars Hope: dopo solo 15 anni di attività, l'agenzia spaziale degli Emirati Arabi è riuscita a raggiungere con successo l'orbita marziana (prima missione nello spazio profondo per la UAESA) e a immettervi un proprio veicolo. La NASA vuole compiere un altro passo importante adesso, sganciando sul Pianeta Rosso uno dei rover più all'avanguardia mai costruiti, dotato di moltissimi sistemi innovativi (compreso un mini elicottero!). Mettiamoci comodi e scopriamo insieme le incredibile caratteristiche del rover Perseverance!

Inizio della missione

La missione Mars 2020 della NASA è iniziata ufficialmente il 30 luglio 2020, quando la sonda è stata lanciata alle ore 11:50 da Cape Canaveral, a bordo di un razzo Atlas V 541 - costruito dalla ULA. In realtà, Mars 2020 fa parte di un progetto molto più ampio, ideato già dal 2018 e che ha avuto nel lander InSight un primo elemento esplorativo. Proprio quest'ultimo, infatti, ancora oggi attivo sul pianeta rosso, è un lander che ha il compito di "trivellare" parte del suolo marziano e di scoprirne i possibili segreti. InSight ha spesso fatto ricorso a situazioni tutt'altro che altamente scientifiche per proseguire la perforazione del terreno (per sbloccare la punta perforatrice incastrata in uno strato roccioso c'è stato bisogno di "martellarla" con il braccio robotico in dotazione). L'analisi del terreno si è dimostrata utile perché il rover Perseverance ha potuto imparare molto da quella missione, essendo anche lui dotato di un sistema di trivellazione e di stoccaggio dei campioni di roccia (e più avanti vedremo il perché).

Arriviamo in sicurezza su Marte!

Come già ricordato più volte, manca davvero poco all'arrivo di Perseverance su Marte: se tutto dovesse andare come previsto, la sonda si inserirà in un'orbita di discesa sicura intorno alle 16:40 (orario italiano), mentre la conferma del "touch down" arriverà solamente dopo le 21:55. Sarà una lunga giornata per tutti gli appassionati ma soprattutto per gli addetti ai lavori, i quali hanno scommesso interi anni di lavoro su un sistema automatizzato, che farà tutto in pochi attimi. Per fortuna - rispetto ai lander e ai rover del passato - anche questo aspetto è stato nettamente migliorato, rivelandosi ad oggi il miglior sistema di analisi di atterraggio mai prodotto per un rover extraterrestre. Per ottenere questo risultato gli ingegneri NASA hanno fuso insieme due sottosistemi indipendenti, capaci di generare informazioni utili e dettagliate sul sito di impatto. Sebbene l'atterraggio sia previsto in un punto esatto del Cratere Jezero, è comunque possibile che le miliardi di variabili abbiano provocato una traiettoria sensibilmente diversa. Al fine di ovviare a un atterraggio in una zona pericolosa o "inutile" da un punto di vista scientifico, Perseverance può contare sul "Range Trigger" e sul "Terrain-Relative Navigation", che permetteranno una discesa incredibilmente accurata.

Il Range Trigger (RT System)

Questo sistema sostanzialmente controlla la tempistica dell'apertura dei paracadute durante la discesa. Il computer di bordo analizza la posizione della sonda rispetto al sito di atterraggio ed è capace di scegliere autonomamente se ritardare o aprire in anticipo i paracadute. In questo modo è possibile ridurre di oltre il 50% l'area possibile di arrivo, rendendo più facile evitare le cosiddette "zone rosse". È un sistema mai testato prima, in quanto tutti i rover e lander mai piombati su Marte hanno sempre avuto in dotazione i classici paracadute, da aprirsi solo una volta raggiunta la velocità idonea; il Range Trigger permette al veicolo di avvicinarsi quanto più possibile al luogo designato, sempre rispettando i parametri di sicurezza obbligatori e rimanendo nei valori di velocità richiesti.

Il Terrain-Relative Navigation

Come se non bastasse, vi è anche un altro sistema a potenziare le capacità di atterraggio della sonda, il "Terrain-Relative Navigation". Come il nome stesso può suggerire, questo sistema affida ancora un volta le sue capacità al computer centrale, che paragona a grande velocità delle immagini in altissima risoluzione del luogo di atterraggio, già precaricate nella memoria, con quelle "istantanee" che il rover cattura durante la discesa. Comparando i due flussi di dati, il sistema di navigazione avrà un'idea ancor più specifica su quale sarà il luogo probabile di ammartaggio, potendo intervenire tempestivamente. È un sistema inedito, mai prima ad ora testato ufficialmente, ma su cui si punta moltissimo, tant‘è vero che potrebbe diventare (se tutto funzionerà a dovere) il minimo standard qualitativo per i futuri sistemi di atterraggio extraterrestre.

L'equipaggiamento eccezionale di Perseverance

Immaginiamo che il rover sia sceso sano e salvo su Marte e che sia una sorta di utilitaria: il rover è davvero enorme! La prima cosa che avverrà sarà testare i sistemi di comunicazione e poi partire subito con la missione. Per adempiere al suo compito principale, Perseverance è dotato di molti sistemi peculiari e interessanti che vale la pena conoscere per comprendere a pieno il grande potenziale del rover di Mars 2020.

In totale a bordo ci sono ben 23 fotocamere, ma non tutte scatteranno immagini utili agli occhi di noi "profani": molte sono prettamente scientifiche e a scopo ingegneristico, che produrranno per lo più dati utili agli addetti ai lavori. Alcune fotocamere saranno poi esclusivamente utilizzate per riprendere e testimoniare l'ingresso in atmosfera (con annesso atterraggio), concedendo del materiale audiovisivo mai ottenuto prima d'ora. Sì, avete letto bene, anche audio! Perseverance sarà dotato di ben due microfoni: uno per lo più attivo per la fase di ingresso nell'atmosfera marziana e uno per l'attività di tutti giorni, quando la missione prenderà il via.
Se volete conoscere le varie "Cam" installate sul veicolo, qui trovate un nostro approfondimento su Perseverance. Non possiamo però non menzionare alcuni dei sistemi scientifici più interessanti, dei veri e propri laboratori in miniatura capaci di portentosi esperimenti.

Il MOXIE

Il "Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment" è uno di questi laboratori speciali: avrà il compito unico e sensazionale di trasformare l'anidride carbonica del Pianeta Rosso in comune e sano O2. È uno degli esperimenti più cari alla NASA, perché dai suoi dati potrebbero dipendere moltissime missioni spaziali del futuro (soprattutto quelle con equipaggio umano). Ovviamente tutto ciò non accade per magia, ci sono dei particolari processi chimici ed elettrochimici che prendono luogo nel corpo di Perseverance: l'aria viene inspirata in un particolare modulo di pressurizzazione, portando a compressione la CO2 raccolta; l'anidride carbonica poi passa al secondo modulo, dove avviene una reazione elettrolitica (come in una cella a combustibile), producendo O2. Questo secondo modulo però - incredibile a dirsi - deve lavorare a una temperatura media di circa 800 °C, una bella quantità di energia da smaltire. Per fortuna - come sappiamo grazie alla nostra analisi sulle curiosità di Marte - il pianeta è piuttosto gelido e lo scambio di calore avviene con facilità grazie a uno speciale sistema termico isolante unito a opportune bocchette di sfogo, capaci di espellere i due gas (CO2 e O2) in vie separate, permettendo l'analisi pura dell'ossigeno prodotto.

MEDA, RIMFAX e l'MMRTG

Il "Mars Environmental Dynamics Analyzer" è un mix di sensori che possono essere etichettati tutti insieme come una vera e propria stazione meteo marziana. È capace di misurare temperature, pressione del vento, tassi di umidità e densità del pulviscolo sospeso nell'aria. Il sensore di umidità, quello termico e quelli per la rilevazione del vento sono posizionati sul braccio estensibile del rover, in modo che possano raggiungere anche posti più isolati, mentre quello deputato nel rilevare la pressione atmosferica è situato all'interno del corpo e collegato all'esterno attraverso un piccolo canale, opportunamente dotato di filtri per evitare la saturazione di sabbia.

Ugualmente degno di essere nominato è il "Radar Imager for Mars' subsurFAce eXploration" (o RIMFAX) che, come suggerito dal nome, è un radar capace di rilevare la conformazione del suolo marziano e di analizzarlo in varie frequenze. Sarà in grado di differenziare con estrema precisione i livelli di roccia, ghiaccio, sabbia e polvere, e sarà sempre operativo durante gli spostamenti del rover. La sua potenza gli consentirà di arrivare a riconoscere anche gli strati interni del sottosuolo, fino a una profondità di 10 metri (almeno, è quello che sperano gli ingegneri: molto dipenderà dalla consistenza del sottosuolo di Jezero, ancora incerta per certi aspetti).

Non c'è molto da preoccuparsi per quanto riguarda il consumo di energia: nonostante il rover abbia sistemi che richiedono diverse risorse, Perseverance è dotato - molto similmente a quanto visto nel suo predecessore Curiosity - di un generatore termoelettrico a radioisotopi "multi-missione" (MMRTG), capace di convertire il calore prodotto dal decadimento di alcuni isotopi radioattivi in energia elettrica. Le stime affermano che possa produrre energia in abbondanza per almeno 14 anni di attività mentre la missione del rover - per ora - è di soli tre anni (ma potrebbe essere prolungata fino al 2029).

Ingenuity, il primo elicottero extraterrestre

Di certo non possiamo escludere dalla nostra lista l'incredibile mini-drone a forma di "elicottero" stipato con molta cura nel ventre del rover Perseverance: una volta che il rover sarà in sicurezza sul pianeta rosso, lancerà dopo circa un mese l'elicottero Ingenuity (in inglese sta per "Ingegnosità"), eseguendo per la prima volta in assoluto un volo autonomo su un altro pianeta. L'impresa, sebbene non avrà alcuna rilevanza scientifica, sarà comunque di grande portata: come potete immaginare non sarà radiotelecomandato dalla Terra (la distanza tra i due pianeti costringe le comunicazioni a un ritardo medio di 12-14 minuti), ma avrà un sistema di auto pilotaggio preinstallato, potendo comunque ricevere dal JPL una serie di istruzioni da eseguire successivamente; per navigare non potrà sfruttare i punti cardinali classici - essendo il campo magnetico marziano troppo debole - ma dovrà servirsi solo della posizione del Sole. Per volare nell'atmosfera molto rarefatta di Marte (densa meno dell'1% di quella terrestre) i rotori di cui è dotato gireranno a una velocità impressionante, generando una spinta eccezionale: le eliche arriveranno anche a 2400 giri al minuto, e se pensate che sia poco considerate che quelle di un elicottero classico non si spingono oltre i 400-500 RPM.
Ingenuity verrà staccato dal rover il 19 marzo 2021, ma la data è ancora incerta (molto dipenderà da come andrà l'atterraggio e il primo mese di missione): verrà testato per circa 30 giorni, potendo eseguire ogni volta un volo di massimo 90 secondi. Grazie al suo pannello solare incorporato potrà recuperare l'energia necessaria. Le sue capacità lo spingeranno fino a qualche centinaio di metri dal punto di partenza, raggiungendo anche diversi metri di altezza (per il primo test si ipotizza un volo a quota 3 metri, ma chissà che nelle future esplorazioni gli ingegneri non decidano di "aumentare il tiro", raggiungendo anche i 5 metri di quota).

La missione più importante: il Mars Sample Return

Come vi abbiamo raccontato più volte, Perseverance e tutta la sua strumentazione sono a oggi il fiore all'occhiello della NASA: la sua missione principale è quella di approfondire l'astrobiologia del Pianeta Rosso, ispezionandone come non mai i segreti. I portavoce dell'agenzia americana ci hanno ricordato più volte che utilizzare Perseverance sarà come "aver portato nuovi sensi umani su Marte". Mancherebbe solo l'olfatto e poi ci sarebbero veramente tutti. Forse alcuni più attenti tra di voi si staranno chiedendo come è possibile che venga soddisfatto anche il "tatto", ebbene la NASA ha pensato anche a questo, con uno dei progetti più avanzati e quasi fantascientifici della storia dell'esplorazione spaziale: il Mars Sample Return.

Il nome è chiaro: "ritorno di campione marziano". Insieme agli sforzi e alle risorse messe a disposizione dell'ESA, le due agenzie tenteranno - in una serie di missioni previste per la prossima decade - di riportare sulla Terra i campioni che Perseverance custodirà con tanto amore per molti anni. Questo progetto, dal sembrare fantascienza, è ormai diventato quasi realtà, e Mars 2020 ne è a tutti gli effetti il primo tassello. Perseverance raccoglierà in provette alcune rocce e campioni di roccia marziana, li lascerà in un punto designato del pianeta e aspetterà che un altro rover dell'ESA - per ora nominato "Fetch Rover" - venga a recuperarli dopo il 2028; dopo il recupero entrerà in gioco un modulo unico al mondo, nominato MAV (Mars Ascent Vehicle), costituito da un piccolo razzo capace di immettere un carico leggero in orbita (grazie alla gravità e alla densità di Marte non ci vorrà molta spinta o aerodinamica, quindi il vettore sarà piuttosto contenuto in termini di dimensioni). Il lancio sarà calcolato in modo tale da permettere l'incontro con un orbiter specifico per questo incarico, capace poi di espellere a sua volta - in direzione della Terra - i campioni destinati ai laboratori più all'avanguardia in nostro possesso.

Il futuro ha inizio oggi

Può sembrare complesso o al limite del realizzabile ma - sebbene la dose di variabili, per cui tutto può andare storto, siano tante - è comunque un progetto che ha ormai luce verde, e di recente ne abbiamo assaporato una versione "più semplice", con la missione di raccolta dei campioni lunari a opera della sonda cinese Chang'e 5, tornata sulla Terra proprio a dicembre 2020. Ora si tratta solo di replicare la stessa cosa su Marte. Ci sono giusto svariate decine di milioni di chilometri a fare la differenza, ma i limiti son fatti per essere superati e non vediamo l'ora di vedere nuovamente l'ESA e la NASA collaborare per raggiungere un traguardo senza pari. Per adesso concentriamoci sul presente e sull'arrivo di Perseverance al Cratere Jezero, dove la ricerca di vita biologica (presente o passata), può significare un'altra pietra miliare nella conoscenza dell'Universo che ci circonda.