Spiegazione: cosa rende difficile l'atterraggio su Marte del rover Perseverance della NASA?

In genere, un viaggio su Marte, che dista circa 300 milioni di miglia, dura circa sette-otto mesi. Perseverance è stato lanciato il 30 luglio 2020 durante la finestra in cui Marte e la Terra erano i più vicini l'uno all'altro.

Il rover della perseveranza usa il suo trapano per raccogliere un campione di roccia su Marte in questo volantino artistico concettuale non datato. (NASA/JPL-Caltech/Dispensa via Reuters)

Giovedì, il rover Perseverance della NASA dovrebbe atterrare al cratere Jezero sul pianeta rosso, dopodiché riprenderà il lavoro per cercare segni di vita passata.

L'atterraggio è la fase più breve ma anche una delle più significative e anche difficili della missione. La NASA afferma che, poiché è difficile, solo il 40 percento delle missioni mai inviate su Marte dalle agenzie spaziali di tutto il mondo ha avuto successo perché centinaia di cose devo andare a destra per la goccia mangiarsi le unghie.

Per dare un contesto alla difficoltà di lanciare missioni come questa, c'è l'esempio della matematica di ricerca Katherine Johnson. Nel film del 2016 Figure nascoste , Taraji P. Henson ha interpretato Johnson che ha lavorato per capire calcoli precisi che determinassero la traiettoria della capsula che avrebbe lanciato John Glenn nello spazio nel 1962.

Altre missioni su Marte

Un'altra missione su Marte, Al Amal (Hope) degli Emirati Arabi Uniti, la prima missione del genere nel mondo arabo, è entrato nell'orbita marziana la scorsa settimana . Tuttavia, questa è una missione orbitale e non comporta l'atterraggio sulla superficie del pianeta. Oltre agli Emirati Arabi Uniti, la Cina ha anche lanciato una missione su Marte durante la finestra di luglio-agosto.

Alla luce di missioni spaziali così ambiziose, alcuni astrobiologi hanno espresso preoccupazione per la possibile 'contaminazione interplanetaria'. Ciò significa trasportare microbi terrestri ad altri corpi celesti e riportare microbi extraterrestri sulla Terra. Il Comitato per la ricerca spaziale (COSPAR) stabilisce una 'politica di protezione planetaria' che mira a limitare il numero di microbi inviati su altri pianeti, oltre a garantire che la vita aliena non causi scompiglio sulla Terra.

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Come fa una navicella spaziale a raggiungere Marte?

In genere, un viaggio su Marte, che dista circa 300 milioni di miglia, dura circa sette-otto mesi. Perseverance è stato lanciato il 30 luglio 2020 durante la finestra in cui Marte e la Terra erano i più vicini l'uno all'altro. Questa finestra è importante poiché i due pianeti orbitano intorno al Sole a velocità diverse e ogni due anni i pianeti si trovano in una posizione in cui sono i più vicini tra loro. Le agenzie spaziali cercano di lanciare i loro veicoli spaziali durante questa finestra poiché la distanza più ravvicinata significa utilizzare meno carburante per missili.

Secondo an analisi fatta dalla Purdue University , il costo del propellente solido per razzi è stimato in $ 5 per kg. Tuttavia, il rover Perseverance delle dimensioni di un'auto utilizza un sistema a propulsione nucleare. In quasi 30 anni, diventerà il primo rover a utilizzare il plutonio di produzione nazionale creato da laboratori nazionali negli Stati Uniti. Il rover sarà alimentato da un generatore che convertirà il calore generato dal decadimento naturale del plutonio-238 in elettricità, che manterrà il rover e i suoi strumenti in funzione una volta atterrato su Marte.

Qual è il costo della missione Perseveranza?

Si stima che la NASA spenderà 2,7 miliardi di dollari per la missione, che include lo sviluppo di veicoli spaziali, le operazioni di lancio e i costi di mantenimento delle operazioni una volta atterrati su Marte.

Secondo La Società Planetaria , l'utilizzo del plutonio-238 come combustibile ha aumentato il costo della missione poiché il materiale nucleare è legato a normative ambientali e di sicurezza elevate. Il costo totale della missione è equivalente alla quantità di denaro che Google guadagna in sei giorni, o la quantità di denaro che gli americani spendono per i loro animali domestici ogni 10 giorni o equivalente a 33 ore di gestione del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, afferma la società.

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Perché atterrare su Marte è difficile?

Entrata, discesa e atterraggio (EDL), è come viene chiamata la fase più intensa della missione Mars 2020. Affinché il rover Perseverance atterri con successo su Marte, molte cose devono andare per il verso giusto. La fase EDL inizia quando il rover raggiungerà la sommità dell'atmosfera marziana viaggiando a una velocità di 20.000 km all'ora. La sfida qui per il rover è ridurre la sua velocità da circa 20.000 km all'ora a zero e allo stesso tempo atterrare su una superficie stretta sul cratere.

La fase EDL, afferma la NASA, terminerà tra sette minuti quando il rover sarà fermo sulla superficie del pianeta. Dopo questo, i freni devono essere applicati in modo molto attento, creativo e stimolante.

Dieci minuti prima di entrare nell'atmosfera, il rover eliminerà la sua fase di crociera, che consiste in pannelli solari, radio e serbatoi di carburante utilizzati durante il volo. Solo l'aeroshell protettivo, che consiste nel rover e nella fase di discesa, farà il viaggio verso la superficie del pianeta. Ora, come l'astronave entra nella superficie marziana , sarà rallentato dalla resistenza, ovvero quando l'attrito dell'atmosfera di un pianeta agisce contro la superficie di un veicolo spaziale, rallentandolo e abbassando la sua altitudine orbitale.

Mentre la resistenza rallenta il veicolo spaziale, lo riscalda anche e il picco di riscaldamento si verifica circa 80 secondi dopo che il rover è entrato nell'atmosfera. Ma questo non influisce sul rover, che si trova all'interno dell'aeroshell a temperatura ambiente.

Mentre sta scendendo attraverso l'atmosfera, la navicella dovrà sparare piccoli propulsori per rimanere in rotta, poiché può essere spostata fuori rotta a causa di piccole sacche d'aria con densità variabili. Successivamente, lo scudo termico rallenterà il veicolo spaziale a circa 1.600 km all'ora, a quel punto (circa 240 secondi dopo l'ingresso) verrà dispiegato il paracadute supersonico.

Venti secondi dopo l'apertura del paracadute, lo scudo termico si separa e il rover viene esposto per la prima volta all'atmosfera del pianeta. A questo punto, il paracadute sta lavorando per rallentare ulteriormente il veicolo. Ma poiché l'atmosfera di Marte è sottile, il veicolo sta ancora viaggiando verso la superficie a una velocità di 320 km all'ora. Pertanto, per un atterraggio sicuro, il rover deve abbandonare il paracadute e compiere il resto del viaggio utilizzando i razzi, parte della fase di discesa, i cui motori verranno accesi quando il rover sarà a circa 2.100 metri sopra la superficie.

La velocità di discesa finale del rover è di circa 2,7 km all'ora, che è più lenta di quella che un essere umano medio può percorrere a piedi in un'ora, circa 5 km. A questo punto, con circa 12 secondi rimasti per l'atterraggio sulla superficie a circa 66 piedi sopra la superficie, il rover viene abbassato su una serie di cavi. Quando il rover sente che le sue ruote hanno toccato il suolo, taglia i cavi, che poi atterrano in modo indipendente e incontrollato sulla superficie, da qualche parte lontano dal rover.

Un razzo Atlas V della United Launch Alliance che trasporta il veicolo Perseverance Rover Mars 2020 della NASA decolla dalla Cape Canaveral Air Force Station a Cape Canaveral, in Florida, USA, 30 luglio 2020. (NASA/Joel Kowsky/Handout via Reuters)

Cosa farà il rover Perseverance su Marte?

Perseverance trascorrerà un anno marziano (due anni sulla Terra) sul pianeta durante il quale esplorerà la regione del sito di atterraggio. Il cratere di Jezero dove atterrerà era un tempo il sito di un antico delta del fiume (gli scienziati lo sanno grazie alle prove raccolte durante precedenti missioni di atterraggio e orbitali che indicano condizioni umide sul pianeta miliardi di anni fa).

Se un tempo Marte ospitava un'atmosfera più calda che permetteva all'acqua di scorrere nel suo antico passato (3,5-3,8 miliardi di anni fa), e se su di essa esisteva la vita microbica, è possibile che esista anche oggi in regioni speciali.

Il rover porta con sé sette strumenti, che includono un sistema di telecamere avanzato con la capacità di zoomare, una SuperCam, che è uno strumento che fornirà immagini e analisi della composizione chimica e uno spettrometro. Uno degli strumenti più interessanti a bordo del rover, però, si chiama MOXIE, che produrrà ossigeno dall'anidride carbonica atmosferica marziana. Se questo strumento avrà successo, i futuri astronauti (finora nessun essere umano ha tenuto piede su Marte) potranno usarlo per bruciare carburante per missili per tornare sulla Terra.

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Il rover trasporterà anche Ingenuity, il primo elicottero a volare su Marte. Ciò aiuterà a raccogliere campioni dalla superficie da luoghi in cui il rover non può raggiungere. Nel complesso, il rover è progettato per studiare segni di vita antica, raccogliere campioni che potrebbero essere rispediti sulla Terra durante missioni future e testare nuove tecnologie che potrebbero giovare a future missioni robotiche e umane sul pianeta.

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