Decollo di elicotteri su Marte: cosa ci riserva il futuro?

Il futuro del volo marziano si è aperto lunedì. Sarà un altro viaggio di scoperta nel prossimo decennio o due, mentre metteremo a punto l'ingegneria e l'applicazione degli elicotteri marziani.

Il team del JPL della NASA reagisce dopo che Ingenuity (sullo schermo) ha effettuato il suo primo volo su Marte lunedì. (Fonte: video della NASA tramite Reuters)

Mentre la prima luce del sole tremolava tra le nuvole di una fresca mattina primaverile a Washington, un piccolo elicottero è decollato su un pianeta freddo e desolato a quasi 300 milioni di chilometri di distanza. Le notizie da un altro mondo così lontano, hanno fornito forse un po' di allegria lontano dalla cruda realtà dell'epidemia sulla Terra. Alle 6:46 EST, i dati in downlink da Marte hanno mostrato che Mars Ingenuity, il minuscolo elicottero, aveva preso il suo primo volo di 40 secondi dove è salito a circa 3 metri in aria.

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Momento dei fratelli Wright

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Un paio di anni fa, ho visitato Kitty Hawk, North Carolina, sulla strada per una vacanza in famiglia. Kitty Hawk è una cittadina anonima sulla punta delle Outer Banks. È a Kitty Hawk che una coppia di fratelli, Orville e Wilbur Wright, ha avuto questo sorprendente desiderio di provare a volare quello che sarebbe diventato il primo aereo sulla Terra. Se fai un passo indietro di cento anni, all'epoca, figuriamoci volare, le auto non erano in voga. È nel 1903 che viene assemblata la prima vettura Ford: proprio nel periodo in cui i fratelli Wright stavano cercando di far volare il primo aereo. Quindi, è interessante che gli umani abbiano perseguito il desiderio di volare in un'epoca in cui le auto erano una rarità. Il principale mezzo di trasporto erano i cavalli e le carrozze: c'era una resistenza, all'epoca, al passaggio alla carrozza senza cavalli o all'auto. Come Ingenuity, il primo volo a motore dei fratelli Wright è stato breve (circa 12 secondi). Come Ingenuity, nessuno sapeva all'epoca (del volo di successo) se o se il volo avrebbe trasformato la scienza e la tecnologia o non avrebbe avuto attinenza con il corso della storia. Per i fratelli Wright, ovviamente, sappiamo che il volo ha cambiato la civiltà umana. Per Mars Ingenuity, ovviamente, non sappiamo cosa accadrà in futuro: in ogni caso, lo sapremo forse tra mezzo secolo.

Il dottor Amitabha Ghosh è uno scienziato planetario della NASA con sede a Washington DC. Ha lavorato per diverse missioni della NASA su Marte a partire dalla missione Mars Pathfinder nel 1997. È stato presidente del gruppo di lavoro per le operazioni scientifiche per la missione Mars Exploration Rover e per più di 10 anni è stato incaricato di guidare le operazioni tattiche dei rover su Marte. Ha aiutato ad analizzare la prima roccia su Marte, che per inciso è stata la prima roccia analizzata da un altro pianeta.

Elicottero in missione su Marte

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Avanti veloce di cento anni: Il desiderio di tentare l'esperimento ambizioso, al confine tra il folle e l'ambizioso, perché l'atmosfera è così rarefatta su Marte, è venuto dal Jet Propulsion Laboratory. In qualche modo, questo esperimento non è andato d'accordo con gli obiettivi generali del Perseverance Rover che aveva il compito di obiettivi scientifici dalla ricerca di prove della vita alla produzione di ossigeno su Marte. Ma i funzionari del quartier generale della NASA hanno avuto una visione lunga e hanno firmato questa ambiziosa tecnologia: con una considerazione molto importante che la dimostrazione tecnologica potrebbe fallire.

Sfida ingegneristica: È una sfida ingegneristica volare su Marte: l'atmosfera ha una densità dell'1% rispetto all'atmosfera sulla Terra. Per sostenere il volo, le pale dell'elicottero devono ruotare a 2400 giri/min (rotazioni al minuto) o circa 8 volte più velocemente di un elicottero passeggeri per volare sulla Terra. Per un elicottero volare a pochi metri da terra su Marte, equivale a far volare un elicottero 2-3 volte l'altezza del Monte Everest. Per fornire un contesto, aeroplani come il Boeing 747 volano a 30.000 piedi o circa, l'altezza dell'Everest. I migliori aerei da combattimento come l'SR-71 della US Air Force, potrebbero volare fino a tre volte l'altezza del Monte Everest.

L'altra sfida è progettare un'imbarcazione che avrà il proprio potere, comunicazione e sottosistemi meccanici con un budget di massa così piccolo. Non solo questo velivolo aveva bisogno di raggiungere questo alto numero di giri e dipendere dai pannelli solari per l'energia, ma Ingenuity doveva anche sopravvivere alla notte marziana molto fredda che può essere brutale con le batterie e il computer di bordo.

In questa immagine della NASA, l'elicottero sperimentale Marte della NASA Ingenuity si libra sopra la superficie di Marte lunedì 19 aprile 2021. Il piccolo elicottero da 4 libbre è salito dalla superficie rossa polverosa nella sottile aria marziana lunedì, raggiungendo il primo volo controllato e alimentato su un altro pianeta. (NASA tramite AP)

Guardando avanti

Per la Terra, nessuno sapeva se l'aviazione sarebbe diventata diffusa e parte integrante della vita umana. Il primo genere di compagnie di aviazione commerciale non ebbe molto successo negli anni '20, nel far volare le persone. Non c'era né l'infrastruttura né la domanda per trasformare il volo in un'attività di mercato di massa. L'aviazione come industria non era per i deboli di cuore. Alcuni famosi industriali come Henry Ford sono entrati nel settore, sono stati bruciati e notoriamente sono usciti, dopo aver fallito nel realizzare un business positivo. Altri come l'indiano JRD Tata sono sopravvissuti alle dure doglie del parto dell'aviazione commerciale e hanno continuato a gestire una compagnia aerea di successo.

Ci sono due modi in cui Ingenuity può o meno cambiare la storia dell'aviazione marziana. Innanzitutto, questo potrebbe generare più missioni per testare i confini del volo marziano e la fattibilità dell'utilizzo di elicotteri su Marte per le esigenze della missione. Dopo Ingenuity, ci devono essere un paio di altre missioni in elicottero per testare ulteriormente altre questioni ingegneristiche: soprattutto quanto lontano può volare un elicottero marziano, quanto in alto può volare e qual è il peso massimo che può trasportare? Se davvero queste distanze sono significative, è possibile utilizzare un elicottero per trasportare esseri umani o trasportare merci su Marte? Siamo abbastanza lontani da quel punto in cui avremo le risposte, ma queste sono alcune delle domande che probabilmente verranno prese in considerazione mentre esploreremo i confini ingegneristici del volo su Marte.

In secondo luogo, cosa può fare un piccolo elicottero come Ingenuity per supportare una missione rover? I rover marziani possono percorrere una distanza limitata ogni sol. Uno dei motivi è che ci sono informazioni limitate sul percorso proposto del rover. Le immagini ad alta risoluzione dall'orbita supportano la guida su Marte, ma le immagini di un elicottero possono avere una risoluzione molto più alta e possono essere ottenute rapidamente. Le immagini dall'orbita hanno tempi di risposta molto più lunghi. Pertanto, un elicottero dovrebbe essere in grado di fornire immagini migliori dei pericoli lungo il percorso di un rover: e questo può aiutare a pianificare un viaggio più lungo. In secondo luogo, ci sono parti del paesaggio che i rover non possono raggiungere: forse una roccia frastagliata o una ripida collina o una depressione. Un elicottero potrebbe presumibilmente essere utilizzato per atterrare, fare una rapida ricognizione scientifica e persino riportare un campione di roccia per l'analisi del rover.

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Linea di fondo

Il futuro del volo marziano si è aperto lunedì. Sarà un altro viaggio di scoperta nel prossimo decennio o due, mentre metteremo a punto l'ingegneria e l'applicazione degli elicotteri marziani.

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