Questo 2022 passerà alla storia come l'inizio dell'assalto internazionale alla Luna. Infatti, dopo l'orbiter CAPSTONE, lanciato con un vettore Electron a giugno a cui ha seguito il sud-coreano KPLO (Danuri) lanciato, con un Falcon 9 ad agosto, siamo arrivati alla missione Artemis, appena conclusa. Ma ecco che di nuovo un razzo Falcon 9 della SpaceX è decollato da Cape Canaveral all'inizio di domenica con un lander lunare robotico commerciale stavolta giapponese e un micro-carico utile della NASA chiamato Lunar Flashlight che cercherà segni di ghiaccio d'acqua nascosti nei suoli permanentemente scuri dei crateri ai poli lunari.
Il lanciatore Falcon 9, alto 70 metri, è partito dal pad 40 della Cape Canaveral Space Force Station alle 2:38:13 locali (le 07:38:13 UTC) di domenica 12 dicembre 2022, una settimana e mezza dopo SpaceX aveva messo a terra la missione per risolvere un problema non specificato con il razzo. SpaceX ha riportato il razzo nel suo hangar per la risoluzione dei problemi dopo aver annullato un tentativo di lancio del 30 novembre, quindi ha riportato il Falcon 9 al pad per il conto alla rovescia di domenica.
Il lander lunare commerciale Hakuto-R, sviluppato da una società giapponese chiamata ispace, tenterà di diventare il primo veicolo spaziale sviluppato privatamente a compiere un atterraggio morbido sulla superficie lunare. Lunar Flashlight invece volerà verso la Luna lungo la propria traiettoria, stabilendosi infine in un'orbita che porterà ripetutamente la navicella spaziale a una distanza di 15 chilometri dal polo sud alla ricerca di segni di ghiaccio d'acqua.
Il lancio di domenica è avvenuto circa 10 ore prima dell'ammaraggio programmato della capsula dell'equipaggio Orion della NASA alla conclusione di un volo di prova senza equipaggio di 25 giorni verso la Luna e ritorno, ed è avvenuto nel 50esimo anniversario dell'atterraggio dell'Apollo 17 durante l'ultima visita degli astronauti. I nove motori Merlin 1D, alimentati a cherosene, hanno spinto il razzo Falcon 9 in alto nel cielo notturno sopra Cape Canaveral. Il lanciatore si è diretto a est sull'Oceano Atlantico, ha superato la velocità del suono in meno di un minuto, quindi ha spento i motori del primo stadio a circa 2 minuti e 13 secondi dall'inizio del volo. Pochi istanti dopo, lo stadio booster si è liberato dallo stadio superiore del Falcon 9, che ha acceso un singolo motore per continuare la salita in orbita.
Il booster riutilizzabile, designato B1073 e che ha effettuato il suo quinto volo nello spazio, ha invertito la rotta ed è tornato a Cape Canaveral per un atterraggio di successo nella zona di atterraggio LZ-2, una delle due piattaforme di recupero di SpaceX che si trovano sulla costa a circa 10 chilometri a sud della piattaforma di lancio del Falcon 9. L'atterraggio è stata la seconda volta che SpaceX ha recuperato un razzo a terra a Cape Canaveral in meno di tre giorni, dopo il lancio e l'atterraggio di un booster Falcon 9 giovedì in una missione che trasportava satelliti Internet in orbita per OneWeb.
Nella foto il decollo del razzo Falcon 9 per la prima missione lunare Hakuto-R. Credito: SpaceX
Lo stadio superiore del Falcon 9 ha posizionato i carichi utili Hakuto-R e Lunar Flashlight in un'orbita di parcheggio a bassa quota meno di otto minuti dopo il decollo. A T + 40 minuti, con il razzo che si librava sopra l'Africa, lo stadio superiore si è riacceso per quasi un minuto di fuoco per spingere i carichi utili su una traiettoria di fuga dalla morsa della gravità terrestre permettendo di dirigersi nello spazio profondo. La navicella spaziale Hakuto-R, delle dimensioni di un'auto compatta, è stata rilasciata per prima dal razzo a circa 47 minuti dall'inizio della missione. Il video in diretta da una telecamera a bordo del razzo mostrava il lander lunare che si separava dal Falcon 9. Sei minuti dopo, SpaceX ha confermato che la navicella Lunar Flashlight della NASA era stata espulsa a molla da un meccanismo di dispiegamento posto sullo stadio superiore.
Il Jet Propulsion Laboratory della NASA, che ha guidato lo sviluppo della missione Lunar Flashlight, ha rapidamente confermato che i team di terra hanno ricevuto i primi segnali dal veicolo spaziale diretto verso la Luna. Il video della telecamera di bordo del Falcon 9 sembrava mostrare che la navicella spaziale Hakuto-R di ispace estendeva le sue quattro gambe di atterraggio pochi minuti dopo la separazione dal razzo, ma ispace non ha verificato immediatamente se i controllori della missione presso la sede di Tokyo della compagnia avessero stabilito un contatto con il lander. Supponendo che tutto vada bene con Hakuto-R, il lander accenderà il suo motore principale per la sua prima manovra post-lancio a circa un giorno dall'inizio della missione. Ulteriori accensioni del motore sono programmate durante il viaggio di quattro mesi e mezzo di Hakuto-R dal decollo fino all'atterraggio sulla Luna.
Il veicolo spaziale Hakuto-R e Lunar Flashlight sono stati lanciati su una rotta che li porterà a un milione e cinquecentomila km dalla Terra, ben oltre la Luna, su una traiettoria di trasferimento a bassa energia di lunga durata ma a basso consumo di carburante. Una volta in orbita attorno alla Luna, il lander Hakuto-R di ispace accenderà il suo motore principale per scendere autonomamente sulla superficie lunare, mirando a un atterraggio nell'emisfero settentrionale del lato vicino della Luna. La missione del lander lunare è il culmine di 12 anni di sviluppo ingegneristico e raccolta fondi, uno sforzo che ha incluso avvii, arresti e cambiamenti di obiettivi.
Il Google Lunar X Prize, il concorso a premi che offriva un primo premio di 20 milioni di dollari al primo team finanziato privatamente a mettere un lander sulla Luna, fu l'impulso originale per Takeshi Hakamada a fondare la società che alla fine è diventata ispace. Il gruppo di Hakamada, chiamato Hakuto, ha lavorato alla progettazione di un rover lunare per raggiungere la luna su un altro lander. Ma il Google Lunar X Prize si è chiuso nel 2018 senza un vincitore, portando alcuni team a dissolversi o lottare per trovare un nuovo scopo. Hakamada ha reindirizzato gli sforzi di ispace per progettare e sviluppare il proprio lander lunare, un riavvio che l'azienda chiama Hakuto-R. Hakuto significa "coniglio bianco" in giapponese.
"Da allora, la nostra missione è passata dal solo Lunar X Prize a un'attività di trasporto più ampia," ha detto Hakamada in un'intervista a Spaceflight Now. “Puntiamo a lanciare la nostra prima missione il 30 novembre. Questa sarà la prima missione privata ad atterrare sulla Luna e porteremo carichi utili dal governo e anche dal settore privato. Questo aprirà le porte a future industrie commerciali cislunari”. A luglio, la società si era assicurata 237 milioni di dollari in finanziamenti azionari e prestiti bancari per pagare il programma di trasporto lunare Hakuto-R, sebbene ispace non abbia rivelato il costo autonomo della prima missione. La società afferma di essere "specializzata nella progettazione e costruzione di lander e rover lunari". L'obiettivo di ispace è quello di "estendere la sfera della vita umana nello spazio e creare un mondo sostenibile fornendo servizi di trasporto ad alta frequenza e a basso costo verso la Luna", secondo il sito web dell'azienda.
Il primo lander Hakuto-R, che ispace chiama Missione 1, trasporterà circa 11 chilogrammi di carichi utili dei clienti sulla superficie lunare, secondo Hakamada. Di gran lunga, il più grande dei carichi utili è un rover degli Emirati Arabi Uniti sviluppato dal Mohammed Bin Rashid Space Center. Sebbene il rover occupi la maggior parte della capacità di carico utile del lander Hakuto-R, è ancora piccolo, misurando solo 53 per 53 centimetri.
Nell'immagine il rilascio del lander lunare Hakuto-R dal secondo stadio del Falcon 9. Credito: SpaceX
Il lander trasporta anche un robot mobile ancora più piccolo sviluppato dalla Japan Aerospace Exploration Agency e dall'azienda di giocattoli giapponese Tomy. Il cosiddetto robot lunare trasformabile pesa solo 250 grammi ed è largo circa 80 millimetri prima di dispiegare minuscole ruote per rotolare sulla superficie lunare e raccogliere dati e immagini che aiuteranno nella progettazione di un futuro rover pressurizzato per trasportare gli astronauti sulla Luna. Un carico utile di NGK Spark Plug, un'altra azienda giapponese, testerà le prestazioni delle batterie a stato solido. Il mezzo da sbarco Hakuto-R ha anche carichi utili di tre società canadesi: telecamere grandangolari di Canadensys, un computer di volo con intelligenza artificiale di Mission Control Space Services e una dimostrazione per il sistema di navigazione autonomo basato su crateri di NGC Aerospace.
Innanzitutto, il lander di ispace deve raggiungere la Luna. Le missioni guidate dal governo degli Stati Uniti, dell'Unione Sovietica e della Cina sono atterrate sulla luna, ma ispace sta utilizzando un modello di business commerciale. "La nostra missione è finanziata privatamente," ha detto Hakamada. “Tuttavia, abbiamo alcuni rapporti con i governi, come il nostro carico utile dell'Agenzia spaziale degli Emirati Arabi Uniti e MBRSC, e abbiamo anche un carico utile JAXA. Ma anche questi carichi utili sono contratti commerciali, senza finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo da parte del governo, quindi totalmente diversi dal precedente impegno con il governo.”
Gli investitori di Hakamada includono Suzuki, Japan Airlines, Development Bank of Japan, Konica Minolta, Dentsu e numerosi fondi di capitale di rischio e azionari. La raccolta fondi ha permesso a ispace di acquistare parti per il suo lander Hakuto-R da fornitori di tutto il mondo. Il sistema di propulsione alimentato a idrazina proviene da ArianeGroup, che ha anche aiutato ispace a eseguire l'assemblaggio finale del lander in Germania. Draper, una società con sede nel Massachusetts, sta fornendo software di guida, navigazione e controllo per l'atterraggio, un ruolo simile che Draper ha ricoperto nelle missioni Apollo della NASA. I pannelli solari sono stati forniti da Sierra Space.
"Come nostra prima missione, la mia strategia era quella di accelerare la velocità per entrare nel mercato," ha detto Hakamada. “Per fare ciò, abbiamo riconosciuto che diventare l'integratore di sistemi è la chiave per accelerare la velocità di sviluppo. Se sviluppiamo ciascuno dei componenti, ci vuole tempo. C'è la tecnologia per questo, e il punto importante è come integrare la tecnologia in un sistema con finanziamenti sufficienti".
Nella foto il lander lunare Hakuto-R prima di essere racchiuso dalle due semi-ogive protettive del lancio. Credito: SpaceX
Il primo lander Hakuto-R, noto come design della Serie 1, pesa circa 1 tonnellata completamente rifornito per il lancio. Circa due terzi della sua massa di lancio sono propellenti di idrazina e tetrossido di azoto per alimentare i motori del lander. Con le gambe estese, il lander è alto 2,3 metri e largo 2,6 metri. Hakuto-R raggiungerà una distanza massima di 1,5 milioni di chilometri dalla Terra prima che la gravità lo riporti verso la Luna. Il lander Hakuto-R accenderà i propulsori per essere catturato nell'orbita lunare, quindi si preparerà per la discesa finale in superficie verso la fine di aprile 2023.
"La chiamiamo orbita a bassa energia perché possiamo ridurre il consumo di propellente usando questa orbita, avendo un aiuto dalla gravità del Sole," ha detto Hakamada. “Al fine di ridurre la massa di lancio e ridurre i costi di lancio, abbiamo selezionato questa orbita. Ma questa orbita è simile a diverse missioni recenti per utilizzare una traiettoria simile, come la missione CAPSTONE della NASA o anche l'orbiter lunare coreano. Quindi non pensiamo che ci siano molti rischi su questa orbita”.
Il sito di atterraggio obiettivo è il cratere Atlas, situato in una regione sul lato vicino della Luna chiamata Mare Frigoris, o il Mare del Freddo. Gli ingegneri di un centro operativo della missione a Tokyo supervisioneranno il volo di Hakuto-R sulla Luna. Ryo Ujiie, responsabile dell'ufficio tecnico di ispace, ha affermato che la società ha identificato 10 traguardi importanti per la sua prima missione di allunaggio. Il primo traguardo è già stato raggiunto con il completamento dei preparativi per il lancio. Ciò sarà seguito dal lancio e dal dispiegamento della navicella spaziale Hakuto-R, dall'istituzione di operazioni in stato stazionario e dalla prima manovra di controllo dell'orbita entro uno o due giorni dal decollo.
Altre pietre miliari comprenderanno il completamento di un mese di operazioni nello spazio profondo, l'esecuzione di ulteriori accensioni di correzione della rotta, l'ingresso nell'orbita lunare, gli aggiustamenti per l'allineamento con il sito di atterraggio e l'atterraggio stesso. Un obiettivo finale sarà il completamento delle operazioni di payload sulla superficie lunare.
Nella foto il rover lunare Rashid degli Emirati Arabi Uniti. Credito: MBRSC
Supponendo che l'atterraggio abbia successo, il veicolo spaziale è progettato per funzionare per circa 10 giorni dopo l'atterraggio. abbastanza a lungo da rilasciare il rover lunare Rashid degli Emirati Arabi Uniti e il robot mobile della JAXA. Il mezzo da sbarco stazionario trasmetterà i segnali di comunicazione dai carichi utili dispiegabili sulla Terra. La missione terminerà quando il Sole tramonterà sul sito di atterraggio per iniziare la notte lunare lunga due settimane.
A parte i carichi utili montati sul lander, ispace mira a rispettare un contratto con la NASA con la prima missione Hakuto-R. La NASA ha assegnato contratti nel 2020 per l'acquisto di regolite lunare da società commerciali, incluso un accordo da 5.000 dollari con ispace. Tutti gli accordi avevano un valore monetario relativamente basso. L'iniziativa fa parte del programma lunare Artemis della NASA. La NASA vuole alla fine stipulare contratti con società commerciali per acquisire risorse, come minerali e acqua, che potrebbero sostenere una futura base lunare. Il trasferimento della proprietà del suolo lunare da una società privata alla NASA aiuterà i funzionari di entrambe le parti della transazione a risolvere problemi legali e normativi.
"È solo il trasferimento concettuale della proprietà," ha detto Hakamada. Ci si aspetta che frammenti di polvere sollevati dal motore di atterraggio si depositino sui cuscinetti delle gambe del lander. “La regolite entrerà e coprirà il pad, e dichiareremo la cattura della regolite lunare, quindi trasferiremo la proprietà della regolite su questo pad. Non spostiamo questa regolite da qualche altra parte, non ce lo aspettiamo per questa prima missione". Hakamada ha affermato che ispace ha un secondo contratto per vendere regolite lunare alla NASA nella prossima missione di atterraggio lunare della compagnia, prevista per il 2024. In quella missione, ispace potrebbe tentare di raccogliere del terreno dalla superficie lunare.
Mentre il primo lander Hakuto-R Series 1 è una missione puramente commerciale, ispace sta lavorando con Draper e altre compagnie spaziali per sviluppare un lander lunare robotico più grande per trasportare fino a mezza tonnellata di carico sulla luna per conto della NASA. Draper e ispace hanno vinto un contratto della NASA Commercial Lunar Payload Services, o CLPS, all'inizio di quest'anno per consegnare più strumenti scientifici della NASA sulla superficie lunare nel 2025. Le prime due missioni CLPS della NASA saranno effettuate da Astrobotic e Intuitive Machines. Entrambe queste società hanno in programma di lanciare i loro primi lander lunari sviluppati privatamente il prossimo anno.
Nell'immagine la mappa della faccia visibile della Luna con i vari siti del possibile atterraggio di Hakuto-R. Credito: ispace
Ma a bordo del Falcon 9 si trovava anche l'orbiter Lunar Flashlight, che aveva perso il volo assieme ad Artemis 1 dopo aver mancato una scadenza per l'integrazione lo scorso anno sul razzo lunare Space Launch System della NASA. La NASA si è assicurata così un viaggio nello spazio come carico utile condiviso con il lander Hakuto-R. Il CubeSat, pesante 14 chilogrammi, utilizzerà il proprio sistema di propulsione compatto per manovrare in un'orbita alone quasi rettilinea di forma ovale che sfiora appena 15 chilometri dal polo sud della Luna nel punto più vicino, e si inarca fino a 70.000 chilometri dalla superfice nel suo punto più lontano.
Ci vorranno circa quattro mesi prima che Lunar Flashlight raggiunga la sua orbita scientifica dopo aver percorso una traiettoria di trasferimento a bassa energia simile, ma indipendente, a quella del lander Hakuto-R. La missione Lunar Flashlight, guidata dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, è progettata per orbitare attorno alla Luna e far brillare i laser a infrarossi in crateri permanentemente ombreggiati vicino ai poli lunari. Uno strumento su Lunar Flashlight misurerà la luce riflessa dalla superficie lunare, rivelando la composizione e la quantità di ghiaccio d'acqua e altre molecole nascoste sui fondi scuri dei crateri.
"È ambizioso per un piccolo veicolo spaziale," ha affermato Barbara Cohen, principale investigatrice di Lunar Flashlight del Goddard Space Flight Center della NASA. “Quello che stiamo facendo è utilizzare quattro laser a infrarossi in diverse lunghezze d'onda dell'infrarosso per cercare marcatori definitivi di ghiaccio d'acqua. Usiamo il laser per brillare sulla superficie della luna. A determinate lunghezze d'onda, il ghiaccio assorbirà quelle lunghezze d'onda, ma la roccia o la regolite le rifletteranno”.
Gli scienziati saranno in grado di determinare la presenza di ghiaccio d'acqua e misure su quanto ce n'è, in base a quanta luce laser rimbalza sul fondo permanentemente scuro dei crateri polari. Altre missioni usano invece la luce solare riflessa per cercare segni d'acqua. "Se non hai il Sole che splende in crateri permanentemente in ombra, devi portare la tua illuminazione, ed è quello che farà Lunar Flashlight," ha detto Cohen.
Nella foto l'orbiter Lunar Flashlight prima di essere imbarcato sul razzo. Credito: Jet Propulsion Laboratory/NASA
Altre missioni hanno trovato prove di ghiaccio nel sottosuolo e accenni di depositi di ghiaccio d'acqua in superficie sui fondi dei crateri. Lunar Flashlight cercherà di confermare la presenza di ghiaccio in superficie. I futuri astronauti potrebbero accedere ai depositi di ghiaccio superficiale per contribuire a creare acqua potabile e propellente per razzi.
La NASA aveva selezionato 13 missioni CubeSat, tra cui Lunar Flashlight, per il primo volo SLS, noto come Artemis 1. Lunar Flashlight era una delle tre missioni CubeSat che non erano state pronte in tempo per essere integrate sul razzo lunare SLS prima che fosse chiuso per il lancio di prova di Artemis 1. Un portavoce della NASA ha dichiarato l'anno scorso che i problemi con il sistema di propulsione originale per il veicolo spaziale Lunar Flashlight, una vela solare, hanno costretto i gestori a passare a un design alternativo utilizzando propellente "verde" non tossico. Il rallentamento dello sviluppo della missione, unito agli effetti della pandemia di COVID-19, ha impedito alla navicella spaziale di essere pronta per l'integrazione con il razzo Artemis 1.
Dopo aver perso il viaggio su Artemis 1, Lunar Flashlight è stato assegnato al lancio su un razzo SpaceX con un lander lunare commerciale di proprietà di Intuitive Machines con sede a Houston. Quel lancio è stato posticipato al 2023 a causa di ritardi nello sviluppo del lander di Intuitive Machines, quindi la NASA è stata in grado di trasferire Lunar Flashlight alla missione Hakuto-R.
Cohen ha affermato che Lunar Flashlight si è trovata in una situazione migliore che se fosse stata lanciata su Artemis 1. Alcuni dei payload di CubeSat rideshare sul razzo lunare Artemis 1 non sono riusciti a ricaricare le batterie dal momento in cui sono stati integrati nel lanciatore nel 2021 fino al lancio avvenuto solo un anno dopo. "Siamo in una situazione leggermente migliore perché siamo completamente carichi e non abbiamo dovuto attendere per un anno," ha concluso Cohen.
Si è trattato del 172esimo lancio orbitale globale del 2022, il 167esimo a concludersi con successo, l'82esimo per gli Stati Uniti, ancora saldamente al comando di questa classifica.
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