Mentre la NASA e l'ESA pianificano una complicata missione per riportare a terra i campioni marziani raccolti da Perseverance, così come la Cina progetta missioni costose, c'è un numero crescente di ricercatori che sta escogitando modi nuovi e a basso costo per esplorare ulteriormente il pianeta. Bethany Ehlmann, una scienziata planetaria del California Institute of Technology di Pasadena, sostiene che è questa la strada per il prossimo ciclo di indagini.
“Marte, come la Terra, è diverso. Luoghi diversi catturano diverse istantanee ambientali", ha detto Ehlmann in un'intervista. "C'è un sacco di esplorazione da fare", ha aggiunto, citando la possibilità di visitare siti incredibili ed esotici che i veicoli spaziali hanno ripreso finora solo dall'orbita, come il sistema di canyon Valles Marineris e le calotte polari marziane. "Un sistema complicato come Marte richiede ampiezza e profondità [di studio]", ha detto Ehlmann, "e questo significa trovare nuovi modi per esplorare più luoghi, abbassando il prezzo per missione spaziale attraverso la tecnologia, o nuovi paradigmi programmatici e collaborazioni. Immagina una mezza dozzina di esploratori mobili su Marte, gestiti da università di tutto il paese... Questo spronerebbe gli studenti e le loro carriere nel campo della scienza e dell'ingegneria!".
"Dopo decenni di esplorazione di Marte, molte delle domande importanti ancora senza risposta potranno essere risolte solo con gli stivali a terra, siano questi stivali robotici o umani", ha detto Ehlmann.
Il nuovo approccio
“La NASA è sempre stata un'agenzia molto avversa al rischio. Questo è completamente comprensibile, dal momento che vengono spesi i dollari dei contribuenti", ha affermato Robert Lillis, direttore associato per la scienza planetaria e l'astrobiologia all'interno dello Space Sciences Laboratory dell'Università della California, Berkeley. Alcuni programmi dell'Agenzia stanno provando ad avvicinarsi al concetto di missione a basso costo come il programma Discovery (di cui fa parte la sonda New Horizons o le future Psyche, DAVINCI+ e VERITAS) dove l'attuale limite è di 500 milioni di dollari. Ancora più audacemente, il programma Small Innovative Missions for Planetary Exploration (SIMPLEx) della NASA mira a una scienza planetaria di primo ordine ad una frazione del costo di una tipica missione Discovery. SIMPLEx funge anche da pioniere per indagare sul compromesso tra costo e rischio. Ad esempio, la missione Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (EscaPADE), che dovrebbe arrivare in orbita attorno al Pianeta Rosso nel 2026, è un'impresa SIMPLEx, che promette un ottimo rapporto qualità-prezzo in termini di scienza per dollaro. Lillis, che è anche ricercatore principale di EscaPADE, ha affermato: "Le nostre due sonde, Blue e Gold, ci forniranno due paia di occhi, permettendoci, per la prima volta, di comprendere la risposta in tempo reale dei modelli di perdita atmosferica di Marte alle raffiche elettromagnetiche e alle tempeste del vento solare".
"L'adozione di approcci NewSpace consentirà alle costellazioni di piccoli satelliti di esplorare e monitorare l'atmosfera marziana con una fedeltà e una copertura senza precedenti", ha affermato Lillis. “Saremo in grado di vedere tutte le parti del pianeta a tutte le ore del giorno, dalla superficie all'alta atmosfera”. Questi dati saranno fondamentali anche per la futura esplorazione umana. In primo luogo, una migliore caratterizzazione della pressione dell'aria e del vento vicino alla superficie consente un ingresso, una discesa e un atterraggio più sicuri. In secondo luogo, il monitoraggio del tempo consentirà previsioni meteorologiche accurate attraverso l'assimilazione dei dati.
Un cambio di tecnologia
Una nuova tecnologia permette di atterrare su Marte in modo economico e sicuro: si chiama Small High Impact Energy Landing Device (SHIELD), ora in fase di studio presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA.
"SHIELD è fondamentalmente sia un lander che un ammortizzatore", ha affermato Louis Giersch, ricercatore investigatore del progetto..
"Non sarà in grado di posare sulla superficie un veicolo spaziale come il rover Perseverance, ma potrebbe consentire agli scienziati di raggiungere e studiare più punti sulla superficie marziana mentre viaggiano insieme a missioni NASA più grandi", ha aggiunto Giersch. "Stiamo ancora valutando quali tipi di strumenti scientifici abbiano senso, ma i sensori meteorologici, le fotocamere e gli spettrometri di massa sono tutti sul tavolo da disegno".
I metodi convenzionali di ammartaggio si basano sul concetto multistadio di entry/descent/landing (EDL), un approccio complesso e costoso che affronta tre fasi con tecnologie separate: scudi termici per l'ingresso in atmosfera, paracadute per la discesa e propulsori/airbag/gru per l'atterraggio. Ma un EDL semplificato potrebbe adattarsi bene a piccoli lander, rover o droni, riducendo notevolmente i costi ed aumentando la frequenza delle missioni sulla superficie di Marte.
Lo SHIELD affronta tutte e tre le fasi di entrata/discesa/atterraggio con una struttura multifunzionale composta di scudo termico durante l'ingresso, deceleratore aerodinamico durante la discesa, attenuatore e un assorbitore di energia durante l'atterraggio. Il sistema è aerodinamicamente passivamente stabile e non ha dispiegamenti di paracadute, rilascio dello scudo termico e separazione del guscio posteriore. Di conseguenza, non c'è bisogno di un sistema di guida, navigazione e controllo, riducendo ulteriormente costo e massa.
Ad esempio, questa tecnologia potrebbe potenzialmente consentire alla NASA di distribuire dozzine di singoli robot in un lasso di tempo relativamente breve, costellando il lontano Pianeta Rosso di lander.
I vantaggi dell'utilizzo di SHIELD sono le decelerazioni in atterraggio significativamente più alte rispetto ai più convenzionali EDL: circa 9.000 m/sec2 o 900 g. Di conseguenza, non tutti i payload saranno compatibili con questa tecnologia. Questi dovranno essere ancora più compatti e robusti ma avranno il vantaggio di guadagnarsi un accesso più frequente alla superficie marziana.
Lo SHIELD.
Crediti: NASA/JPL-Caltech
Quando è nata l'idea?
Quando i cubesat Mars Cube One (MarCO) A e B, soprannominati EVE e WALL-E, hanno completato con successo un sorvolo di Marte nel novembre 2018. Il duo, che è costato solo 18,5 milioni di dollari al JPL tra costruzione ed operazioni, aveva ricevuto un passaggio interplanetario dal lander InSight Mars della NASA.
Uno dei CubeSat MaRC in prova al Jpl.
Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
Ingenuity: il nuovo punto di svolta
Il successo del drone marziano che ha dimostrato che il volo controllato su un altro pianeta è possibile, ha aperto nuove vie esplorative.
"I voli di Ingenuity sono andati oltre ciò che avremmo potuto immaginare", ha affermato Shannah Withrow-Maser, capo del Mars Science Helicopter Vehicle Systems presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley. "Ogni volo ci sta insegnando sempre di più e apre le porte a futuri concetti di missione".
Gli ingegneri stanno già pensando ad un esacottero avanzato in grado di trasportare carichi utili più grandi e percorrere distanze maggiori.
"Siamo in grado di fare cose davvero interessanti con i velivoli ad ala rotante", ha detto, "decollando da qualsiasi luogo e anche librando su oggetti di interesse".
Il prossimo drone sarà rilasciato durante l'EDL e studierà luoghi inesplorati come le calotte polari, le più ripide scogliere verticali ed i vulcani di fango. L'esacottero potrebbe anche sfrecciare sulle intriganti strisce scure marziane note come Recurring Slope Lineae (RSL) che potrebbero essere tracce di attività dell'acqua liquida. Potrebbe anche potenzialmente aiutare a mappare i profili verticali dell'atmosfera o persino immergersi nelle aperture dei tubi di lava.
"La comunità sta appena iniziando a farsi un'idea di cosa si potrebbe fare usando l'esplorazione aeronautica", ha detto Withrow-Maser.
Crediti: NASA JPL/NASA Ames/AeroVironment
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