Scritto: Lunedì, 18 Aprile 2022 12:24 Ultima modifica: Martedì, 19 Aprile 2022 07:08

Perseverando fino a dove?


L'ultimo rover della NASA, grazie al suo avanzato sistema di navigazione autonoma, potrebbe raggiungere percorrenze davvero estreme, forse anche 1000 km se la sua missione verrà estesa e avrà fortuna!

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Immagine di "Kodiak Hill" ripresa dalla "Left Navigation Camera", nel Sol 409
Immagine di "Kodiak Hill" ripresa dalla "Left Navigation Camera", nel Sol 409
Credits: NASA/JPL/Caltech - Marco Di Lorenzo

 Delle ultime mirabolanti imprese di Perseverance abbiamo narrato di recente: con una sequenza quasi ininterrotta di spostamenti giornalieri, molti dei quali superavano i 200 metri di lunghezza, nell'arco di un solo mese (dal 14 marzo al 14 aprile) il rover è riuscito a coprire ben 4,8 km, più che raddoppiando la sua odometria totale, per portarsi ai piedi del "Delta". Il merito va sicuramente al software di navigazione autonoma potenziato ("autopilot"), in grado di decidere quale direzione prendere senza neanche doversi fermare; naturalmente, anche il terreno pianeggiante e libero da ostacoli ha favorito il risultato eccezionale.

 Certo, 5 km scarsi sono una distanza che a noi esseri umani può sembrare piccola, da poter coprire con passo spedito in un'ora, non certo in un mese. Tuttavia, per un robot che si muove in un ambiente ostile e ignoto come un altro pianeta, è un risultato davvero eccezionale e permette di essere molto ottimisti sui possibili traguardi futuri. In fondo, la missione di Perseverance è iniziata solo 14 mesi fa e le batterie a radio-isotopi di plutonio (RTG) dovrebbero consentirgli una piena attività per almeno un altro decennio se non due. Pertanto è lecito chiedersi fin dove l'indomito rover possa spingersi negli anni a venire.

 

I predecessori

 Il primo rover che si è mosso con successo su Marte è stato il piccolo Sojourner, durante la missione Pathfinder della NASA nel 1997. Essendo poco più di un dimostratore tecnologico, percorse solo un centinaio di metri nell'arco di 83 giorni marziani (Sol), dunque velocità media di 1,2 m/Sol. Ma questo primo tentativo servì a spianare la strada ai successori, i due "Mars Exploration Rover" Spirit e Opportunity. Dei due, il secondo è stato sicuramente più fortunato perchè si è trovato a viaggiare su un terreno più favorevole.

 Ancora oggi, il record di percorrenza su Marte appartiene al defunto rover Opportunity, di fatto il terzo ad avere raggiunto indenne la superficie del pianeta il 24 gennaio 2004, 3 settimane dopo il gemello Spirit. Opportunity riuscì a percorrere una maratona di oltre 45 km (45160 metri, per la precisione) nell'arco di 5111 Sol, pari a 7,6 anni marziani o 14,3 anni terrestri. Entrambi i MER erano alimentati da batterie solari e possedevano una limitata autonomia di movimento, che richiedeva frequenti soste per poter fare il punto e decidere quale strada prendere. Come si vede nel grafico qui sotto, nel secondo anno della missione Oppy riuscì a stabilire anche un record di percorrenza giornaliero (220 metri nel Sol 410), rimasto imbattuto fino allo scorso 2 febbraio.

Oppometry

 Odometria complessiva di Opportnity (in rosso) e percorrenze medie/giornaliere (blu e verde) nel corso dell'intera missione - Credits: NASA/JPL - Processing/Plot: Marco Di Lorenzo

 L'alimentazione da pannelli solari, unita a fortunati eventi di pulizia dalla polvere grazie al passaggio di provvidenziali "dust devils", ha assicurato la longevità del rover ma ne ha decretato anche la fine quando, a metà 2018, una "tempesta perfetta" lo investì mentre stazionava nel sito invernale chiamato (ironia della sorte) "Perseverance Valley". Ad essere onesti, negli ultimi anni di attività il rover aveva comunque già manifestato evidenti segni di invecchiamento, con ripetuti problemi ai motori delle ruote (difficoltà ad avanzare e a sterzare) e alla memoria interna, con ricorrenti fenomeni di "amnesia"; quindi è lecito supporre che, anche senza la violenta tempesta di polvere che lo ha sepolto, Opportunity non sarebbe vissuto molto più a lungo e difficilmente avrebbe superato i 50 km di odometria. In ogni caso, a causa delle numerose giornate di immobilità totale o quasi totale (specialmente nei periodi invernali di scarso irraggiamento solare) Opportunity ha coperto in media solo 8,8 metri/sol, rimanendo fermo nell'88% dei giorni e superando i 100 metri di percorrenza in 15 occasioni soltanto.

 Quando il rover di nuova generazione Curiosity arrivò su Marte il 6 agosto 2012, le aspettative erano decisamente alte e si sperava che, grazie anche alle batterie RTG, il veicolo avrebbe dimostrato una mobilità molto più avanzata dei MER. Invece, complice l'inatteso problema del deterioramento rapido del battistrada nelle ruote, finora ha totalizzato solo 28 km, percorrendo in media soltanto 8,1 m/sol, senza mai superare 144 metri di percorrenza giornaliera. Grafici e statistiche sono visionabili nel Mission Log dedicato. E' ragionevole supporre che questa velocità media non subirà significativi miglioramenti e, anzi, la mobilità di Curiosity potrebbe venire definitivamente compromessa nel giro di pochi anni, a causa dello sbrindellamento completo di una o più ruote. Probabilmente, l'odometria finale si attesterà sui 33÷45 km entro i prossimi 2÷4 anni, senza mai superare il primato di Opportunity.

 Un doveroso accenno va fatto anche all'unico rover non americano sul pianeta rosso, il cinese Zhurong che ha percorso circa 1,6 km nei primi 10 mesi di attività (5,5 m/sol); accenneremo nuovamente a lui a fine articolo.

 

Tentativi di previsione

  Perseverance ha superato questi limiti, facendo tesoro delle lezioni apprese dai suoi predecessori e traendo vantaggio da una tecnologia più avanzata, con un computer dedicato esclusivamente alla navigazione autonoma. Dopo avere infranto il record di percorrenza giornaliera di Oppy, rimasto imbattuto per per 17 anni, il rover è giunto a coprire, un mese fa, oltre 293 metri in un singolo Sol e ha dimostrato di poter sostenere, su un terreno pianeggiante, una velocità media di 150-180 metri al giorno, a patto di effettuare pochissime soste.

 Adesso Perseverance si è momentaneamente arrestato prima di affrontare la rampa per salire sull'altopiano del Delta e, sicuramente, nelle prossime settimane sarà costretto a muoversi con maggiore cautela a causa del terreno più accidentato. Inoltre, nei mesi a venire verranno effettuate numerose soste per perforare rocce e raccogliere almeno una dozzina di campioni nella regione sedimentaria di Neretva. Pertanto, è inevitabile un ridimensionamento della velocità media che, probabilmente, tornerà ai livelli del primo anno di attività, non oltre i 50 m/sol.

Ipotesi

 Nel grafico qui sopra ho provato ad effettuare una proiezione, decisamente aggressiva ma non inverosimile, dei valori futuri di velocità media e odometria, rispettivamente in verde e in rosso. Uscendo dalla regione di Neretva, il rover dovrebbe riprendere velocità e, intorno al Sol 1000 (fine 2023), dovrebbe raggiungere il luogo convenuto a ovest di Jezero, dove depositare a terra i campioni raccolti. A quel punto il rover, che avrà già infranto il record di odometria totale di Opportunity, potrebbe continuare la raccolta di campioni facendo ampi cerchi attorno a quel luogo in attesa dell'arrivo della missione Sample Return, intorno al 2030.

 In alternativa, o quando i raccoglitori di campioni saranno già tutti pieni, Percy potrebbe percorrere centinaia di km allontanarsi progressivamente da Jezero, seguendo ad esempio l'interessante percorso a occidente illustrato qui sotto, che prevede la visita all'interno di un paio di ampi crateri e anche di un canyon.

Future Path 1

 Infine, volendo essere ottimisti, è ipotizzabile che Curiosity possa arrivare a funzionare per 14-15 anni, battendo Opportunity anche in longevità. In questo caso, ipotizzando anche un uso estremo del sistema autopilot (con software opportunamente potenziato), il rover potrebbe avvicinarsi all'ottimistico obiettivo dei 1000 km di odometria totale, come illustrato nel grafico precedente. Una simile distanza potrebbe consentire di raggiungere quello che resta del lander europeo Beagle-2, schiantatosi a fine 2003 su Isidis Planitia; per arrivarci, Percy dovrebbe proseguire su una traiettoria quasi perfettamente rettilinea verso Sud-Est, come illustrato nella seguente schermata tratta da Google-Mars. Un'altra possibilità, ancora più remota, potrebbe essere quella di avere un rendez-vous con il rover cinese Zhurong, su Utopia Planitia, oltre 1000 km a nord-est di Jezero.

Way to Beagle2

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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