La campagna multi-missione Mars Sample Return è iniziata quando il rover Perseverance della NASA è atterrato su Marte lo scorso febbraio per raccogliere campioni di roccia marziana alla ricerca di antiche forme di vita microscopica. Delle 43 provette campione finora il rover ne ha riempite quattro con rocce e una con atmosfera marziana. Mars Sample Return cercherà di riportare sulla Terra dei tubi selezionati, che generazioni di scienziati potranno studiare con le apparecchiature più sofisticate.
Portare quei campioni nei laboratori terrestri richiederà un decennio di duro lavoro e coinvolgerà partner europei e più centri della NASA.
L'Agenzia Spaziale Europea ESA sta sviluppando un rover insieme agli ingegneri del Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio, che stanno lavorando sulle ruote. Il rover porterà i campioni al lander, in fase di sviluppo presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, che utilzzerà un braccio robotico (sviluppato dall'ESA) per imballare i campioni in un piccolo razzo, chiamato Mars Ascent Vehicle, progettato dal Marshall Space Flight Center di Huntsville, Alabama.
Il razzo sarà lanciato dal lander per consegnare la capsula con i campioni a un veicolo spaziale dell'ESA in orbita attorno a Marte. All'interno dell'orbiter, la capsula sarà preparata per la consegna sulla Terra tramite l'hardware che sta sviluppando un team guidato dal Goddard Space Flight Center della NASA di Greenbelt, nel Maryland. Questa preparazione include la sigillatura della capsula all'interno di un contenitore pulito per intrappolare qualsiasi materiale marziano all'interno, la sterilizzazione del sigillo e il posizionamento del contenitore ermetico in una navicella per il rientro sulla Terra.
Il Lander
Per sviluppare il lander, così come il sistema che aiuterà a lanciare il razzo carico di campioni, gli ingegneri del JPL stanno attingendo a tutta la loro esperienza marziana.
Il JPL ha condotto nove atterraggi di successo su Marte, inclusi rover e lander ma il Sample Retrieval Lander sarà il veicolo spaziale più grande e più pesante del suo genere mai andato su Marte e il Mars Ascent Vehicle che verrà lanciato dal lander, sarà il primo razzo lanciato dalla superficie di un altro pianeta.
Per trasportare e lanciare il Mars Ascent Vehicle, il lander dovrà essere una piattaforma robusta, dal peso di circa 2.400 chilogrammi, quasi il doppio di Perseverance che è stato calato sulla superficie marziana con i cavi appesi a un jet pack alimentato a razzo. Il Sample Retriever Lander, invece, userà delle gambe che dovranno assorbire l'impatto del touchdown, facendo affidamento sui retrorazzi per rallentare la discesa, in modo simile alle recenti missioni InSight e Phoenix.
Negli ultimi mesi, la resitenza degli appoggi è stata testata in um magazzino del JPL, facendo cadere ripetutamente dall'alto un prototipo, registrandone il comportamento.
Segni simili a codici QR su ciascuno dei "piedi" del prototipo aiutano le telecamere a monitorare il movimento delle gambe. Il team utilizza dei video al rallentatore per aggiornare continuamente i propri modelli di computer, che aiutano a capire come l'energia verrebbe dispersa in tutto il lander.
Pavlina Karafillis e i suoi colleghi hanno iniziato con un prototipo di circa un terzo delle dimensioni di quella che sarebbe l'effettiva navicella spaziale.
Più avanti nel programma, lanceranno anche un lander in scala reale.
Il razzo
Sopravvivere all'atterraggio è solo una parte della sfida: lanciare in sicurezza il razzo a due stadi lungo 2,8 metri che siederà in cima al ponte del lander aggiunge un altro livello di difficoltà. La gravità di Marte è un terzo di quella terrestre e il peso del razzo, combinato con il suo scarico, potrebbe far scivolare o inclinare il lander.
Quindi gli ingegneri hanno concepito un sistema per lanciare il razzo in aria appena prima che si accenda. L'intero processo avviene in uno schiocco di dita, lanciando il razzo a una velocità 5 metri al secondo.
Questo sistema, noto come sistema VECTOR (Vertically Ejected Controlled Tip-off Release), aggiunge anche una leggera rotazione durante il lancio, che lancia il razzo verso l'alto e lontano dalla superficie marziana.
Il team hanno condotto 23 test quest'anno, modificando la massa e il centro di gravità del razzo lungo il percorso. Hanno anche aggiunto molle alla parte inferiore del loro sostituto del lander, osservando quanto "rimbalza" il sistema di lancio creato. L'anno prossimo lanceranno un razzo più pesante ancora più in alto.
Un finto razzo viene lanciato in aria al Jet Propulsion Laboratory della NASA durante i test.
Crediti: NASA/JPL-Caltech
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