InSight si sta scatenando per un atterraggio su Marte. La navicella spaziale farà il suo approccio e l'atterraggio con un metodo provato e vero, ma anche se la NASA ha già fatto questa acrobazia, dozzine di cose devono andare esattamente a destra durante l'entrata, la discesa e l'atterraggio (EDL) affinché InSight arrivi in sicurezza sul superficie del pianeta rosso.
Alle 14:47 di lunedì 26 novembre, il lander InSight raggiungerà la vetta dell'atmosfera marziana, a circa 125 chilometri (70 miglia) dalla superficie, viaggiando a 5, 5 chilometri al secondo (12.000 mph). Lo scudo termico di silice ablativo dell'imbarcazione raggiungerà una temperatura di oltre 1.500 gradi Celsius, abbastanza calda da fondere l'acciaio. Circa tre minuti e mezzo dopo l'ingresso nell'atmosfera, la navicella spaziale continuerà a sfrecciare verso il suolo a velocità supersoniche. Un paracadute si schiererà per rallentare il più possibile, lo scudo termico si spegne e il veicolo spaziale inizierà a cercare il suolo con un radar. Circa sei minuti dopo aver colpito l'atmosfera, il lander si separerà dal suo guscio posteriore - viaggiando ancora a circa 180 miglia all'ora - e lancerà i suoi razzi retrò per portarlo sul resto della strada verso casa, atterrando all'incirca un minuto dopo.
Se tutto va bene, mentre gli ingegneri monitorano gli schermi di controllo durante i "sette minuti di terrore", incapaci di guidare l'imbarcazione distante in tempo reale, InSight si fermerà a Elysium Planitia il lunedì dopo il Ringraziamento e si preparerà a iniziare a studiare la sismologia e calore interno di Marte. La NASA può consolarsi del fatto che tali sbarchi sono riusciti in passato, ma quando stai tentando di sbarcare un velivolo a milioni di miglia di distanza, è impossibile prepararsi per ogni eventualità.
(Emily Lakdawalla per The Planetary Society) Ogni volta che si avvicina un atterraggio su Marte, i fan dello spazio ricevono una manciata di statistiche. Prima dell'atterraggio di Curiosity, "più della metà di tutte le missioni su Marte sono fallite". Prima del lancio di ExoMars in Europa, "più missioni hanno fallito: 28 flop rispetto a 19 successi." Dopo che l'orbita ExoMars ebbe successo, ma il suo lander non lo fece ( almeno, non del tutto): "Delle circa una dozzina di missioni di lander e rover robot lanciate su Marte, solo sette sono riuscite."
Le statistiche sono drammatiche, ma la storia che raccontano è un po 'datata. Ci fu una serie spettacolare di fallimenti nell'ultima parte del 20 ° secolo: le perdite di Marte 96, Mars Observer, Mars Climate Orbiter e Mars Polar Lander pungono ancora. Ma mentre la Russia non ha mai ottenuto un completo successo su Marte, la NASA, l'Agenzia spaziale europea (ESA) e l'Indian Space Research Organization (ISRO) hanno praticamente inchiodato inserimenti orbitali su Marte da Y2K. Cina, India e Giappone hanno le loro seconde missioni legate a Marte nelle opere e gli Emirati Arabi Uniti stanno pianificando le loro prime, per non parlare delle ambizioni di diversi soggetti privati.
Gli inserimenti di orbite su Marte sono diventati relativamente di routine nel 21 ° secolo, ma gli sbarchi su Marte sono ancora alcune delle missioni nello spazio profondo più difficili mai tentate. I due orbiter di successo dell'ESA includevano entrambi piccoli lander di cui non si era mai sentito parlare dopo il touchdown, sebbene il lander Schiaparelli di ExoMars restituì i dati quasi fino alla superficie.
Tre cose rendono un atterraggio su Marte molto più difficile di un atterraggio sulla luna - o un atterraggio sulla Terra, per quella materia. In primo luogo, a differenza della luna, Marte è troppo lontano perché qualsiasi essere umano legato al suolo possa essere nel circuito durante un tentativo di atterraggio. Il tempo impiegato da un segnale per viaggiare da Marte alla Terra e viceversa non è mai inferiore a nove minuti ed è generalmente molto più lungo, quindi quando riusciamo a sentire e rispondere a un segnale che il nostro veicolo spaziale ha colpito la parte superiore dell'atmosfera, il risultato finale, in un modo o nell'altro, è già avvenuto.
Il secondo problema è l'atmosfera di Marte. C'è sia troppo che troppo poco. Sulla Terra, quando gli astronauti e le capsule campione ritornano dallo spazio, possiamo proteggere i veicoli spaziali dietro gli scudi termici e usare l'attrito dell'ingresso atmosferico per rallentare il velivolo ipersonico a velocità subsoniche. Una volta che la parte fiammeggiante è finita, possiamo semplicemente far scoppiare un paracadute per ridurre ulteriormente la velocità e andare alla deriva in un delicato (o almeno sopravvivibile) atterraggio sulla terra o sull'acqua.
L'atmosfera di Marte è abbastanza spessa da generare un'entrata infuocata, che richiede uno scudo termico, ma è troppo sottile per un solo paracadute per rallentare un veicolo spaziale in entrata a una velocità di atterraggio sicura. Quando Curiosity ha raggiunto la vetta dell'atmosfera di Marte nel 2012, viaggiava a 5, 8 chilometri al secondo (13.000 mph). Quando lo scudo termico aveva fatto tutto ciò che poteva fare, l'astronave stava ancora scagliando verso il suolo a 400 metri al secondo (895 mph). Il paracadute di Curiosity poteva, e lo faceva, rallentarlo, ma solo a 80 metri al secondo (179 mph). Colpire il terreno a quella velocità non è sopravvivibile, nemmeno per un robot.
In un mondo airless come la luna, gli scudi termici non sono necessari e i paracadute non ti servono. Ma non temere, abbiamo avuto la tecnologia per gli atterraggi lunari dagli anni '60: prendi alcuni razzi e puntali verso il basso, annullando la velocità dell'imbarcazione.
L'atmosfera rende le cose un po 'più complicate su Marte, però. Con l'aria in movimento come fattore aggiuntivo, i venti imprevedibili possono aggiungere una velocità orizzontale altrettanto imprevedibile a un veicolo spaziale in discesa. Per questo motivo, le regioni di sbarco su Marte devono avere basse pendenze regionali. Alti venti orizzontali più alte pendenze potrebbero mettere un lander molto più lontano o più vicino al suolo di quanto si aspetti - e entrambe le situazioni potrebbero portare al disastro.
Illustrazione del lander InSight della NASA che sta per atterrare sulla superficie di Marte. (NASA / JPL-Caltech) Quindi un lander su Marte ha bisogno di tre tecnologie per raggiungere la superficie: uno scudo termico, un paracadute schierabile supersonicamente e retrorocket. Le missioni vichinghe su Marte a metà degli anni '70 si prepararono lanciando test lanciando paracadute su razzi suborbitali per verificare che potessero gonfiarsi senza frantumarsi a velocità più elevate del suono. Da allora tutti gli sbarchi di successo su Marte (tutti quelli della NASA) hanno fatto affidamento sui paracadute con l'eredità vichinga. Di recente, la NASA ha lavorato a un nuovo sforzo per sviluppare tecnologie di decelerazione in grado di far atterrare un veicolo spaziale più pesante delle sonde vichinghe, uno sforzo che inizialmente non ebbe successo, provocando un catastrofico taglio dei paracadute. (I test più recenti hanno funzionato meglio.)
Tenendo presente tutto ciò, cosa sappiamo di cosa è andato storto per i lander su Marte recentemente falliti? Per due di loro, Mars Polar Lander e Beagle 2, possiamo solo speculare. Il veicolo spaziale non era in grado di trasmettere dati di telemetria in tempo reale mentre scendevano. Il fallimento di Mars Polar Lander ha insegnato alla NASA una lezione importante: se vogliamo imparare qualcosa dai nostri fallimenti, dobbiamo raccogliere quanti più dati possibile fino al punto del fallimento. Da quando il Polar Polar Lander si è schiantato in superficie alla fine del 1999, ogni lander Mars, ad eccezione del Beagle 2 dell'ESA, ha trasmesso dati a un orbiter che ha registrato segnali radio grezzi per future analisi in caso di guasto.
In questi giorni, ci sono molti orbiter su Marte, quindi possiamo fare anche meglio di così. C'è sempre un orbiter che ascolta e registra ogni ultimo bit di segnale radio da un lander, in caso di disastro. E di solito c'è un orbiter secondario che non solo ascolta il segnale, ma lo decodifica e trasmette le informazioni alla Terra alla velocità consentita dal lento viaggio della luce. Questa trasmissione di dati "a tubo piegato" ci ha fornito il quadro in tempo reale con adrenalina dei tentativi di atterraggio su Marte.
Una mappa di Marte, che mostra le posizioni di tutti e sette gli atterraggi di successo della NASA insieme al sito di atterraggio di InSight nella regione piatta dell'Elysium Planitia. (NASA) Quando InSight atterra, spetterà al Mars Reconnaissance Orbiter registrare i dati di telemetria per la dissezione futura se il tentativo fallisce. Per ottenere dati in tempo reale sull'atterraggio, tuttavia, InSight ha portato con sé due piccoli compagni spaziali: il MarCO CubeSats, ciascuno lungo solo circa un metro. Il veicolo spaziale Mars Cube One è il primo CubeSats interplanetario in assoluto. Se l'imbarcazione avrà successo, il mondo riceverà i suoi rapporti in tempo reale sull'atterraggio di InSight e i piccoli robot spaziali apriranno la strada a viaggi futuri, più piccoli ed economici su Marte.
Ma per ora, tutti gli occhi sono puntati su InSight. La NASA è atterrata con successo su Marte sette volte e prima che il mese finisca, l'agenzia spaziale proverà a farne otto.
Emily Lakdawalla è un'evangelista planetaria presso The Planetary Society e la redazione della pubblicazione trimestrale della società, The Planetary Report. Il suo nuovo libro è The Design and Engineering of Curiosity: How Mars Mars svolge il suo lavoro .
Il design e l'ingegneria della curiosità: come Mars Rover svolge il suo lavoro
Questo libro descrive la macchina più complessa mai inviata su un altro pianeta: la curiosità. È un robot da una tonnellata con due cervelli, diciassette telecamere, sei ruote, energia nucleare e un raggio laser sulla testa. Nessuno umano capisce come funzionano tutti i suoi sistemi e strumenti. Questo riferimento essenziale alla missione Curiosity spiega l'ingegneria alla base di ogni sistema sul rover, dal suo jetpack alimentato a razzo al suo generatore termoelettrico radioisotopico al suo sistema diabolicamente complesso di gestione dei campioni.
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