Sembra sempre più che il futuro dell'esplorazione spaziale possa coinvolgere i droni in grande stile.
Lo abbiamo già visto qui sulla Terra, dove tutti i tipi di droni volanti sono usati da tutti i tipi di persone per tutti i tipi di cose. I droni sono particolarmente utili nello sviluppo delle risorse, nell'esplorazione, nell'imaging e nel telerilevamento.
Il futuro potrebbe vedere i droni volare nella sottile atmosfera marziana?
La NASA ha assegnato 3,1 milioni di dollari a un gruppo del Laboratorio Lunare e Planetario (LPL) presso l'Università dell'Arizona per vedere se possono realizzare quel futuro. Il gruppo è guidato da Christopher Hamilton, professore associato presso la LPL. Hamilton è specializzato in vulcanologia e colate laviche, cose che hanno un posto di rilievo sulla superficie marziana.
Su Marte, i droni potrebbero fornire un supporto fondamentale a un rover o un lander e migliorare i risultati della missione a un costo aggiuntivo minimo, rispetto al costo di una missione rover. Potrebbero esplorare aree inaccessibili ai rover, identificare obiettivi di interesse e aiutare a trovare percorsi attraverso terreni difficili. I droni potrebbero persino raccogliere campioni. Il team di Hamilton chiama l'idea Rover–Aerial Vehicle Exploration Networks, o RAVEN.
I campi di lava di Holuhraun con il vapore che sale. Credito immagine: Christopher Hamilton.
RAVEN rappresenta un cambiamento nel modo in cui la NASA si è storicamente avvicinata all'esplorazione di altri mondi. Secondo Hamilton, l'esplorazione ha seguito un processo in quattro fasi fino ad ora: flyby, orbiter, lander e poi un rover. È più o meno così che si è svolta l'esplorazione di Marte. In primo luogo, una serie di sonde Mariner ha fatto dei passaggi ravvicinati per raccogliere informazioni, poi il Programma vichingo mettere un veicolo spaziale in orbita attorno a Marte e un lander in superficie. Poi la missione Pathfinder ha consegnato il minuscolo Invia rover alla superficie di Marte. Attualmente, ci sono diversi orbiter attorno a Marte, un lander e un rover sulla superficie con altri in arrivo.
Ma con RAVEN le cose sarebbero un po' diverse.
'Con RAVEN, stiamo aggiungendo 'volare' a quella lista', ha detto Hamilton. “E non solo: l'intero concetto è davvero orientato alla creazione di nuove tecnologie e procedure per consentire a due robot di lavorare insieme su un corpo extraterrestre. Vedremo come un rover e un drone possono lavorare insieme per massimizzare la produzione scientifica di una tale missione”.
Christopher Hamilton del Lunar and Planetary Laboratory lancia un drone durante i test di volo nel campo di colata lavica di Holuhraun. Credito immagine: Christopher Hamilton
RAVEN si baserà sul lavoro svolto con Perseverance Rover. Quando Perseverance atterrerà su Marte tra circa un mese, trasporterà il piccolo Ingegno elicottero con esso. Ingenuity è una missione di dimostrazione della tecnologia e sarà attaccata alla pancia del rover Perseverance. La NASA si aspetta che il minuscolo elicottero effettui uno o più voli durante la sua missione di trenta giorni.
Hamilton è il ricercatore principale del gruppo che studia la fattibilità del concetto di drone e rover. Sono andati in Islanda per lavorare sul concetto al Campo di colata lavica di Holuhraun . Grandi porzioni della superficie marziana sono ricoperte da campi di lava, rendendo l'area di Holuhraun un analogo desiderabile.
'È uno degli immobili più nuovi al mondo', ha detto Hamilton a proposito degli aridi campi di lava. 'Ciò che lo rende particolarmente interessante per noi è che la lava è stata collocata in un'area sabbiosa, che è molto simile a come appaiono alcuni terreni marziani'.
Ovviamente, volare nella densa atmosfera della Terra è un mondo lontano dal volare nella sottile atmosfera di Marte. Ma testare RAVEN sui campi di lava in Islanda fornirà comunque utili spunti e informazioni. È un'ottima opportunità per testare la strumentazione per lo studio dei campi di lava.
'I terreni vulcanici offrono obiettivi interessanti per l'esplorazione a causa del loro potenziale per generare sistemi idrotermali abitabili, che potrebbero supportare o preservare la vita microbica'.
Christopher Hamilton, Laboratorio Lunare e Planetario
L'uso di luoghi sulla Terra come analoghi per Marte non è nuovo. È un modo standard di testare le tecnologie e addestrare astronauti . Gli altopiani islandesi sono stati utilizzati in precedenza e gli astronauti dell'Apollo si sono addestrati lì prima di camminare sulla Luna.
Ci sono state eruzioni nell'area di Holuhraun appena cinque anni fa, rendendolo un terreno estremamente giovane. Sebbene la maggior parte dell'attività vulcanica su Marte sia probabilmente terminata molto tempo fa, i campi di lava su quel pianeta sono alcune delle caratteristiche del terreno più giovani. Gli scienziati vogliono studiarli per una serie di motivi. Alcuni scienziati pensano che potrebbe esserci ancora del vulcanismo su Marte. Se c'è, potrebbero esserci sistemi di bocche idrotermali sotterranee.
'I terreni vulcanici offrono obiettivi interessanti per l'esplorazione a causa del loro potenziale di generare sistemi idrotermali abitabili, che potrebbero supportare o preservare la vita microbica', ha affermato Hamilton. 'RAVEN renderebbe questi luoghi accessibili per la prima volta.'
Una mappa geologica di Marte che mostra tutti i diversi tipi di terreno. Clicca per ingrandire. Credito immagine: di Patrick Zasada - VSWD Wiss. Kolloq (20.9.2013) Riassunto, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30473118
I campi di lava sono una superficie troppo ruvida e irregolare per essere attraversata da un rover su ruote. Non solo in Islanda ma anche su Marte. Quindi sviluppare un drone è la soluzione logica al problema dell'esplorazione dei campi. In effetti, i droni possono diventare aggiunte desiderabili ai rover su tutti gli altri mondi, semplicemente perché in molti casi volare è meglio che guidare.
La NASA lo sa e spera di saperne di più sulle operazioni dei droni durante i tre anni di RAVEN. RAVEN non si occupa tanto di testare le capacità di volo del drone poiché volare su Marte è molto diverso dal volare sulla Terra. Invece, sperano di saperne di più sulle possibilità di acquisizione dei campioni e sulla navigazione basata su modelli 3D del terreno del computer. Se combinati con i risultati dell'elicottero Ingenuity del Perseverance Rover, i risultati di RAVEN dovrebbero fornire una solida base per lo sviluppo di futuri droni che lavorino a stretto contatto con i rover.
Caratteristiche del flusso lavico di diverse età nella regione di Daedalia Planum su Marte. L'immagine a destra è topografica. Il campo di colore blu a sinistra è molto più antico di quello a destra. Quello più vecchio a sinistra è molto più liscio, mentre quello rosa più giovane a destra è molto più ruvido. Un drone volante consentirebbe l'esplorazione di superfici ruvide come questo campo di lava. Credito immagine: ESA/DLR/FU Berlino, CC BY-SA 3.0 IGO
'Una volta che Mars Helicopter avrà dimostrato la capacità di volare su Marte, progetteremo le capacità del sistema di prossima generazione', ha affermato Hamilton. 'In particolare, esamineremo cosa faresti con l'architettura di prossima generazione'.
RAVEN testerà vari payload, tra cui condurre , imaging iperspettrale e tecnologia di perforazione. L'OSIRIS-Rex della NASA ha utilizzato il lidar per navigare sulla superficie dell'asteroide Bennu e raccogliere campioni. I miglioramenti nei sistemi lidar daranno ai futuri droni potenti capacità di navigazione autonoma. L'imaging iperspettrale consente a RAVEN di acquisire immagini attraverso lo spettro elettromagnetico contemporaneamente, aumentando la quantità di dati raccolti durante ogni volo.
RAVEN dispone anche di un prototipo di artiglio. L'artiglio può essere utilizzato per raccogliere campioni di roccia e persino palline di sabbia. Quindi può restituire i campioni al suo rover.
'... questo progetto fa parte dell'audace visione di far sbarcare gli umani su Marte in un futuro non troppo lontano.'
Robert Robbins, Presidente, Università dell'Arizona.
La NASA ha una relazione di lunga data con l'Università dell'Arizona e il Lunar and Planetary Laboratory. La LPL ha gestito la progettazione e la costruzione della telecamera HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment) sul Mars Reconnaissance Orbiter. Quello strumento sta dando un enorme contributo allo studio di Marte. Anche l'U di A è fortemente coinvolto nella missione OSIRIS-Rex e il ricercatore principale è della LPL dell'Università.
'È una testimonianza della lunga esperienza dell'Università dell'Arizona nell'esplorazione planetaria che la NASA continua a fidarsi dei nostri esperti per trovare soluzioni ad alcune delle nostre più grandi sfide', ha affermato il presidente dell'Università dell'Arizona Robert C. Robbins. “RAVEN non fa eccezione, poiché questo progetto fa parte dell'audace visione di far sbarcare gli umani su Marte in un futuro non troppo lontano. Sono entusiasta di vedere dove porterà questo progetto”.