A un osservatore casuale, far atterrare un rover su Marte può sembrare una notizia vecchia, che ci crediate o no. Soprattutto dopo tutti i successi della NASA. Ma molti probabilmente non sono a conoscenza del cosiddetto ' Maledizione di Marte. Il fatto è che molti dei veicoli spaziali che tentano di atterrare lì falliscono e si schiantano.
Il prossimo a correre il guanto di sfida della Maledizione di Marte è il rover Perseverance della NASA. Tenterà il suo tanto atteso atterraggio a Lago Cratere il 18 febbraio. Le persone della NASA hanno fornito al rover Perseverance alcuni strumenti finemente sintonizzati per portarlo in sicurezza sulla superficie marziana e sconfiggere la maledizione di Marte.
'Quindi, se atterri su uno di quei pericoli, potrebbe essere catastrofico per l'intera missione.'
Andrew Johnson, ingegnere principale dei sistemi robotici al JPL . della NASA
Il rover Perseverance sta atterrando al cratere Jezero perché la NASA pensa di poter fare la migliore scienza lì. L'obiettivo della missione è cercare segni di vita antica e raccogliere campioni per un potenziale ritorno sulla Terra. Jezero Crater è un antico paleo-lago prosciugato. Contiene sia sedimenti conservati che un delta. Secondo la NASA, il cratere è uno dei 'paesaggi più antichi e scientificamente interessanti che Marte ha da offrire'. Gli scienziati pensano che se ci sono prove fossili di vita antica, potrebbero trovarle a Jezero.
Jezero Crater on Mars è il sito di atterraggio del rover Mars 2020 della NASA. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/ASU
Ma è anche pericoloso atterrare.
'Jezero è largo 28 miglia, ma all'interno di quella distesa ci sono molti potenziali pericoli che il rover potrebbe incontrare: colline, campi rocciosi, dune, le pareti del cratere stesso, solo per citarne alcuni', ha affermato Andrew Johnson, principale ingegnere di sistemi robotici presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. 'Quindi, se atterri su uno di quei pericoli, potrebbe essere catastrofico per l'intera missione.'
Circa il 60% di tutte le navicelle spaziali inviate su Marte fallisce. La perseveranza utilizzerà ciò che è noto come ' Navigazione relativa al terreno ” (TRN), una tecnologia utilizzata per la prima volta in missili da crociera , per evitare lo stesso fallimento. In termini generali, TRN è costituito da due elementi: una mappa di bordo dell'area di atterraggio con elevazioni e pericoli e una telecamera di navigazione. Mentre Perseverance si avvicina all'ellisse di atterraggio, la telecamera confronta le sue immagini in tempo reale con la mappa di bordo e comanda ai razzi del lander di dirigere l'imbarcazione lontano dai pericoli noti.
Nel complesso, il sistema di atterraggio autonomo del rover è noto come 'sistema di visione di atterraggio' o LVS.
“Per Mars 2020, LVS utilizzerà le informazioni sulla posizione per capire dove si trova il rover rispetto ai punti sicuri tra quei pericoli. E in uno di quei punti sicuri è dove il rover atterrerà', ha spiegato Johnson in a comunicato stampa .
Questo tipo di sistema è in fase di sviluppo da tempo. L'OSIRIS-REx della NASA ne ha usato uno nella sua rischiosa manovra di raccolta dei campioni sull'asteroide Bennu. Quel sistema si chiamava Natural Feature Tracking (NFT) e guidava efficacemente la navicella fino alla superficie disseminata di massi di Bennu. OSIRIS-REx la missione ha avuto successo , e i campioni dovrebbero arrivare sulla Terra nel settembre 2023.
Ma un sistema come quello di Perseverance non arriva senza un sacco di duro lavoro e tempi di consegna. È in sviluppo da diversi anni e, si spera, tutto ciò che sviluppo e test pagheranno.
Un prototipo del Lander Vision System per il progetto Mars 2020 della NASA è stato testato in questo 9 dicembre 2014, il volo di un veicolo 'Xombie' della Masten Space Systems al Mojave Air and Space Port in California. Credito immagine: NASA/Foto: Tom Tschida
Swati Mohan è il capo delle operazioni di guida, navigazione e controllo per Mars 2020 al JPL. Le prime due fasi del test sono state l'hardware e la simulazione, ed entrambe sono state eseguite in laboratorio. Nel comunicato stampa, Mohan ha affermato: 'È lì che testiamo ogni condizione e variabile possibile. Vuoto, vibrazioni, temperatura, compatibilità elettrica: mettiamo alla prova l'hardware”.
Una volta che l'hardware è stato sottoposto a tutto questo controllo, è il momento delle simulazioni. 'Quindi con la simulazione, modelliamo vari scenari che gli algoritmi del software potrebbero incontrare su Marte - una giornata troppo soleggiata, molto buia, ventosa - e ci assicuriamo che il sistema si comporti come previsto indipendentemente da tali condizioni', ha detto Mohan.
Successivamente, il sistema era pronto per i test di volo. Ma non in modo autonomo. Invece, è stato testato su un elicottero, dove è stato utilizzato per stimare l'altitudine e la posizione dell'elicottero.
Questa illustrazione mostra il cratere Jezero, il sito di atterraggio del rover Perseverance Mars 2020, come poteva apparire miliardi di anni fa su Marte quando era un lago. Su entrambi i lati del lago sono visibili anche un'entrata e un'uscita. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech
'Questo ci ha portato a un certo livello di prontezza tecnica perché il sistema poteva monitorare un'ampia gamma di terreni, ma non aveva lo stesso tipo di discesa che avrà Perseverance', ha affermato Johnson. 'C'era anche la necessità di dimostrare LVS su un razzo'.
Il sistema LVS è stato testato ripetutamente sul campo su un razzo . Quel razzo, il Masten Space System Xombie, è servito come banco di prova per LVS a partire dal 2014. Il programma Flight Opportunities della NASA ha finanziato quei test.
'I test sul razzo hanno messo a tacere praticamente tutti i dubbi rimanenti e hanno risposto affermativamente a una domanda fondamentale per l'operazione LVS', ha affermato Nikolas Trawny del JPL, un ingegnere dei sistemi di controllo del carico utile e di puntamento che ha lavorato a stretto contatto con Masten nei test sul campo del 2014. 'Fu allora che sapevamo che LVS avrebbe funzionato durante la discesa verticale ad alta velocità tipica degli atterraggi su Marte'.
'I test che Flight Opportunities è impostato per fornire erano davvero senza precedenti all'interno della NASA in quel momento', ha affermato Johnson. “Ma si è dimostrato così prezioso che ora ci si aspetta che faccia questo tipo di test di volo. Per LVS, quei voli a razzo sono stati la pietra miliare del nostro sforzo di sviluppo tecnologico'.
'E una volta ricevuto quel segnale dal rover che dice: 'Sono atterrato e sono su un terreno stabile', allora possiamo festeggiare'.
Swati Mohan, responsabile delle operazioni di guida, navigazione e controllo per Mars 2020 al JPL.
Il sistema LVS è complesso. Non solo può guidare il rover Perseverance in superficie, ma può farlo nel modo più efficiente in termini di carburante. Il carburante per i razzi del lander è limitato, ovviamente, quindi c'è davvero solo una possibilità per farlo bene. Nel complesso, il sistema è stato testato con successo e mancano solo pochi giorni al vero affare: l'atterraggio al cratere Jezero.
Ma anche con tutti i test approfonditi del sistema autonomo, possono ancora esserci sorprese. La vita reale è sempre diversa dalle simulazioni e, sebbene la NASA confida nel sistema, sarà comunque pronta a rispondere e adattarsi a qualsiasi problema o cambiamento delle condizioni.
“La vita reale può sempre lanciarti palle curve. Quindi, controlleremo tutto durante la fase di crociera, controllando l'alimentazione della telecamera, assicurandoci che i dati fluiscano come previsto', ha affermato Mohan. 'E una volta ricevuto quel segnale dal rover che dice: 'Sono atterrato e sono su un terreno stabile', allora possiamo festeggiare'.