211service.com
Il futuro dell'esplorazione di Marte potrebbe poggiare su un aliante
NASA/JPL-Caltech
Negli ultimi decenni, Marte è diventato il pianeta più esplorato del sistema solare (dopo la Terra). Ha ospitato decine di visitatori. In effetti, attualmente otto missioni operano su e intorno al Pianeta Rosso. Il più antico di questi è arrivato nel 2001: l'orbiter Mars Odyssey, che dovrebbe rimanere operativo fino al 2025. Sono previste altre missioni mentre la NASA, e forse altre agenzie spaziali, lavorano per l'obiettivo di riportare campioni di Marte sulla Terra e alla fine inviare umani.
Entrambi questi obiettivi richiederanno mappe del terreno molto più dettagliate. I rover forniscono questo tipo di dettagli ma possono viaggiare solo di pochi metri al giorno. Il rover Opportunity della NASA ha percorso ben 45 chilometri (28 miglia) durante la sua missione, ma ci sono voluti quasi 15 anni per farlo.
Quindi gli scienziati planetari stanno cercando modi per esplorare la superficie del pianeta più rapidamente. Un'idea è quella di lanciare un aereo nell'atmosfera marziana con un motore in grado di tenerlo in alto. Una missione del genere potrebbe coprire grandi distanze ma sarebbe costosa, con un costo fino a 350 milioni di dollari.
Un approccio più economico è quello di accompagnare una missione più grande. Quindi un'altra idea è che un rover su Marte trasporti un quadricottero in grado di osservare l'area circostante. Ma tali voli saranno brevi e di portata limitata.
Quello che serve è un veicolo che sia abbastanza piccolo da poter essere trasportato in un'altra missione e tuttavia in grado di coprire grandi distanze.
Oggi, Adrien Bouskela, Aman Chandra e colleghi dell'Università dell'Arizona affermano di aver escogitato proprio una missione del genere. La loro idea è quella di lanciare un aliante senza motore nell'atmosfera marziana e di tenerlo in alto usando correnti ascensionali termiche, colonne di aria calda in aumento, per guadagnare quota. L'aliante sarà gonfiabile e in grado di essere racchiuso in un volume abbastanza piccolo da essere trasportato come carico utile secondario in una missione più grande su Marte.
Prima un po' di background. I veicoli spaziali attualmente in orbita attorno a Marte sono in grado di riprendere immagini con una risoluzione di 30 centimetri per pixel. Gli scienziati planetari li stanno gradualmente assemblando in una mappa ad alta risoluzione della superficie marziana.
Ma hanno bisogno di immagini ad alta risoluzione per pianificare future missioni di lander. Finora, la maggior parte dei rover è atterrata su pianure relativamente pianeggianti, dove le possibilità di colpire un masso o un cratere sono ridotte. Queste aree tendono ad essere meno interessanti scientificamente. Invece, ai geologi planetari piacerebbe visitare le valli e le creste che sembrano modellate dall'acqua. Atterrare in sicurezza in tali luoghi richiederà immagini in grado di risolvere piccole rocce e crateri che potrebbero danneggiare l'imbarcazione all'impatto.
I lander forniscono questo tipo di dettagli, essendo in grado di realizzare immagini con una risoluzione di 1 centimetro per pixel nella regione di 100 metri che li circonda. Ma non sono in grado di percorrere le grandi distanze necessarie per raggiungere le regioni di interesse. Ecco perché gli scienziati hanno rivolto la loro attenzione alle macchine volanti.
Volare su Marte è un affare complicato. Mentre la gravità è bassa, circa un terzo di quella terrestre, l'atmosfera è solo un centesimo più densa. Ciò rende difficile generare portanza.
Quindi le ali del nuovo aliante dovranno essere enormi rispetto al suo peso. L'aliante trasporterà una fotocamera da 5 megapixel, un set di comunicazioni radio, un computer di bordo e un set di pannelli solari con batterie per immagazzinare energia sufficiente durante il giorno per mantenerlo in vita di notte. Bouskela e compagni calcolano che oltre alle ali gonfiabili e al timone, l'aliante sarà di 5 chilogrammi, circa la massa di un'aquila reale.
Continuano calcolando che per mantenere questa massa in alto, le ali dovranno avere un'apertura di quasi 6 metri (20 piedi) e volare a velocità di circa 100 metri al secondo. In confronto, le aquile reali possono rimanere in alto sulla Terra con un'apertura alare di 2 metri mentre volano a 15 metri al secondo.
L'aliante si schiererà durante l'ingresso della missione principale nell'atmosfera marziana e verrà lanciato dal carico utile principale a un'altitudine di circa 2 chilometri. Un generatore di azoto gonfierà e pressurizzerà l'aliante in meno di 10 secondi e le sue ali si induriranno nell'ora successiva circa, poiché saranno curate dalla luce solare marziana.
Una tecnologia gonfiabile come questa è già stata testata su Marte. Sia il lander Mars Pathfinder che i rover Mars MER facevano affidamento su airbag che si gonfiavano mentre l'imbarcazione scendeva attraverso l'atmosfera e quindi attutivano il loro impatto con il suolo. Sono anche in fase di sviluppo per piccoli satelliti come antenne di comunicazione, affermano Bouskela e co.
Una parte importante della missione sarà la capacità autonoma di sfruttare le correnti in aumento nell'atmosfera marziana. Tali sistemi sulla Terra hanno dimostrato la capacità di rimanere in volo per settimane o mesi.
Se Marte ha un profilo del vento come quello terrestre, cioè un cambiamento simile nella velocità del vento con l'altitudine, allora un approccio simile dovrebbe funzionare anche sul Pianeta Rosso. In effetti, il team ha creato simulazioni numeriche di questo tipo di voli su Marte.
I risultati suggeriscono che questo tipo di volo autonomo potrebbe mantenere l'aliante in alto per lunghi periodi a condizione che vi sia un cambiamento sufficientemente ampio della velocità del vento con l'altitudine. Sarà necessario ulteriore lavoro per determinare se questo è effettivamente il caso su Marte durante tutto l'anno e sulla superficie.
Tuttavia, anche poche ore di volo potrebbero generare dati preziosi. La telecamera di bordo avrebbe una risoluzione al suolo di circa 10 centimetri e, a una velocità di 100 metri al secondo, l'aliante potrebbe coprire molte centinaia di chilometri. L'aliante avrebbe inviato le immagini a una stazione di trasmissione orbitante come il Mars Reconnaissance Orbiter, che le avrebbe poi rimandate a casa.
Una tale missione potrebbe gettare luce su una serie di straordinari misteri su Marte. Uno di questi sono le linee sconcertanti che si formano su alcuni pendii marziani mentre si riscaldano quando arriva l'estate. Si pensa che siano creati dal flusso di acqua salata, ma sono necessarie osservazioni migliori.
L'aliante potrebbe anche aiutare a sondare potenziali punti di atterraggio per missioni future. Il concetto di aliante su Marte qui proposto offre una strada completamente nuova per accelerare l'esplorazione della superficie marziana a una frazione del costo dei precedenti concetti di aeroplani su Marte, affermano Bouskela e co.
Una cosa che manca alla squadra, tuttavia, è il senso di Hollywood. Le missioni di maggior successo sono spesso quelle che producono immagini iconiche. Pensa a Neil Armstrong in piedi accanto a una bandiera americana sulla superficie della luna, o all'uomo stellare di Elon Musk che guida una Tesla oltre il pianeta Terra. Questo tipo di immagini gioca un ruolo molto più importante nella percezione pubblica del successo rispetto a qualsiasi trama di dati.
Ciò di cui ha bisogno questo aliante è una minuscola telecamera grandangolare sul timone di coda o sulla punta dell'ala che invierà le immagini del veicolo stesso in volo. Il colpo di fortuna sarebbe l'aliante che vola sopra la Valles Marineris, il Grand Canyon di Marte, con un sole marziano appollaiato su un orizzonte alieno e, forse, un punto azzurro accoccolato nelle vicinanze. In effetti, il team ha creato un'immagine proprio come questa per promuovere il suo veicolo!
L'immagine di Neil Armstrong è costata una parte significativa dell'economia statunitense. Quindi, a un costo di soli 36 milioni di dollari - mangime per polli per i pianificatori di missioni su Marte - questa immagine dell'aliante su Marte sembrerebbe un buon rapporto qualità-prezzo. E se Bouskela e compagni si aspettano che il pubblico americano paghi per questa missione, il minimo che potrebbero fare è mandare a casa una cartolina illustrata.
Rif: https://arxiv.org/abs/1902.02083 : Controllo dell'atteggiamento di un aliante gonfiabile per l'esplorazione di Marte