Perseverance: un gioiello di tecnologia

Il 18 febbraio di quest’anno il rover americano Perseverance della National Aeronautics and Space AdministrationNASA ha raggiunto con pieno successo il cratere Jazero su Marte dopo un viaggio interplanetario di oltre sei mesi iniziato il 30 luglio del 2020 dalla base di lancio di Cape Canaveral in Florida negli U.S.A. a bordo di un razzo Atlas V.

Due sono gli obiettivi fondamentali della missione del rover: cercare tracce di antiche forme di vita microbiologica che il Pianeta Rosso potrebbe aver ospitato in un passato remoto e raccogliere campioni del suolo marziano che successivamente si prevede di inviare a Terra e analizzare in laboratorio.

Perseverance ha le dimensioni di un classico veicolo automotive, con circa 3 metri di lunghezza, 2.7 metri di larghezza e 2.2 di altezza, ma pesa solo 1025 kg, risultando così più leggero di un’automobile compatta. La sua struttura complessiva e i suoi componenti sono molto simili a quelli di altri robot precedentemente inviati su Marte. Infatti, nella sua progettazione e realizzazione gli ingegneri e tecnici della NASA hanno sfruttato numerose tecnologie già sviluppate per il suo predecessore Curiosity. Non mancano, tuttavia, alcuni importanti miglioramenti.

Diametro, larghezza e spessore delle ruote di Perseverance sono stati ottimizzati rispetto a Curiosity per aumentare l’aderenza e la stabilità del sistema di locomozione del rover sulla regolite del Pianeta Rosso. Il sistema elettronico di controllo e il software della sonda sono stati notevolmente potenziati per migliorare l’accuratezza nella determinazione dell’istante ottimale di apertura del paracadute durante la delicata fase di ingresso a velocità ipersoniche nell’atmosfera marziana. La sonda è stata anche equipaggiata con un sistema radar in grado di scandagliare il suolo di Marte e di acquisire in tempo reale immagini della sua superficie in modo da identificare un sito di ammartaggio privo di ostacoli e idoneo al rilascio del rover mediante il sistema skycrane. Per esplorare il suolo marziano, Perseverance dispone di un avveniristico sistema di navigazione e controllo dotato di sensori ottici e di sofisticati algoritmi di autoapprendimento, basati su modelli di intelligenza artificiale, grazie ai quali potrà percorrere durante la sua missione un tragitto molto più lungo rispetto a Curiosity.

L’energia necessaria per alimentare tutti gli strumenti e i sottosistemi di Perseverance proviene da un generatore termoelettrico di radioisotopi a base di diossido di plutonio, che per effetto Seebeck converte il calore sviluppato dal decadimento radioattivo del combustibile nucleare in energia elettrica.

Il rover ha anche l’obiettivo di testare nuove tecnologie abilitanti l’esplorazione e la colonizzazione umana del Pianeta Rosso. In particolare, Perseverance sperimenterà il dispositivo Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment – MOXIE, che impiega celle elettrolitiche a ossidi solidi per trasformare l’anidride carbonica della tenue atmosfera di Marte in ossigeno, usabile sia come propellente per moduli di uscita dal pianeta che come gas respirabile.

Un altro strumento fondamentale del rover, è il suo trapano, comandato da un braccio robotico, con il quale Perseverance preleverà campioni del suolo marziano per analizzarli direttamente sul Pianeta Rosso mediante speciali spettrometri di massa e gas-cromatografi miniaturizzati nella speranza di individuare tracce di vita microbiologica di origine marziana. I campioni saranno poi raccolti nel 2026 da un altro rover sviluppato, questa volta, dall’Agenzia Spaziale Europea – ESA che li invierà a un modulo orbitante intorno a Marte per poi portarli sulla Terra.

Oltre a sensori elettromagnetici per analizzare il sottosuolo marziano e telecamere panoramiche e ad alta risoluzione con cui sta scattando splendide fotografie del cratere Jazero, Perseverance è equipaggiato anche con spettrometri laser e Raman e con un visualizzatore a raggi X per la ricerca di tracce di molecole organiche fino a 5 cm al di sotto della superficie del Pianeta Rosso. Il rover è anche dotato di microfoni per registrare e inviare per la prima volta sulla Terra i suoni dei venti e dei fenomeni metereologici dell’atmosfera di Marte.

Infine, il dispositivo più affascinante da un punto di vista ingegneristico è probabilmente l’elicottero Ingenuity che si propone di dimostrare per la prima volta il volo controllato di una macchina artificiale su un pianeta extraterrestre. L’impresa è molto complessa a causa della bassissima densità dell’atmosfera marziana pari a circa 1% di quella terrestre, che ha richiesto la realizzazione di un’elica con pale controrotanti che girano a velocità molto superiori alle tradizionali 2400 ripetizioni per minuto degli elicotteri convenzionali. Queste pale sono state costruite con speciali materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio per contrastare l’intensa forza centrifuga che si genera a queste enormi velocità e con angoli di attacco molto larghi per aumentare la portanza. Il sistema propulsivo di Ingenuity è completamente elettrico e sfrutta sei batterie al litio in grado di assicurare alla macchina un’autonomia di circa 90 secondi. Le batterie sono ricaricabili mediante pannelli fotovoltaici.

Obiettivo di Ingenuity è non solo quello di scattare affascinanti fotografie di Marte dall’alto, ma soprattutto di fornire ai tecnici e progettisti della NASA le informazioni utili per la progettazione di un futuro rover completamente volante per l’esplorazione avanzata di Marte.

Approfondimenti: https://mars.nasa.gov/mars2020/

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