ExoMars, tutto tranquillo sulla strada per Marte

Le due sonde della missione euro-russa ExoMars 2016 stanno proseguendo a tutta velocità verso la loro destinazione, il pianeta Marte. Le due sonde avevano inaugurato la loro lunga crociera interplanetaria alla volta del Pianeta Rosso poco più di una settimana fa, con una snervante ascesa di 12 ore verso lo spazio profondo. Una volta terminate le quattro delicatissime manovre dello stadio superiore Briz-M, le due sonde erano state rilasciate sulla loro traiettoria di fuga con un errore di velocità di soli 5.4 chilometri orari rispetto ai valori desiderati.

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"Abbiamo avuto un inserimento orbitale estremamente preciso grazie al Proton-Briz e ai nostri colleghi russi," spiega Michel Denis, direttore di volo. "Ora siamo sulla strada giusta per Marte. Dopo i primi, critici giorni nello spazio, il Trace Gas Orbiter si sta comportando alla perfezione. Nell'arco delle prossime due settimane, continueremo a verificare e commissionare i suoi sistemi, inclusi i sistemi di energia, comunicazione e navigazione e gli inseguitori di stelle."
Anche Schiaparelli, il lander sperimentale che viaggerà agganciato al TGO fino a tre giorni prima dell'arrivo, verrà sottoposto a intensi test nelle prossime settimane. Il piano di volo prevede a breve anche l'accensione delle radio Electra della NASA e degli strumenti scientifici del TGO. Questi ultimi verranno controllati a Giugno, dopo una riunione con tutti gli istituti e gli enti scientifici coinvolti.
L'unico problema riscontrato finora è stato un surriscaldamento al motore principale del TGO registrato poche ore dopo l'acquisizione del segnale. Dopo essersi consultati con gli esperti della ditta costruttrice, la Thales Alenia Space, i controllori di volo hanno leggermente modificato l'assetto della sonda di un paio di gradi in modo da portare l'ugello del motore in ombra.
"È ovvio che l'industria europea che ha costruito ExoMars ha eseguito un lavoro eccellente," aggiunge Denis.
La prima fase della missione, quella del lancio e dei momenti immediatamente successivi ad esso, si è conclusa nel pomeriggio del 17 Marzo.

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Il programma euro-russo ExoMars si articola in due missioni da due componenti ciascuna. La prima fase ha come protagonisti la sonda Trace Gas Orbiter, o TGO, e il modulo sperimentale d’atterraggio Schiaparelli. Le due sonde, decollate alle 10:31:42 ora italiana del 14 Marzo, resteranno l’una attaccata all’altra per tutta la durata della crociera interplanetaria. Tre giorni prima di giungere a destinazione, alle 16:42 del 16 Ottobre 2016, le due sonde si separeranno, iniziando così i loro cammini separati. Il giorno seguente, TGO accenderà il suo propulsore principale per fare in modo di passare a una distanza di sicurezza di centinaia di chilometri da Marte.
Schiaparelli farà il suo ingresso nell’atmosfera marziana alle 16:42 del 19 Ottobre, entrando a 21 mila chilometri orari e 122.5 chilometri di quota e rallentando la propria discesa mediante aerofrenaggio. Poi, a 11 chilometri di altitudine e 1650 chilometri orari di velocità, Schiaparelli rallenterà ulteriormente la propria caduta con un paracadute. Infine, dopo la separazione dello scudo termico e del paracadute, il modulo sperimentale verrà gentilmente appoggiato sul suolo di Meridiani Planum da un sistema di 9 propulsori a idrazina che si attiveranno a 1300 metri di quota e si spegneranno a due metri dal suolo. I propulsori rallenteranno la discesa del modulo da 270 a 7 chilometri orari, permettendo a Schiaparelli di adagiarsi sul suolo a 11 km/h. In totale, la discesa durerà cinque minuti e 53 secondi circa.
Schiaparelli si limiterà a verificare il funzionamento di una serie di tecnologie di discesa ed atterraggio – materiali in grado di resistere fino a 1500 gradi centigradi, il sistema di paracadute, il sistema di altimetria radar e il sistema di propulsione a propellente liquido. Trattandosi “solamente” di una dimostrazione tecnologica, Schiaparelli non è dotato né di pannelli solari né di generatori termoelettrici a radioisotopi. Le sue batterie non gli consentiranno di superare i 2-8 giorni marziani di vita, una volta atterrato. Nonostante ciò, Schiaparelli ha comunque a disposizione una serie di strumenti scientifici. Il pacchetto DREAMS consiste in una serie di sensori in grado di misurare la velocità e la direzione del vento (MetWind), l’umidità (DREAMS-H), la pressione (DREAMS-P), la temperatura atmosferica in prossimità della superficie (MarsTem), l’opacità dell’atmosfera (SIS) e l’elettrificazione atmosferica (MicroARES). Il programma AMELIA analizzerà invece i dati raccolti dai sensori diagnostici per ricostruire la traiettoria della sonda e determinare le condizioni atmosferiche in quota. Lo strumento COMARS+, invece, monitorerà il flusso di calore durante la discesa di Schiaparelli. Infine, la fotocamera DECA riprenderà la discesa attraverso l’atmosfera marziana. Il modulo è dotato anche di un sistema retroriflettore che permetterà alle sonde in orbita di localizzarlo usando i laser.
Nel frattempo, lo stesso giorno dell’atterraggio di Schiaparelli, il Trace Gas Orbiter accenderà il suo motore principale a bipropellente da 424 N di spinta per inserirsi in un’orbita preliminare di 430 per 96 mila chilometri attorno a Marte. La manovra inizierà alle 15:09 ora italiana e si concluderà dopo 134 minuti, avendo comportato un cambiamento di velocità pari a 1550 metri al secondo. Poi, a Dicembre 2016, TGO modificherà la propria inclinazione orbitale a 74 gradi. Subito dopo, mediante ulteriori manovre a propulsione attiva, TGO abbasserà il suo apocentro, riducendo il periodo orbitale da 4 a 1 giorno marziano. Poi, nell’arco di tutto il 2017, la sonda effettuerà una serie di manovre di aerofrenaggio per calarsi a 400 chilometri di quota. A Dicembre 2017, la sonda potrà finalmente avviare le operazioni scientifiche nominali. La sonda si concentrerà principalmente sullo studio dei gas in traccia, ovvero i gas che costituiscono meno dell’un percento dell’atmosfera marziana. Le misurazioni sulle concentrazioni di questi gas saranno fino a tre magnitudini più precise di quelli oggi a disposizione degli scienziati. TGO vanta quattro diversi strumenti o apparati scientifici: NOMAD userà tre spettrometri – due nell’infrarosso e uno nell’ultravioletto – per determinare la composizione atmosferica e mappare in particolare il metano e molte altre specie; ACS impiegherà tre strumenti nell’infrarosso per far luce sui processi chimici e sulla struttura dell’atmosfera marziana, lavorando a stretto contatto con NOMAD; CaSSIS produrrà fotografie a colori e stereoscopiche con una risoluzione di 5 metri per pixel; FREND impiegherà un rilevatore di neutroni per mappare le concentrazioni di idrogeno fino a un metro di profondità, rivelando eventuali depositi sotterranei di ghiaccio. La sonda ha una vita operativa che si estende fino alla fine del 2022.
Nel 2018, sarà il turno di un’altra coppia di sonde, stavolta entrambe dirette verso la superficie marziana. Le due sonde atterreranno assieme, usando un sistema di paracadute e propulsori perlopiù russo. Dopo essersi adagiate sul suolo marziano, le due sonde inizieranno le loro missioni separate: il rover scenderà dalla piattaforma russa e inaugurerà la sua esplorazione del Pianeta rosso, alla ricerca di materiali organici risalenti a miliardi di anni fa.
Il rover, ancora senza un nome ufficiale, sarà munito di una fotocamera panoramica (PanCam) per mappare i suoi dintorni, uno spettrometro infrarosso (ISEM) per determinare la composizione mineralogica delle rocce, una fotocamera (CLUPI) per fotografare ad alta risoluzione e a colori le rocce e gli affioramenti rocciosi da vicino, un radar (WISDOM) per ricostruire la stratigrafia al di sotto del rover, uno strumento (Adron) per cercare tracce di acqua e minerali idrati nel sottosuolo, un rilevatore di biomarcatori (MOMA), uno spettrometro (MicrOmega) per studiare i campioni raccolti e un sensore (RLS) per identificare pigmenti organici al loro interno. La punta di diamante del rover sarà però il trapano, che sarà in grado di penetrare nel suolo marziano e raccogliere campioni fino a due metri di profondità. La trivella è dotata di uno spettrometro infrarosso italiano (Ma-Miss) per caratterizzare i siti da cui prelevare i campioni. La missione prevede la raccolta di almeno 17 campioni.
La piattaforma scientifica russa sarà invece dotata di 13 strumenti: LaRa, che rivelerà i dettagli della struttura interna di Marte e misurerà variazioni nella rotazione, nell’inclinazione e nel momento angolare del pianeta in seguito a ridistribuzioni di massa (ad esempio la sublimazione delle calotte polari); HABIT, che studierà la quantità di vapore acqueo (ed eventuali variazioni) nell’atmosfera; METEO, un pacchetto meteorologico che include sensori di pressione, umidità, polveri, radiazioni e campi magnetici; MAIGRET, un magnetometro; TSPP, un sistema di fotocamere; BIP, che studierà le condizioni marziane; FAST, uno spettrometro infrarosso per studiare l’atmosfera, ADRON-EM, uno spettrometro a neutroni; M-DLS, uno spettrometro laser per studiare l’atmosfera; PAT-M, un termometro per misurare la temperatura del suolo fino a un metro di profondità; Dust Suit, che analizzerà le dimensioni e gli impatti delle polveri atmosferiche; SEM, un sismometro; MGAP, che eseguirà cromatografia liquida-spettrometria di massa.
A Ottobre, gli scienziati europei e russi hanno raccomandato Oxia Planum come sito primario di atterraggio per la missione del 2018, con Aram Dorsum e Mawrth Vallis come siti di riserva.