Schiaparelli, ottima pagella di metà crociera interplanetaria

Procede in silenzio la crociera interplanetaria del modulo europeo Schiaparelli, ormai più che a metà strada nel suo lungo viaggio alla volta di Marte. Pochi giorni fa, gli ingegneri hanno condotto con successo il check-up di metà percorso, ottenendo risultati incoraggianti da tutti gli apparati di bordo.
Tra il 16 e il 17 Giugno, gli ingegneri hanno attivato il pacchetto DREAMS, che include sensori in grado di misurare la velocità e la direzione del vento, l’umidità, la pressione, la temperatura dell'aria in prossimità della superficie, l’opacità e l'elettrificazione dell'atmosfera. Durante il test, i sensori hanno misurato le condizioni ambientali all'interno del compartimento di ExoMars. I test hanno prodotto risultati "perfettamente in linea con quanto previsto," come si legge in un comunicato diffuso dall'Agenzia Spaziale Europea.

I dati di metà crociera del sensore MarsTem. Copyright: ESA/Roscosmos/ExoMars/DREAMS/INAF

"Questi test sono usati per monitorare lo stato di salute dei sensori e per confrontare il loro comportamento nello spazio con quello nei laboratori," spiega Francesca Esposito dell'INAF. "Usiamo questi test anche per calibrare alcuni dei nostri sensori - è importante assicurarsi che ciò sia fatto prima di raggiungere Marte."
Quella di pochi giorni fa è stata la seconda attivazione di DREAMS, dopo quella iniziale eseguita tra l'8 e il 9 Aprile. Allora, i sensori erano stati attivati tramite comandi inviati dagli scienziati; questa volta, invece, la verifica è stata eseguita autonomamente dal computer di bordo del modulo.
"Ancora una volta, DREAMS ha operato alla perfezione," prosegue Esposito. "Abbiamo altre verifiche in programma per le prossime settimane, così potremo monitorare lo stato di salute di DREAMS. Questi test sono essenziali in quanto ci permetteranno di fidarci del comportamento dei nostri sensori prima di effettuare misurazioni sulla superficie di Marte."
L'altro protagonista dei test di questi giorni è stata la fotocamera di discesa DECA, il modello di riserva della fotocamera diagnostica del telescopio spaziale Herschel. Durante la discesa di Schiaparelli attraverso l'atmosfera marziana, DECA scatterà 15 fotografie a intervalli di 1.5 secondi, subito dopo l'espulsione dello scudo termico frontale che proteggerà il modulo durante gran parte della discesa.
I test hanno visto la fotocamera scattare 15 foto dell'interno (completamente scuro) del modulo, così da calibrare lo strumento.
"DECA opererà autonomamente quando scatterà le 15 fotografie della discesa," spiega Detlef Koschny dell'ESA. "Questi test sono molto importanti in quanto ci permetteranno di monitorare lo stato della fotocamera durante il volo e calibrarla in modo da ottenere il massimo dalle 15 immagini previste."

Scopri di più su ExoMars:
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. 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 documenterà la discesa con una serie di fotografie. 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, risultando in 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 la sua campagna scientifica. 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 stereoscopiche a colori con una risoluzione di 5 metri per pixel; FREND userà 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 2020 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 2020, con Aram Dorsum e Mawrth Vallis come siti di riserva.

Photo credit: ESA/ATG medialab