Una guida all'atterraggio di Schiaparelli e all'arrivo del Trace Gas Orbiter
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| Copyright: ESA/ATG medialab |
Il 6 Ottobre, TGO ha modificato il proprio assetto in modo da esporre Schiaparelli al calore della luce solare, consentendo al lander di risparmiare energia per riscaldare i propri sistemi. Schiaparelli verrà acceso un giorno prima della separazione e sarà sottoposto a numerosi test per verificare che tutti i suoi sistemi siano pronti agli eventi pre-atterraggio.
Il primo tentativo di separazione del modulo Schiaparelli è previsto per le 16:42 ora italiana del 16 Ottobre, con un secondo tentativo disponibile 32 ore più tardi. Poco prima della separazione, il TGO modificherà il proprio assetto in modo da rilasciare Schiaparelli sulla traiettoria prevista. Nell'assetto di separazione, le comunicazioni tra la Terra e la sonda potranno passare solo attraverso l'antenna a medio guadagno; sarà dunque necessario usare le antenne giganti da 70 metri del Deep Space Network della NASA a Canberra e a Madrid per captare i deboli segnali di ExoMars.
Schiaparelli lascerà TGO a una velocità di circa 30 centimetri al secondo, pari a poco più di un chilometro orario.
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Schiaparelli si risveglierà circa 75 minuti prima dell'ingresso nell'atmosfera marziana, previsto per le 16:42 ora italiana. L'ingresso avverrà a 122,5 chilometri di quota e a 21 mila chilometri orari di velocità. La drammatica discesa di Schiaparelli durerà appena 5 minuti e 53 secondi.
Durante la prima parte della discesa, Schiaparelli sarà protetto da uno scudo termico. Tramite frizione, a 11 chilometri di quota la velocità di Schiaparelli si sarà ridotta a 1650 chilometri orari. A questo punto, il paracadute da 12 metri si aprirà. In seguito all'apertura, Schiaparelli rilascerà il suo scudo termico a circa 7 chilometri di quota, consentendo all'altimetro radar di entrare in funzione e monitorare sia la quota che la velocità del modulo. I dati dell'altimetro verranno usati per attivare il sistema di propulsione, subito dopo la separazione del paracadute e dello scudo anteriore a 1,3 chilometri di quota. Una volta entrati in funzione, i motori di Schiaparelli rallenteranno la discesa del modulo da 270 a 7 chilometri orari. Il sistema di propulsione si spegnerà a 2 metri di quota, appoggiando Schiaparelli sulla superficie marziana a 11 chilometri orari di velocità. L'atterraggio è previsto per le 16:48.
Teatro dello storico atterraggio di Schiaparelli sarà la pianura Meridiani Planum, caratterizzata dalla presenza di ematite, un ossido di ferro che si forma in presenza di acqua liquida.
La discesa di Schiaparelli sarà monitorata in tempo reale da quattro orecchie robotiche: TGO, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter e il radiotelescopio indiano GMRT.
I dati raccolti da TGO forniranno la più precisa ricostruzione della traiettoria di discesa di Schiaparelli; tuttavia, TGO non potrà trasmettere i dati alla Terra se non varie ore dopo l'atterraggio del modulo. Il contatto segnerà l'ultima comunicazione tra Schiaparelli e TGO.
Un'altra sonda europea, Mars Express, potrà ascoltare l'atterraggio di Schiaparelli. Mars Express raccoglierà meno dati di TGO, ma potrà trasmetterli più in fretta. I dati di telemetria trasmessi da Mars Express raggiungeranno la Terra circa un'ora dopo la discesa di Schiaparelli, e forniranno la prima conferma in-situ dell'atterraggio del modulo. La conferma, tuttavia, richiederà almeno un'ora di analisi da parte dei controllori di volo, ed è dunque prevista per non prima delle 18 ora italiana.
Anche la sonda americana MRO ascolterà i segnali trasmessi da Schiaparelli durante la sua discesa. Grazie al suo potente sistema di comunicazione, i dati saranno trasmessi con meno di venti minuti di ritardo; tuttavia, a causa della geometria orbitale, MRO riuscirà a captare i segnali di Schiaparelli solo per dieci minuti in una finestra che va da 30 a 90 minuti dopo l'atterraggio.
La prima conferma dell'atterraggio di TGO arriverà dal radiotelescopio GMRT, situato in India e composto da 30 antenne larghe 45 metri l'una. I dati saranno inoltrati in tempo reale ai controllori di volo.
Le prime trasmissioni dalla discesa di Schiaparelli dovrebbero raggiungerci intorno alle 15:37 ora italiana, considerando i 9 minuti e 46 secondi di ritardo radio.
Schiaparelli entrerà in ibernazione circa un quarto d'ora dopo l'atterraggio, per poi risvegliarsi al successivo passaggio di MRO. Schiaparelli potrà comunicare con la Terra tramite le varie sonde in orbita intorno a Marte almeno ogni dodici ore. Le operazioni del modulo dureranno da 2 a 8 giorni, a seconda di quanto dureranno le batterie. Qualora il lander dovesse operare per 8 giorni, avrebbe a disposizione 20 passaggi orbitali per trasmettere i propri dati.
L'ingresso di TGO in orbita marziana
Alle 4:42 del 17 Ottobre, dodici ore dopo la separazione di Schiaparelli, il modulo TGO accenderà il suo sistema di propulsione. La manovra durerà qualche minuto e comporterà un cambiamento di velocità di 10 metri al secondo (36 chilometri orari), sufficiente a garantire che la sonda passi a una distanza di sicurezza da Marte. Senza questa manovra, si schianterebbe contro il pianeta
Il 19 Ottobre, mezz'ora prima dell'accensione del motore per la manovra di inserimento orbitale, la sonda inizierà a spostarsi verso l'assetto di volo previsto. La particolare configurazione della manovra prevede che l'antenna ad alto guadagno non sia puntata verso la Terra e che i pannelli solari siano piegati all'indietro, in modo da minimizzare le oscillazioni. Per tutta la durata della manovra, dunque, le comunicazioni tra TGO e l'antenna di 70 metri della NASA a Canberra, in Australia, saranno limitate ai deboli segnali dell'antenna a basso guadagno a bordo della sonda. Lo spostamento Doppler nella frequenza del segnale di TGO sarà la prima conferma del'accensione dei motori, ancor prima dell'arrivo dei dati di telemetria.
La manovra di TGO inizierà alle 15:04:47 ora italiana e si concluderà circa 139 minuti più tardi. In realtà, la manovra non ha una durata fissa: saranno gli accelerometri a bordo della sonda, infatti, a comandare lo spegnimento del motore non appena avranno rilevato il cambiamento di velocità previsto, pari a 1550 metri al secondo, o 5580 chilometri orari.. Qualora gli accelerometri dovessero guastarsi, il computer di bordo è programmato per spegnere il motore automaticamente 147 minuti dopo l'accensione.
Conclusa la fatidica manovra, il TGO ritornerà nella normale configurazione di volo, ripristinando il suo assetto precedente e riprendendo le comunicazioni con la sua antenna ad alto guadagno. Solo a questo punto la sonda potrà iniziare a trasmettere i primi dati di telemetria, che dovrebbero far luce sull'esito della manovra.
In realtà, lo spegnimento del motore di TGO avverrà quando la sonda si troverà alle spalle del pianeta dal punto di vista della Terra; quest'occultazione ci impedirà di comunicare con TGO fino a dopo il termine della manovra.
L'orbita di cattura sarà caratterizzata da un apoareo di 95856 chilometri, un periareo di 298 chilometri e un periodo di 4 giorni marziani.
TGO rimarrà in quest'orbita preliminare fino all'11 Gennaio 2017, quando modificherà la propria inclinazione orbitale a 74 gradi. Il 17 Gennaio, ridurrà l'apoareo e abbasserà il periodo a un giorno marziano. Da lì a Novembre, la sonda eseguirà una serie di passaggi nelle propaggini esterne dell'atmosfera marziana per rallentare la propria velocità senza consumare carburante; al termine di queste operazioni, la sonda si sarà stabilita in un'orbita circolare a 400 chilometri di quota. A Dicembre, TGO potrà iniziare la sua missione scientifica vera e propria.
Il 19 Ottobre, mezz'ora prima dell'accensione del motore per la manovra di inserimento orbitale, la sonda inizierà a spostarsi verso l'assetto di volo previsto. La particolare configurazione della manovra prevede che l'antenna ad alto guadagno non sia puntata verso la Terra e che i pannelli solari siano piegati all'indietro, in modo da minimizzare le oscillazioni. Per tutta la durata della manovra, dunque, le comunicazioni tra TGO e l'antenna di 70 metri della NASA a Canberra, in Australia, saranno limitate ai deboli segnali dell'antenna a basso guadagno a bordo della sonda. Lo spostamento Doppler nella frequenza del segnale di TGO sarà la prima conferma del'accensione dei motori, ancor prima dell'arrivo dei dati di telemetria.
La manovra di TGO inizierà alle 15:04:47 ora italiana e si concluderà circa 139 minuti più tardi. In realtà, la manovra non ha una durata fissa: saranno gli accelerometri a bordo della sonda, infatti, a comandare lo spegnimento del motore non appena avranno rilevato il cambiamento di velocità previsto, pari a 1550 metri al secondo, o 5580 chilometri orari.. Qualora gli accelerometri dovessero guastarsi, il computer di bordo è programmato per spegnere il motore automaticamente 147 minuti dopo l'accensione.
Conclusa la fatidica manovra, il TGO ritornerà nella normale configurazione di volo, ripristinando il suo assetto precedente e riprendendo le comunicazioni con la sua antenna ad alto guadagno. Solo a questo punto la sonda potrà iniziare a trasmettere i primi dati di telemetria, che dovrebbero far luce sull'esito della manovra.
In realtà, lo spegnimento del motore di TGO avverrà quando la sonda si troverà alle spalle del pianeta dal punto di vista della Terra; quest'occultazione ci impedirà di comunicare con TGO fino a dopo il termine della manovra.
L'orbita di cattura sarà caratterizzata da un apoareo di 95856 chilometri, un periareo di 298 chilometri e un periodo di 4 giorni marziani.
TGO rimarrà in quest'orbita preliminare fino all'11 Gennaio 2017, quando modificherà la propria inclinazione orbitale a 74 gradi. Il 17 Gennaio, ridurrà l'apoareo e abbasserà il periodo a un giorno marziano. Da lì a Novembre, la sonda eseguirà una serie di passaggi nelle propaggini esterne dell'atmosfera marziana per rallentare la propria velocità senza consumare carburante; al termine di queste operazioni, la sonda si sarà stabilita in un'orbita circolare a 400 chilometri di quota. A Dicembre, TGO potrà iniziare la sua missione scientifica vera e propria.
La missione di Schiaparelli
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.
La missione del Trace Gas Orbiter (TGO)
A Dicembre 2017, il TGO 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.
Una guida all'atterraggio di Schiaparelli e all'arrivo del Trace Gas Orbiter
Reviewed by Pietro Capuozzo
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12.10.16
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