Polvere e roccia: doppio intoppo su Marte

Lo studio del pianeta rosso si conferma un lavoro non facile. Lo stanno sperimentando in questi giorni il lander Insight e il rover Perseverance.

Quando il tuo lavoro è manovrare e gestire un robot su Marte, difficilmente ti annoierai. Sia perché ogni giorno spingi un po’ più in là le conoscenze che l’umanità ha del pianeta, ma anche perché il problema rischia sempre di essere dietro l’angolo. Hanno avuto un gentile promemoria di questo i team del Jet Propulsion Laboratory che controllano i due più recenti arrivati sul pianeta rosso: Insight e Perseverance. Il primo è stato messo in risparmio energetico per colpa di una tempesta di sabbia, il secondo invece ha dei residui di roccia che bloccano il meccanismo per raccogliere i campioni. Vediamo il resoconto dettagliato degli avvenimenti delle ultime settimane.

Il primo selfie realizzato da Insight a dicembre 2018. Il braccio robotico di cui è dotato comprende una camera, usata per comporre questo mosaico di 11 immagini. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Insight, atterrato su Marte a fine 2018, è un lander. Non progettato per lo spostamento, è dotato del più sensibile sismometro mai lanciato su un altro pianeta. Avrebbe inoltre dovuto compiere la più profonda trivellazione mai tentata su Marte, ma un terreno troppo morbido ha impedito alla “talpa” di penetrare per i 5 metri previsti. Con appena 35 cm perforati, questo esperimento è stato abbandonato nel gennaio 2021. La fonte di energia di Insight, come evidente nelle immagini a corredo dell’articolo, sono due ampi pannelli solari di forma circolare. Soluzione molto economica se confrontata con gli RTG a decadimento nucleare dei grossi rover NASA, ma soggetta a un nemico abbondante su Marte: la polvere.

Maggio 2019, Insight scatta il suo secondo selfie. La composizione di 14 scatti mostra il lander coperto dalla sottile polvere marziana. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Ricevendo meno luce, i pannelli solari vedono ridursi la quantità di energia che possono generare. Su Marte l’energia è fondamentale anche di notte, quando magari non sono in corso operazioni scientifiche ma è richiesto alimentare i riscaldatori che proteggono parti delicate dalle temperature marziane, che in inverno scendono abbondantemente sotto i -100°C. Tra le componenti da proteggere ci sono, tra l’altro, le batterie stesse!

Oltre alla sabbia e polvere che si depositano costantemente, sollevate dai venti della sottile atmosfera marziana, gli apparecchi devono guardarsi anche da fenomeni periodici molto più intensi: le tempeste di sabbia. Queste manifestazioni meteorologiche marziane consistono nel sollevamento di grandissime quantità di polvere capaci di oscurare il Sole per periodi di tempo anche nell’ordine delle settimane. Se la generazione di energia è inferiore al consumo minimo indispensabile alla sopravvivenza del rover, si resta a secco. L’ha sperimentato a sue spese il povero rover Opportunity il quale, oscurato da una immane tempesta di sabbia che ha avvolto l’intero pianeta per quasi tre mesi, a metà 2018 ha cessato le comunicazioni senza rispondere più ai tentativi di contatto da Terra.

Ecco perché, alla notizia di una tempesta di sabbia in arrivo nella regione in cui si trova Insight, alla NASA devono averci messo poco a decidere come procedere. Dal 7 gennaio, dopo aver rilevato una riduzione dell’irraggiamento solare, il lander è stato messo in safe mode. Questa modalità operativa è studiata per ridurre al minimo il consumo energetico, lasciato attivi solo gli apparati essenziali. Anche le energivore trasmissioni radio sono state ridotte, limitate a sporadici aggiornamenti relativi allo stato operativo. In particolare, nel corso della comunicazione ricevuta il 10 gennaio, Insight ci ha informati che ha energia a sufficienza sebbene la ricarica diurna avvenga a un ritmo ridotto. Possiamo essere così più che sereni sul fatto che il lander supererà questa fase problematica, con la tempesta che dovrebbe diradarsi la settimana prossima. Sarà da valutare successivamente se questo fenomeno avrà lasciato altra polvere sui pannelli solari, in passato già seriamente oscurati. Insight non dispone di meccanismi per scuotere o inclinare i pannelli e far scivolare la finissima polvere depositata, così si era ricorsi alla soluzione controintuitiva di scaricare sopra i pannelli della sabbia raccolta con la piccola paletta di cui è dotato. L’idea geniale funzionò, e nel giugno del 2021 regalò al lander un bel boost di potenza.

A 3700 km a ovest di Insight c’è Perseverance, che da quasi un anno scorrazza su Marte, buca rocce e preleva campioni (primo step della missione decennale che mira a portare rocce marziane sulla Terra). Ed è proprio nell’ambito dell’esperimento di perforazione e raccolta di rocce che gli scienziati stanno perdendo il sonno.
I fatti: il 29 dicembre al rover viene inviato il comando di procedere con la trivellazione di una roccia per la raccolta. Si trattava della sesta operazione di questo tipo che veniva compiuta, che forse non è ancora di routine ma lo sta diventando. La perforazione ha successo, il campione viene prelevato tramite la punta cava di cui è dotato il trapano del rover e allo stesso tempo inserito nel tubo per la raccolta.

Sol 306, Perseverance scatta questa foto negli istanti finali della trivellazione del 29 dicembre. Crediti: NASA/JPL-Caltech
Sol 306, zoom sulla punta del trapano al cui interno si intravede il campione roccioso appena estratto. Si intuisce anche la scritta 261, numero di serie della fiala di raccolta. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Il passo successivo consiste nell’inserimento del tubo col carotaggio all’interno dell’apparato di Sample handling collocato nella porzione frontale del rover. L’operazione viene eseguita avvicinando la testa del braccio robotico e facendo scivolare il campione nel Sample handling.

Render per indicare la posizione dell’apparato che accoglie i campioni rocciosi estratti dal trapano di Perseverance. Crediti: NASA/JPL-Caltech

È in questo momento che si verifica l’anomalia: mentre la punta scivola all’interno della ruota chiamata carousel i sensori rilevano una resistenza inattesa, in anticipo di circa 1 cm rispetto ai 13,1 cm di escursione completa, oltre che un maggiore attrito nel corso di tutta l’operazione. Nel caso di eventi imprevisti il rover è programmato per fermare l’operazione e inviare un aggiornamento di stato, che giunge al centro di controllo della NASA. Dopo aver richiesto, ricevuto e analizzato dati aggiuntivi sui sensori del rover, gli scienziati mandano a Perseverance i comandi per estrarre la punta e fare delle analisi fotografiche complete degli apparati. Il processo richiede circa una settimana, e il giorno dell’Epifania la situazione appare più chiara.

Dei residui di roccia, con dimensioni attorno al centimetro, si sono depositati al centro del carousel. L’individuazione avviene grazie alla camera Watson, anch’essa collocata sul braccio robotico e capace di immagini estremamente ravvicinate (dispone anche di un flash, che potrebbe essere stato impiegato nella lunga serie di oltre 100 immagini scattate per indagare il problema).

Visione d’insieme dell’apparato denominato carousel. Immagine scattata dalla camera Watson nel Sol 314. Crediti: NASA/JPL-Caltech
Ripresa ravvicinata dell’imboccatura del carousel, dove la punta del trapano si inserisce per depositare i campioni. Immagine scattata dalla camera Watson nel Sol 314. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Gli scienziati ritengono che si tratti di ciottoli inavvertitamente depositati durante l’operazione di spostamento del campione. La buona notizia è che l’apparato di Sample handling è progettato per operare anche nel caso di queste piccole ostruzioni, ma la cautela è comunque d’obbligo.
È la prima volta che Perseverance (o per meglio dire il team che lo controlla) si trova a gestire una rimozione di detriti, quindi è necessario procedere per piccoli passi analizzando continuamente lo stato tramite la telemetria e i riscontri fotografici.
Nella giornata del 14 gennaio la NASA ha rilasciato un aggiornamento della situazione delineando quelle che saranno le prossime azioni da intraprendere. Si è lavorato su due fronti: Marte e Terra. Su Marte è stata eseguita, il 12 gennaio, una dettagliata mappatura del suolo nei dintorni della porzione anteriore del rover. Sulla Terra si sono testate delle procedure meccaniche sul rover gemello di Perseverance.

Una delle tante foto scattate per mappare il terreno davanti a Perseverance. Immagine della camera Watson nel Sol 320. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Da una parte saranno eseguite due rotazioni di carousel per liberare, auspicabilmente, l’imboccatura dell’apparato. Dall’altra si intende svuotare il tubo di raccolta al suolo. Quest’ultima operazione, sebbene mai testata prima e probabilmente non auspicata, si è rivelata abbastanza semplice in quando il grosso del lavoro viene svolto dalla gravità. Ecco perché si è mappato in grande dettaglio il terreno, in modo da individuare i nuovi frammenti che a breve cadranno al suolo.
Ma perché scartare la roccia prelevata e attualmente ancora contenuta nella punta? Il fatto è che gli scienziati non sono certi di quanta roccia sia rimasta al suo interno, e preferiscono perciò svuotare la fiala e procedere a breve con una nuova perforazione.

I comandi per lo svuotamento del trapano sono stati inviati il 13 gennaio e dovrebbero essere stati eseguiti ieri. Sempre ieri invece il rover ha ricevuto i comandi per eseguire le rotazioni di carousel, previste per la giornata di oggi. Il tutto sarà documentato con una seconda serie di fotografie del suolo e degli apparati per verificare che la strategia abbia avuto successo. Si prevede di ricevere dati e immagini martedì 18, e da lì si deciderà se prendere altre contromisure o proseguire con le operazioni scientifiche. La permanenza di Perseverance in quest’area non dovrebbe continuare per più di un’altra settimana, a meno che non si decida di procedere con un’altra perforazione sempre della stessa roccia, soprannominata Issole.

Fonti:
https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-insight-enters-safe-mode-during-regional-mars-dust-storm
https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/status/356/assessing-perseverances-seventh-sample-collection/
https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/status/357/pebbles-before-mountains/

Informazioni su Antonio Piras 26 Articoli
Ingegnere elettronico per lavoro, da sempre appassionato di scienza. Scopro l'osservazione astronomica grazie al telescopio della LIDL (ebbene sì) che mi svela le lune medicee un giorno prima di Galileo...ma 405 anni dopo. Da allora la passione cresce a dismisura e attualmente la coniugo alla fotografia, altro grande hobby.

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