ExoMars 2016 arriva su Marte, ma Schiaparelli è disperso

Lo scorso 19 ottobre la missione europea ExoMars 2016 ha raggiunto con pieno successo l’orbita marziana, ma la gioia per aver centrato nuovamente questo importante obiettivo 13 anni dopo Mars Express è stata velata dall’amarezza di aver fallito, con ogni probabilità, l’obiettivo di posare sulla superficie del pianeta rosso il lander sperimentale Schiaparelli.

Partita il14 marzo 2016 la sonda di ESA ha attraversato la distanza Terra-Marte senza particolari problemi. Tre giorni prima della manovra di inserzione orbitale il modulo sperimentale Schiaparelli è stato rilasciato dalla nave madre e ha proseguito in totale autonomia il suo tuffo verso Meridiani Planum. Schiaparelli è una piattaforma di test per validare tecnologie chiave in vista della seconda parte della missione ExoMars, con partenza nel 2020, che vedrà ESA impegnata nel tentativo di portare su Marte il suo primo rover di sempre.

Are you ready, #Mars?! Talk to you again soon, Earth! #BurnBabyBurn #ExoMars pic.twitter.com/VxyqxAaQXR

— ExoMars orbiter (@ESA_TGO) October 19, 2016

Se da un lato ESA ha una lunga esperienza di successo in termini di costruzione, lancio e operazioni di orbiter, il know-how di tutto quanto concerne la sfida di portare un robot sulla superficie di un altro corpo celeste del sistema solare è tutto da acquisire. I numerosi fallimenti che hanno costellato la storia dei tentativi delle varie agenzie spaziali di far atterrare sonde su Marte è una chiara testimonianza di come questo genere di missioni siano tutt’altro che routinarie, e riservino insidie estremamente difficoltose da prevedere e mitigare.

Lo stato attuale di ExoMars TGO e Schiaparelli

TGO/ExoMars ha completato con successo la manovra di frenata e la sua orbita attorno a Marte è precisa e nominale. L’orbiter funziona perfettamente ed è in contatto quotidiano con il Flight Control Team di ESOC a Darmstadt. Si tratta della notizia sicuramente di maggiore rilevanza, in quanto nonostante l’attenzione dei media sia stata concentrata quasi unicamente su Schiaparelli, ESA ha centrato l’obiettivo di portare una missione importante e dagli obiettivi estremamente affascinanti attorno a Marte dove dovrebbe operare fino ad almeno il 2022.

Schiaparelli, al momento in cui scriviamo questo articolo, è ufficialmente disperso ma non ancora dichiarato perduto. Croce e delizia di ExoMars 2016, Schiaparelli ha iniziato correttamente la sua discesa verso la superficie di Marte ma dopo una serie di segnali che confermavano un comportamento nominale, il segnale radio si è interrotto improvvisamente circa 50 secondi prima del previsto.  Durante la sua corsa incandescente attraverso gli strati alti dell’atmosefera marziana il lander era seguito dall’orbita da due satelliti: TGO stesso, che registrava la telemetria vera e propria e Mars Express di ESA, che però si è limitato ad ascoltare e registrare il semplice segnale radio. In questo caso il team della missione ha utilizzato i dati di Mars Express per calcolare lo spostamento doppler della frequenza di trasmissione, e da questo dedurre le accelerazioni/decelerazioni tipiche dei vari momenti della discesa di Schiaparelli. Purtroppo i dati ricevuti da Mars Express non sono stati sufficienti a capire se il lander fosse atterrato come atteso, e nella notte tra il 19 ed il 20 ottobre si sono attesi i dati di MRO di NASA prima, e il downlink da TGO più tardi, con il suo prezioso carico telemetrico. I dati ricevuti dall’orbiter TGO sono ancora in fase di analisi ma come comunicato in una tesa conferenza stampa il mattino del 20 ottobre, hanno confermato un comportamento nominale di Schiaparelli fino al momento dell’espulsione del sistema paracadute/cono posteriore e successiva accensione dei retrorazzi frenanti. I dati mostrano un’accensione dei thrusters estremamente breve (3-4 secondi al massimo) rispetto ai 30 secondi attesi, e al momento non si è in grado di confermare né la causa tecnica né il destino finale di Schiaparelli, anche se è altamente probabile che il lander si sia schiantato sulla superficie di Marte.

Nel corso della prossima settimana ESA dovrebbe comunicare gli esiti dell’analisi della telemetria, dissipando le ombre che ancora nascondono l’immagine completa di quanto successo allo sfortunato Schiaparelli. Certamente la delusione è stata molto forte: se da un lato, razionalmente, è chiaro che Schiaparelli era solo una piattaforma di test ed in quanto tale anche un parziale fallimento come quello che appare essere stato questa volta è un’evento importante e carico di dati e informazioni preziose, dall’altro ESA, ASI e i media hanno giocato molto con l’enfatizzare questo particolare aspetto della missione ExoMars 2016.

L’hype creatosi più o meno volontariamente attorno a Schiaparelli ha finito per catturare e monopolizzare l’attenzione dell’opinione pubblica, che ha di fatto identificato la missione ExoMars 2016 nel suo piccolo lander robotico. La parte primaria della missione, cioè la corretta immissione in orbita di TGO, è senza alcun dubbio un grande successo, ma è un dato di fatto che l’atmosfera percepita (ed i distinguo stucchevoli che cominciano ad apparire qui e là sui media italiani) abbiano rovinato la festa per l’ottimo obiettivo raggiunto.

Si spera a questo punto che l’analisi della telemetria di Schiaparelli porti informazioni concrete ed utili per ExoMars 2020, aiutando anche il compito difficile del direttore di ESA Jan Woerner che dovrà convincere i paesi membri di ESA a scucire altri 300 milioni di euro in più per finanziare la spedizione del rover europeo verso le sabbie del pianeta rosso.

Ecco il video della conferenza stampa di giovedì mattina.

ExoMars/TGO

La posizione degli strumenti scientifici su TGO – Credit: ESA/ATG medialab

Trace Gas Orbiter (TGO) è di un orbiter delle dimensioni di circa 3 x 3 x 2 metri, cui si aggiungono circa 17,5 metri di pannelli solari capaci di generare 2 kW di potenza, per una massa totale al lancio di 4332 kg (incluso Schiaparelli). Il satellite opererà da una quota media di 400 km dalla superficie marziana. Costruito da Thales Alenia Space il suo scopo primario è lo studio della composizione atmosferica marziana grazie ad un ricco corredo di strumenti scientifici che vedono un’importante partecipazione italiana.

Le comunicazioni verso terra sono garantite da un sistema a radiofrequenza da 65 W o potenza operante in banda X (7250 – 8200 Mhz) e dotato di un’antenna ad alto guadagno da 2,2 metro di diametro e 3 antenne a basso guadagno. A bordo si trova anche un ricetrasmettitore UHF Electra, fornito da NASA, per comunicare con gli attuali ed i futuri lander sulla superficie.

Il “fine missione” nominale è previsto per il 2022.

Gli strumenti scientifici a bordo di TGO sono:

• Atmospheric Chemistry Suite (ACS): Questo set di tre strumenti operanti nell’infrarosso aiuterà gli scienziati a studiare la struttura dell’atmosfera di Marte. ACS è complementare a NOMAD estendendone la copertura nella banda dell’infrarosso, e scattando immagini del Sole per meglio analizzare i dati raccolti durante le occultazioni solari;
• Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS): Si tratta di una fotocamera ad alta risoluzione (5 metri/pixel) capace di raccogliere immagini a colori e stereografiche. CaSSIS fornirà un contesto geolgico e dinamico alle zone dalle quali potrebbero provenire particolari emissioni di gas quando rilevate da ACS e NOMAD;
• Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND): E’ un detector di neutroni che mapperà la presenza di idrogeno nel suolo di Marte fino ad una profondità di un metro, rivelando eventuali depositi di ghiaccio d’acqua in prossimità della superficie. L’accuratezza delle rilevazioni dovrebbe essere 10 volte migliore rispetto ai dati attualmente disponibili;
• Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD): NOMAD combina tre spettrometri (due infrarossi e uno ultravioletto) capaci di captare la composizione atmosferica con un altro grado di precisione, grazie allo studio della luce durante l’occultamento della nostra stella da parte di Marte e della luce riflessa dall’atmosfera stessa.

ExoMars/Schiaparelli

Schiaparelli senza la conchiglia protettiva -Credit: ESA/ATG medialab

Schiaparelli è un lander dimostrativo il cui scopo principale era testare materiali e tecnologie in vista della missione ExoMars 2020 destinata a portare su Marte il primo rover europeo.

Il modulo di discesa misuira 2,4 metri di altezza incluso lo scudo termico (1,65 m senza scudo) ed ha una massa di 577 kg. Lo scudo termico è realizzato con materiale ablativo Norcoat Liège, e la struttura della “conchiglia” è realizzata con un sandwich di alluminio e CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). Il paracadute supersonico ha un diametro di 12 metri. Per concludere la manovra di atterraggio ExoMars userà tre gruppi di tre motori ad idrazina (400 N ciascuno) operati con impulsi modulati. La fonte energetica è un pacco batterie non ricaricabili che assicura a Schiaparelli una vita utile di circa 3 giorni. Le comunicazioni con ExoMars/TGO saranno possibili grazie ad un sistema radio UHF dotato di due antenne.

Pur trattandosi di un modulo sperimentale destinato a funzionare per un massimo di 8 giorni, a bordo di Schiaparelli sono stati installati vari esperimenti scientifici:

• DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface) ha il compito di studiare l’ambiente marziano ed è quindi dotato di vari sottosistemi per studiare la direzione e la velocità dei venti (MetWind), il livello di umidità (DREAMS-H), la pressione (DREAMS-P), la temperatura (MarsTem), la trasparenza dell’atmosfera (SIS) ed suoi campi elettrici (MicroARES)
• AMELIA raccoglierà invece dati scientifici durante la manovra di discesa;
• COMARS+ misurerà le temperature di varie zone del “coperchio” posteriore della conchiglia contenente ExoMars durante il rientro atmosferico;
• INRRI, montato sulla faccia superiore di Schiaparelli, è un riflettore laser che sarà usato per localizzare con precisione il modulo una volta arrivato sulla superficie, ed il solo che sarà disponibile anche dopo l’esaurimento delle batterie (si tratta di un riflettore, passivo).