L’elicottero marziano Ingenuity apre la strada a nuovi scenari di esplorazione di Marte

Lo scorso 22 dicembre l’elicottero marziano Ingenuity ha compiuto il suo settantesimo volo coprendo una distanza di 260 metri in circa 132 secondi. Si tratta dell’ennesimo successo per un prototipo che continua a operare senza particolari problemi ben oltre la sua vita utile prevista. Portato su Marte come carico secondario della missione Mars 2020 – Perseverance, grazie alla sua affidabilità Ingenuity si è trasformato da studio di fattibilità in vero e proprio ricognitore, lavorando in tandem con il compagno di viaggio su ruote.

Atterrato poco a ovest del cratere marziano Jezero il 18 febbraio 2021 insieme al rover Perseverance, seguendo le priorità della NASA che favorivano innanzitutto la raccolta di informazioni tramite il rover l’elicottero venne depositato sulla superficie solo un paio di mesi dopo, compiendo il suo primo volo il 19 aprile. Si trattò del primo volo in assoluto compiuto da un apparecchio ad ala rotante, controllato e motorizzato, su un corpo celeste diverso dalla Terra.

L’obiettivo di dimostrare la capacità di volare nella tenue atmosfera marziana (la cui densità è pari a solo lo 0,6% di quella terrestre) fu dimostrato in pieno, così come ebbe grande successo il software di controllo del velivolo, che gli consentiva di muoversi autonomamente, senza esseri umani ai controlli, una volta ricevuto il piano di volo dalla Terra. Questa capacità è tanto essenziale quanto le prestazioni aerodinamiche, in quanto la distanza Terra-Marte e i tempi di viaggio dei segnali radio tra i due pianeti (fino a una ventina di minuti) rendono impossibile il controllo in tempo reale da parte di un operatore.

Il piano originale di Ingenuity prevedeva un periodo di sperimentazione di 30 Sol (i giorni marziani, 40 minuti circa più lunghi di quelli terrestri) ma, risultati alla mano, il JPL non si fece scappare l’opportunità di trasformare un test di durata limitata in una vera e propria missione-tandem. Le prestazioni e la resistenza dell’elicottero nel duro ambiente marziano hanno ampiamente superato le aspettative.

Completata la sua missione primaria e non avendo nulla da perdere, il JPL incominciò ad adoperare l’elicottero oltre i requisiti di altitudine e durata del volo previste inizialmente. Nel marzo 2022 la NASA annunciò quindi ufficialmente l’estensione della missione di Ingenuity, e tale decisione sarà rimarrà in vigore, con ogni probabilità, fino a quando il velivolo sarà funzionante. Ingenuity esplora in anticipo le zone che successivamente saranno studiate dagli strumenti di Perseverance, ma è stato anche utilizzato per fotografare dettagli difficilmente raggiungibili dal rover.

Un’esperienza preziosa da tramandare ai Sample Recovery Helicopter

Una revisione del progetto Mars Sample Return annunciata da NASA ed ESA nel luglio del 2022 ha deciso l’eliminazione del sistema lander/rover inizialmente previsto per il recupero dei bussolotti di materiale raccolto da Perseverance. Il nuovo concetto di missione prevede di utilizzare il “vecchio” Perseverance per il trasporto dei bussolotti, che non saranno più abbandonati al suolo ma conservati all’interno dello stesso fino al momento in cui non saranno trasferiti nel razzo di ritorno che si trova all’interno del lander singolo lander rimasto alla missione Mars Sample Return.

La delicata operazione sarà svolta grazie al braccio robotico del lander, che raccoglierà e trasferirà i campioni all’interno del razzo MAV (il MAV – Mars Ascent Vehicle). Giunto in orbita marziana, il MAV rilascerà il contenitore contenente i campioni, che sarà catturato dall’orbiter ERO (Earth Return Orbiter), un nuovo veicolo in partenza nel 2027. ERO e il suo prezioso carico ripartiranno poi alla volta della Terra. Una volta nelle vicinanze del nostro pianeta, nel 2033, l’orbiter rilascerà il modulo di rientro progettato da NASA, che consentirà l’atterraggio in sicurezza e il recupero dei campioni marziani.

Per quanto affidabile Perseverance si sia rivelato fino a oggi, il rover di NASA dovrà sopravvivere e mantenere la capacità di muoversi fino all’arrivo su Marte della missione Mars Sample Return, previsto per il 2028. A quel punto Perseverance avrà sulle spalle otto anni di operazioni in condizioni estreme, e la probabilità che qualche guasto importante rovini i programmi di NASA e JPL non è da escludere. Per questo, in ossequio al concetto di ridondanza tipico delle missioni spaziali, NASA ha deciso di sviluppare due elicotteri, basati su Ingenuity ma di dimensioni e capacità maggiori, che svolgeranno il ruolo di backup per il recupero dei bussolotti disseminati da Perseverance. Se il rover non dovesse essere in grado di avvicinarsi al lander di MSR, saranno i due Sample Recovery Helicopters (elicotteri di recupero dei campioni) ad alzarsi in volo, raccogliendo dal suolo i contenitori e trasportandoli vicino al braccio robotico.

I Mars Sample Recovery Helicopters sono una coppia di elicotteri robotici senza pilota sviluppati dagli ingegneri della società americana AeroVironment Inc. proposti nel marzo 2022 come mezzo di riserva per recuperare i campioni di suolo marziano. Ogni elicottero avrà un carico utile di 280 grammi, sarà dotato di un piccolo braccio manipolatore con una pinza a due dita e di un carrello di atterraggio semovente, che insieme consentiranno di accostarsi con precisione e raccogliere le provette metalliche. Si tratta quindi di un interessante “ibrido” tra un elicottero e un rover leggero.

Ingenuity è stato fondamentale per il progetto dei Mars Sample Recovery Helicopter. L’esperienza maturata sul campo dal prototipo ha confermato la bontà delle design degli ingegneri di AeroVironment. Inoltre il numero di provette da recuperare (43) è ben al di sotto del limite di sicurezza di 100 atterraggi stabilito per il sistema di ammortizzazione del velivolo. Una tipica missione per il recupero di un campione durerà quattro giorni:

• giorno 1: volo e atterraggio in un’area vicino al campione;
• giorno 2: avvicinamento (su ruote) al campione e presa da parte del braccio robotico;
• giorno 3: volo di ritorno nelle vicinanze del Sample Retrieval Lander;
• giorno 4: avvicinamento (su ruote) al SRL e rilascio del campione nell’area di lavoro del braccio robotico di trasferimento dei campioni del lander.

La capacità di manovrare un elicottero in atmosfera marziana con la precisione richiesta è stata dimostrata durante il volo 31 di Ingenuity, nel settembre 2022.

Sono molti, potenzialmente, i carichi utili che possono essere trasportati da questi tipo di elicotteri, in aggiunta al loro impiego come ricognitori avanzati. Mars Sample Return non porterà su Marte alcun rover, ma i suoi due droni potrebbero estendere le sue potenzialità in modo sostanziale, specie nel caso in cui il loro ruolo primario quali mezzi di trasporto di riserva si rivelasse non necessario.

La flessibilità dimostrata da Ingenuity e dai suoi controllori di terra offrono il perfetto esempio di come i Mars Sample Recovery Helicopter potrebbero essere impiegati con relativa facilità in scenari totalmente diversi da quelli previsti della loro missione originale.

In generale, Ingenuity ha aperto la strada ad un nuovo concetto di esplorazione di Marte. Gli ingegneri di NASA e JPL sono già al lavoro su nuove generazioni di elicotteri-drone, alcuni appositamente progettati per missioni prettamente esplorative, che potranno essere impiegati in contesti altrimenti inaccessibili a mezzi su ruote.

Fonti: JPL, NASA