NASA interrompe la costruzione del rover lunare VIPER

Nella serata italiana del 17 luglio 2024, Nicola “Nicky” Fox, amministratrice associata dello Science Mission Directorate (SMD) e Joel Kearns, vice amministratore associato per l’esplorazione, hanno preso parte a una teleconferenza per aggiornare il pubblico riguardo la missione VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), che non proseguirà nelle fasi di integrazione e test e non partirà verso il Polo Sud lunare, dove avrebbe dovuto cercare acqua nel sottosuolo, in vista dell’arrivo delle missioni del programma Artemis.

Fox ha individuato nei costi il principale motivo di interruzione: se la missione fosse continuata, ci sarebbe stato il rischio di sottrarre fondi ad altre missioni del Commercial Lunar Payload Services (CLPS), o addirittura di cancellarle. Questo aspetto era già stato riportato dal Government Accountability Office (GAO), un ufficio del governo degli Stati Uniti che si occupa tra le varie cose di indagare e analizzare le tempistiche, le previsioni di spesa e lo status delle missioni di NASA: nel report di giugno 2024, viene sottolineato come «ad aprile 2024 […] tutti i finanziamenti per l’anno fiscale 2024 saranno utilizzati entro luglio 2024, a meno della fornitura di fondi aggiuntivi. Nonostante l’integrazione dei sistemi di VIPER stia proseguendo, i responsabili del progetto hanno riportato che i problemi nati dai ritardi dei fornitori a causa di problemi nella supply chain hanno richiesto l’utilizzo di tutte le riserve finanziarie stanziate per il progetto». Kearns ha sottolineato come il problema di approvvigionamento dei componenti sia stato una serie di piccoli ritardi uno dopo l’altro, che hanno impedito al team di VIPER di pianificare una strategia a lungo termine per provare a compensarli.

Il GAO sottolineava anche come «VIPER continuasse ad avere problemi con la massa complessiva»: la questione era però stata «mitigata con la previsione di acquisto [non ancora avvenuto, NDR] di ulteriore massa» sul lander Griffin di Astrobotic. In questo modo non sarebbe stato necessario rimuovere i pannelli solari di cui VIPER è dotato. VIPER infatti non sarebbe stata lanciata da sola, ma avrebbe dovuto essere installata sul lander Griffin One di Astrobotic, selezionata nel giugno 2020 nell’ambito del programma CLPS e finanziata con 199,5 milioni di dollari. La compagnia sarebbe stata responsabile di tutti i servizi, inclusa l’integrazione con il lander, il lancio e l’atterraggio sulla Luna.

Inoltre, i costi di VIPER sono aumentati di oltre il 30% rispetto a quelli inizialmente previsti: nella formulazione originale la missione sarebbe costata 433,5 milioni di dollari, ma dopo i vari slittamenti i costi complessivi sono saliti prima a 505,4 milioni di dollari e infine a 609,6 milioni di dollari, un aumento del 40% circa. Gli slittamenti, oltre a essere dovuti ai già citati ritardi nella fornitura, sono anche stati causati dal fallimento della missione Pergerine One, lanciata a gennaio 2024 come carico pagante del volo inaugurale del Vulcan, il nuovo razzo di United Launch Alliance (ULA). Le cause del fallimento sono state individuate nel sistema propulsivo: NASA ha deciso quindi di pagare Astrobotic per condurre dei test aggiuntivi sul sistema propulsivo del lander Griffin, che è una versione più grande di Pergerine.

La missione di Griffin comunque proseguirà e permetterà di testare anche i motori del lander. Al posto di VIPER NASA fornirà un payload inerte della stessa massa del rover, in modo permettere al lander di operare all’incirca nelle stesse condizioni. Joey Roulette di Reuters ha chiesto come mai non fossero stati scelti degli strumenti scientifici anziché una massa inerte. Kearns ha risposto che «il design di Griffin è stato progettato per permettere il trasporto di VIPER, o comunque di un rover simile, sulla Luna […] e che nel design attuale non ci sarebbero state le capacità di comunicazione e alimentazione elettrica sufficienti»: il tutto avrebbe quindi richiesto verosimilmente una riprogettazione del lander e portato a un ulteriore slittamento della missione. La rimozione di VIPER però permetterà agli altri esperimenti non gestiti da NASA di avere a disposizione più energia, banda per le comunicazioni ed eventualmente anche spazio.

I continui slittamenti e l’incertezza sulla prontezza di Griffin sono stati un altro motivo per la decisione di interrompere la missione: VIPER necessita di particolari condizioni di illuminazione del suolo lunare e un ulteriore ritardo da parte di Griffin avrebbe costretto a un’ulteriore attesa tra i 9 e i 12 mesi, aumentando nuovamente i costi. Kearns ha comunque ammesso che probabilmente la fiducia di NASA nelle aziende private per la consegna di un lander in grado di far atterrare un rover così pesante e sofisticato sulla Luna in poco tempo è stata forse troppa, dal momento che ad oggi le missioni del programma CLPS sono state solamente due, di cui una fallita (oltre alla già citata Peregrine, anche IM-1 Odysseus di Intuitive Machines).

Nelle prossime settimane dovrebbe iniziare lo smantellamento del rover, con gli strumenti che potrebbero venire riutilizzati in altre missioni. NASA ha comunque dato la disponibilità ad aziende o altri partner di poter prendere il rover e adoperarlo in autonomia, senza però che gli Stati Uniti debbano sostenere alcun costo. L’obiettivo sarebbe di poter utilizzare il rover, che allo stato attuale è testato in alcune sue parti e già completamente assemblato: questo potrebbe permettere un maggior ritorno scientifico rispetto al separare i vari strumenti e integrarli in altre missioni CLPS. Lo studio degli elementi volatili della Luna però continuerà comunque con Lunar Trailblazer o con il Lunar Terrain Vehicle (LTV), pilotato da remoto da esseri umani sulla superficie, ma anche con Polar Resources Ice Mining Experiment-1 (PRIME-1), che dovrebbe atterrare non prima di ottobre 2024.

La missione originaria

VIPER avrebbe operato per circa 100 giorni terrestri al Polo Sud lunare, percorrendo diversi chilometri, raccogliendo campioni di suolo lunare e indagando la presenza di acqua nel sottosuolo, con l’obiettivo ultimo di creare una mappa globale della distribuzione delle riserve d’acqua sulla Luna e aiutare quindi gli astronauti del programma Artemis ad individuare i luoghi più favorevoli per l’insediamento. Grande circa come un golf cart (2,5 metri di altezza × 1,5 m di lunghezza e larghezza), VIPER sarebbe stato il primo rover automatico di NASA sulla Luna: in tutti gli altri casi le missioni dell’agenzia spaziale statunitense erano state effettuate con esseri umani, nel contesto del programma Apollo, con i lander del programma Surveyor oppure tramite sonde in orbita attorno alla Luna.

Il terreno sopra cui si sarebbe dovuto muovere è molto variabile in termini di compattezza: nel caso di terreno molto soffice, le ruote del rover erano state progettate per essere alzate indipendentemente le une dalle altre e usate per scavare e spazzare il terreno, in una sorta di movimento natatorio. Come per Curiosity e Perseverance, le ruote possono sterzare indipendentemente le une dalle altre, permettendo così movimenti in diagonale, di lato o rotazioni sul posto. In confronto ai due rover marziani, VIPER sarebbe stato però molto più veloce: se Perseverance può raggiungere i 150 m/h (0,15 km/h), VIPER avrebbe raggiunto i 400 m/h (0,4 km/h) quando alla ricerca di acqua e altre potenziali risorse, e a 720 m/h, (0,72 km/h) quando in movimento normale. A causa inoltre delle condizioni estreme di luce e buio che avrebbe incontrato nel corso della missione, VIPER era stato dotato di un faro, in grado di illuminare il panorama circostante. Grazie anche alla vicinanza con la Terra, VIPER sarebbe stato comandato quasi in tempo reale da operatori a Terra, che ogni 4.5 metri circa avrebbero scaricato i dati e valutato la strategia da seguire: il tempo di latenza è tra i 6 e i 10 secondi. L’elaborazione delle immagini per studiare eventuali pericoli o zone scientificamente interessanti, sarebbe avvenuto a Terra, in modo da poter sfruttare i più potenti elaboratori: questo avrebbe permesso di ridurre i costi e i tempi, prendendo così decisioni più immediate in merito ai percorsi da intraprendere o sugli obiettivi scientifici da studiare. VIPER sarebbe stata anche la prima missione a utilizzare in modo significativo del software open source, tra l’altro utilizzato in applicazioni industriali già esistenti. Una volta terminata la missione, il codice sorgente del software sarebbe stato poi reso pubblico.

Strumenti scientifici

Tutti gli strumetni di VIPER usano spettrometri, in grado di osservare la luce emessa o assorbita dai materiali per individuarne la composizione.

Neutron Spectrometer System (NSS)

Avrebbe permesso di individuare indirettamente la potenziale presenza di acqua fino a un metro di profondità, per consentire poi indagini più accurate. NSS funziona misurando i cambiamenti nel numero e nell’energia dei neutroni – prodotti dall’interazione dei raggi cosmici galattici con la superficie lunare – emessi dalla superficie stessa. Lo scontro tra un neutrone e un’altra particella o molecola di dimensioni comparabili fa perdere molta energia al neutrone, che viene misurata da NSS.

The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrains (TRIDENT)

Nel caso in cui NSS avesse trovato una concentrazione significativa di idrogeno nel sottosuolo, VIPER avrebbe utilizzato il proprio trapano da un metro di lunghezza per perforare il terreno, portando in superficie i diversi materiali di cui è composto e misurando la temperatura durante il processo. I materiali raccolti sarebbero poi stati analizzati da altri strumenti di VIPER.

Se la missione fosse continuata e l’atterraggio sulla Luna fosse stato un successo, l’utilizzo di TRIDENT avrebbe rappresentato il primo perforamento del suolo sulla Luna dai tempi delle missioni Apollo, e il primo in assoluto a raggiungere il metro di profondità. L’altro trapano in grado di perforare così a fondo il terreno era quello di InSight su Marte: la “talpa” HP³, questo il nome dello strumento, non è però potuta andare oltre una decina di centimetri a causa di un terreno molto meno compatto rispetto alle previsioni.

Near-Infrared Volatiles Spectrometer System (NIRVSS)

Con NIRVSS gli scienziati sarebbero stati in grado di capire la natura dell’idrogeno lunare inizialmente individuato da NSS: attraverso l’uso di uno spettrometro si sarebbe potuto distinguere tra idrogeno proveniente da una molecola d’acqua o dal radicale idrossile, anche se comunque si sarebbe potuto trattare di un semplice atomo di idrogeno. Sempre con lo spettrometro sarebbe stato possibile distinguere i diversi tipi di minerali e ghiacci che ci potrebbero essere nel suolo lunare. Tutte tre le forme discusse sarebbero comunque utilizzabili per la produzione di propellente per i razzi.

Attaccati a NIRVSS ci sono anche lo Spectrometer Context Imager, una camera ad ampio spettro che restituisce un’immagine a sette colori per studiare la composizione del suolo lunare con estrema precisione, e il Longwave Calibration Sensor, in grado di fornire la temperatura superficiale a scale molto piccole.

Mass Spectrometer Observing Lunar Operations (MSolo)

MSolo avrebbe avuto il compito di distinguere, non appena atterrato sulla superficie, tra gas provenienti dalla superficie lunare e quali emessi dal lander. Una volta iniziate le operazioni di VIPER avrebbe operato in tandem con NIRVSS per studiare i residui della trapanatura per cercare ghiaccio e altri volatili. Si tratta di un semiconduttore usato in ambienti industriali per misurare i gas e individuare perdite potenzialmente in grado di portare a difetti di produzione.

Assieme a NIRVSS ha volato in due missioni del CLPS per poter fornire ulteriori dati al team di missione.

Acqua sulla Luna

L’acqua sulla Luna si trova principalmente nel sottosuolo – quella in superficie infatti sublima velocemente non appena entra in contatto con la luce solare – oppure in aree permanentemente in ombra (Permanently Shadowed Regions, PSR). Anche le forme in cui è possibile trovare l’acqua sono diverse: si può trattare di cristalli di ghiaccio, molecole di acqua legate ad altri materiali o strati ghiacciati dello spessore di 10 molecole.

VIPER avrebbe studiato quindi quattro diversi tipi di suolo, caratterizzati da profondità e temperature diverse, raccogliendone dei campioni. Le quattro regioni sono così chiamate:

• superficiale: sulla superficie, dove il ghiaccio è stabile, come ad esempio nelle PSR;
• poco profonde: il ghiaccio è stabile entro i 50 cm dalla superficie;
• profonde: il ghiaccio è stabile tra i 50 cm e i 100 cm dalla superficie;
• secche: assenza di ghiaccio nel primo metro dalla superficie.

L’origine dell’acqua sulla Luna non è ancora tuttavia certa: potrebbe essere di origine vulcanica durante le primissime fasi di evoluzione del satellite o essere stata depositata da impatti con grandi comete.

Fonti: Teleconferenza NASA, GAO review June 2024, NASA (1), NASA (2), sito della missione