NASA esplora due approcci per ritirare campioni da Marte
La missione Mars Sample Return (MSR), frutto della collaborazione tra NASA e ESA, ha come obiettivo primario il recupero e il trasporto di campioni di suolo marziano sulla Terra, già prelevati dal rover Perseverance. Questo sforzo scientifico, di notevole complessità, mira a un’analisi approfondita dei campioni consentendo una migliore comprensione della geologia, della storia e del potenziale passato biologico di Marte. In seguito a una revisione dei costi e delle tempistiche, l’architettura di missione originaria è stata ritenuta insostenibile. Di conseguenza, sono state avviate nuove indagini per identificare soluzioni alternative più economiche e rapide, mantenendo comunque gli obiettivi scientifici prefissati.
Al fine di affrontare le sfide emerse, la NASA ha intrapreso un approccio a due vie che verrà perseguito fino al 2026. Da un lato si continua a sviluppare l’architettura di missione che prevede l’impiego di un lander con tecnologia skycrane, già testato con i rover Curiosity e Perseverance, con il Mars Ascent Vehicle (MAV) a bordo, come inizialmente proposto. Dall’altro si sta esplorando la fattibilità di soluzioni alternative con il supporto di aziende commerciali, per ottimizzare i costi e le tempistiche di ritorno dei campioni. Questo approccio parallelo mira a garantire una valutazione completa delle diverse opzioni disponibili, permettendo una decisione informata sulla via più efficace per il successo della missione.
L’architettura di missione originale per MSR è stata ritenuta non praticabile a causa di costi eccessivi e di una data di ritorno dei campioni ritenuta inaccettabilmente lontana. Le stime iniziali, che prevedevano una spesa di circa 7 miliardi di dollari, sono rapidamente salite a 11 miliardi, un importo considerato insostenibile per il budget NASA. Inoltre, le tempistiche per il rientro dei campioni sulla Terra, previste non prima del 2040, sono state giudicate troppo dilatate, specialmente in considerazione dei piani di future missioni umane su Marte.
Questi vincoli finanziari e temporali hanno imposto una revisione completa del programma MSR. La persistenza dell’approccio originale avrebbe comportato una cannibalizzazione di risorse destinate ad altre missioni scientifiche di rilievo, come Dragonfly, NEO Surveyor, DAVINCI+ e VERITAS. La necessità di accelerare MSR è stata dettata anche da ragioni logiche: l’arrivo dei primi esseri umani su Marte nel decennio del 2040 richiederà un’ingente quantità di risorse, quindi il ritorno dei campioni, che non richiede le stesse attenzioni, deve avvenire in anticipo. La NASA ha pertanto riconosciuto l’urgenza di un cambiamento, cercando soluzioni più economiche, veloci e in linea con le raccomandazioni del Decadal Survey, un documento di riferimento per le priorità della ricerca scientifica nel campo dell’esplorazione spaziale.
Per rispondere alle problematiche relative ai costi e alle tempistiche del programma MSR, la NASA aveva emesso un bando esplorativo (Request for Information, RFI), rivolto a una vasta gamma di potenziali collaboratori. Questo bando è stato indirizzato non solo alle aziende commerciali attive nel settore aerospaziale, ma anche al Jet Propulsion Laboratory e ad altri centri di ricerca e sviluppo interni alla NASA. L’obiettivo principale dell’RFI è stato stimolare la presentazione di architetture di missione alternative significativamente più economiche e più veloci rispetto al piano originale, pur mantenendo la capacità di riportare sulla Terra i preziosi campioni marziani.
Il bando RFI ha specificato che le proposte dovranno essere in linea con i parametri e le raccomandazioni stabiliti dal Decadal Survey. I partecipanti al bando sono stati invitati a presentare soluzioni innovative, senza essere vincolati da alcun progetto o metodo sviluppato in precedenza. Questo approccio mirava a favorire idee radicalmente nuove e a massimizzare la possibilità di individuare la soluzione più efficiente ed efficace per il ritorno dei campioni di Marte.
Parallelamente al processo di valutazione delle proposte derivanti dal bando RFI, la NASA ha deciso di perseguire due opzioni distinte per il ritorno dei campioni marziani, almeno fino al 2026. Questo approccio duale permette di esplorare diverse strategie e di mantenere aperte più possibilità per il successo della missione, tenendo conto delle sfide tecnologiche e logistiche. L’annuncio è stato dato il 7 gennaio 2025 durante una conferenza stampa alla quale hanno presenziato Bill Nelson e Nicky Fox, rispettivamente Amministratore di NASA e Dirigente della Direzione per la Missione Scientifica.
La prima strada, l’opzione basata sulla collaudata tecnologia skycrane, si fonda sull’utilizzo di un lander avanzato che impiega un sistema di atterraggio preciso e collaudato, già sperimentato con successo nelle missioni Curiosity e Perseverance. Questo approccio mira a ridurre i rischi sfruttando tecnologie comprovate, pur con alcune modifiche per adattarle alle esigenze specifiche del MSR. È l’architettura classica con cui sta procedendo la NASA in modo indipendente da qualche anno.
Il Sample Retrieval Lander (SRL), in una delle ultime versioni, è progettato per trasportare il Mars Ascent Vehicle (MAV) sulla superficie di Marte. Questo lander è progettato per atterrare con precisione entro un raggio di 60 metri dal punto di atterraggio desiderato. Per raggiungere tale accuratezza, il lander si avvale di un sistema di navigazione avanzato, l’Enhanced Lander Vision System, una versione migliorata del sistema Terrain Relative Navigation che ha permesso l’atterraggio di Perseverance. Questo sistema include una seconda telecamera, un altimetro e una maggiore capacità di utilizzare i propulsori per la correzione della traiettoria. Il lander è alimentato da un un generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG), anziché da pannelli fotovoltaici. Questo sistema garantisce una fornitura di energia continua e calore anche durante le tempeste di polvere marziane, riducendo i rischi di missione.
Il MAV è un razzo a due stadi alimentato da propellente solido, incaricato di trasportare i campioni raccolti da Perseverance dalla superficie di Marte all’Earth Return Orbiter (ERO) in orbita marziana. Il MAV è progettato per essere lanciato in modo verticale dal lander dopo essere stato espulso con un sistema chiamato Vertically Ejected Controlled Tip-off Release (VECTOR) che lo spinge fino a sei metri e mezzo dalla superficie. Questo sistema aggiunge anche una leggera rotazione al razzo, per mantenerne la stabilità e assicurando che si allontani dal lander e si diriga verso l’alto. Il primo stadio (SRM-1) brucia per 75 secondi, e il motore ha un sistema di controllo dell’orientamento per direzionare la spinta. Dopo la separazione del primo stadio, il secondo stadio si stabilizza tramite rotazione e, una volta raggiunta la velocità desiderata, brucia per circa 18-20 secondi. La traiettoria del MAV lo porta fino a un’orbita di 380 km dalla superficie marziana. Dopo aver raggiunto l’orbita, il MAV rilascia la sfera contenente i campioni e il secondo stadio del MAV rimane in orbita, inviando un segnale radio fino a 25 giorni dal rilascio, per facilitare il rendezvous con l’ERO. Il MAV è sviluppato in collaborazione con Lockheed Martin e Northrop Grumman.
L’altra opzione, che prevede il supporto di aziende commerciali, si concentra sull’identificazione di soluzioni innovative che utilizzino tecnologie e lanciatori esistenti, con l’intento di ridurre i costi e i tempi di sviluppo della missione. Questa strategia si basa sulla collaborazione con aziende private che hanno dimostrato competenze nel settore aerospaziale e che possono offrire alternative più efficienti rispetto agli approcci tradizionali.
Un esempio è Rocket Lab, che ha già fornito tecnologie e componenti per missioni su Marte, come per la missione ESCAPADE in programma per il 2026. Rocket Lab ha dimostrato una solida competenza nello sviluppo di piccoli lanciatori, sistemi di navigazione, software per missioni spaziali e sistemi per il rientro sulla Terra. L’approccio proposto da Rocket Lab prevede l’utilizzo di lanci multipli dalla Terra per inviare risorse orbitali e di superficie verso Marte. Altre aziende con esperienza nel settore hanno fatto le loro proposte di architettura, basate principalmente su tecnologie già sviluppate internamente.
In sintesi, l’opzione di supporto da aziende commerciali rappresenta una valida alternativa all’approccio tradizionale, in quanto mira a sfruttare le competenze del settore privato per rendere la missione Mars Sample Return più efficiente, economica e veloce. Questa strada rimane aperta fino al 2026, quando la NASA dovrà prendere una decisione definitiva sulla base dei risultati delle valutazioni in corso.
L’approccio di tipo commerciale, con partner privati che sviluppano tecnologie in propria autonomia, può portare però a ricadute sfavorevoli. Pur offrendo potenziali vantaggi in termini di costi e tempi, solleva diverse critiche e preoccupazioni, soprattutto alla luce dell’esperienza del programma Commercial Lunar Payload Services (CLPS). Un aspetto fondamentale riguarda l’affidabilità di tecnologie e lanciatori non completamente collaudati per missioni di questa complessità, come dimostrato dai problemi incontrati con alcune delle missioni lunari CLPS. Mentre alcune aziende hanno dimostrato competenze in lanci e rientri, l’integrazione di queste tecnologie in una missione interplanetaria come MSR presenta rischi non trascurabili. La mancanza di esperienza specifica nel contesto di missioni di recupero campioni da Marte potrebbe comportare ritardi imprevisti o fallimenti, come è successo con alcune delle missioni CLPS che hanno subito malfunzionamenti o non sono riuscite a raggiungere la Luna, vanificando l’obiettivo di accelerare la missione.
Un altro problema potrebbe riguardare la frammentazione della missione in più lanci, che sebbene possa ridurre i costi per singolo lancio, aumenta la complessità logistica e il rischio di errori o problemi di coordinamento tra le diverse missioni. Inoltre, l’affidarsi a soluzioni commerciali potrebbe comportare una minore flessibilità e un minor controllo da parte della NASA, che deve comunque garantire il successo della missione e la qualità scientifica dei campioni. La mancanza di trasparenza su alcune specifiche tecniche e la possibile variabilità delle prestazioni dei lanciatori commerciali potrebbero anche complicare la pianificazione e l’esecuzione della missione. La scelta di soluzioni commerciali potrebbe comportare la rinuncia a tecnologie specificamente sviluppate per MSR che sono state attentamente studiate e che potrebbero essere più adatte, a favore di approcci meno mirati. Sebbene l’obiettivo sia di ridurre i costi, l’effettivo risparmio e l’efficienza di questa opzione non sono garantiti e potrebbero essere inficiati da imprevisti o dalla necessità di modifiche in corso d’opera. L’esperienza del programma CLPS, con le sue difficoltà e alcuni fallimenti, evidenzia i rischi di affidarsi eccessivamente a soluzioni commerciali per missioni scientifiche complesse, sottolineando l’importanza di un approccio cauto e di una valutazione approfondita di tutte le opzioni disponibili.
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