Testati con successo i paracadute di ExoMars

Dopo alcune settimane di maltempo accompagnato da forti venti, si sono svolti presso Kiruna in Svezia gli ultimi due drop test (prove di caduta) dei paracadute di ExoMars.

Il primo paracadute ad aprirsi è stato quello largo 15 m che ha eseguito egregiamente il proprio compito a velocità supersoniche. Il secondo paracadute, quello principale del diametro di 35 m ha subito invece un danno minimo, ma è riuscito comunque a decelerare il simulacro della piattaforma di atterraggio come atteso dagli ingegneri.

La missione congiunta ESA-Roskosmos, con il rover Rosalind Franklin e la piattaforma Kazačok, dovrebbe partire per il suo viaggio verso Marte nel settembre del 2022 e, dopo nove mesi di viaggio interplanetario, un modulo di discesa contenente il rover e la piattaforma verrà rilasciato nell’atmosfera del Pianeta Rosso a una velocità di 21.000 km/h.

La fase del rallentamento inizierà con lo scudo termico a dissipare il calore provocato dall’attrito con la seppur tenue atmosfera marziana; di seguito entreranno in gioco i due paracadute principali, ciascuno dotato del proprio paracadute pilota che “estrarrà” letteralmente il paracadute principale al momento opportuno, e finirà con un sistema di retrorazzi che si attiverà venti secondi prima del touchdown. Il paracadute primario, di 15 metri di larghezza, si aprirà quando il modulo di discesa è ancora in regime supersonico, mentre il secondo paracadute, largo 35 metri, si dispiegherà quando la velocità di discesa sarà subsonica.

Dopo una serie di drop test fallimentari nel 2019 e nel 2020, per gli ingegneri è diventato prioritario perfezionare il sistema di paracadute del veicolo euro-russo. Lo scorso anno il team ha migliorato il progetto eseguendo dei test di estrazione dinamica al suolo presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA. Inoltre, per mitigare i rischi prima di intraprendere questi drop test a elevate altitudini, l’agenzia spaziale europea ha ordinato dei paracadute di backup al produttore statunitense Airborne Systems, la stessa azienda che ha fabbricato il sistema di paracadute del rover statunitense Perseverance.

I test

Le prove di caduta più recenti si sono svolte il 24 e il 25 giugno 2021 presso il centro Swedish Space Corporation Esrange. Per ciascuna sessione di test d’alta quota è stato impiegato un simulacro del modulo di discesa che è stato portato fino alla quota di 29 km da un pallone stratosferico gonfiato con elio. Dopo il rilascio, il paracadute pilota si è aperto eseguendo un’estrazione controllata dei paracadute dalle proprie sacche a forma di ciambella.

Il primo test era focalizzato sulla validazione del paracadute supersonico della Airborne Systems, mentre il secondo test è stato condotto la notte seguente usando il paracadute subsonico e la relativa sacca forniti dall’azienda italiana Arescosmo. Ognuno dei due test è stato ideato per applicare il pieno carico aerodinamico previsto durante la fase di aerofrenata nell’atmosfera marziana, la discesa e l’atterraggio, con tutti i margini di sicurezza addizionali.

«Siamo molto felici di riferire che il paracadute primario si è comportato perfettamente: ora abbiamo un progetto di paracadute supersonico che può volare su Marte» ha dichiarato Thierry Blanquaert, responsabile del team per il programma ExoMars, sottolineando inoltre che ci saranno almeno due ulteriori opportunità per testare il paracadute al fine di permettere agli ingegneri di guadagnare ulteriore confidenza con il sistema.

«Il comportamento del secondo paracadute non è stato ottimale, ma comunque migliore grazie agli aggiustamenti fatti alla sacca contenitore e alla calotta. Dopo un’estrazione dalla sacca avvenuta senza problemi, è avvenuto un inaspettato distacco del paracadute pilota durante la fase finale del gonfiaggio. Questo rende probabile il fatto che in certe zone la calotta del paracadute abbia dovuto affrontare delle pressioni superiori al dovuto. Ciò ha comportato uno strappo nel tessuto, che è stato limitato da un anello di rinforzo in kevlar. Nonostante ciò, il sistema ha rallentato il simulacro della sonda come previsto, permettendone il recupero in buono stato».

Gli ingegneri indagheranno con maggiore dettaglio sull’origine dell’anomalia prima di finalizzare la configurazione dei prossimi due test, il cui svolgimento è previsto per i mesi di ottobre/novembre 2021 in Oregon, negli Stati Uniti. Ad ogni modo, le precedenti problematiche legate al frizionamento fra la calotta e la sacca contenitore, sembrano ora risolte.

Eventuali modifiche fatte al sistema di paracadute verranno prima provate nella struttura per i test di estrazione dinamica del JPL della NASA, per verificare le modalità di rilascio dalla sacca, proprio come dovrebbe avvenire nell’atmosfera marziana. Questi test possono essere ripetuti con tempistiche rapide per ridurre il rischio di anomalie. I test di sgancio a quote elevate richiedono una logistica complessa e delle condizioni meteorologiche specifiche; ciò li rende difficili da programmare e spesso vengono abortiti all’ultimo istante quando la situazione meteorologica cambia all’improvviso. La velocità e la direzione del vento alle varie altitudini devono essere tenute in considerazione perché il pallone aerostatico abbia una fase di ascesa più tranquilla possibile e per favorire il recupero dell’hardware da parte degli elicotteri. Il sistema testato è progettato per trasmettere della telemetria in tempo reale a un centro di controllo al suolo, il quale ha il compito di valutare il profilo di decelerazione. Tuttavia, per avere il vero esito del test, è necessario il recupero dei paracadute, delle sacche, degli hard disk e delle fotocamere ad alta risoluzione.

«Siamo stati ai blocchi di partenza ventiquattr’ore al giorno e sette giorni su sette per un mese, in attesa che si aprisse una finestra di meteo favorevole ai test» ha aggiunto Blancquaert. «Siamo sollevati per il fatto di essere riusciti a svolgere i test, quindi ringraziamo tutti i team coinvolti, i quali hanno lavorato duramente nonostante le limitazioni imposte dalla pandemia da COVID-19».

Le analisi della telemetria aiuteranno a correlare l’apertura dei paracadute con i modelli di gonfiamento. Il team ingegneristico ora si metterà al lavoro per capire cosa ha causato il distacco prematuro del paracadute pilota, al fine di proporre le opportune contromisure atte a risolvere questa anomalia prima dei prossimi test d’alta quota.

Tutte le attività di qualifica del sistema dei paracadute sono gestite e svolte da un team congiunto che ha coinvolto l’ESA (Directorate of Technology, Engineering and Quality), Thales Alenia Space Italy, Torino (primo appaltatore di ExoMars), Thales Alenia Space France, Cannes (responsabile del sistema dei paracadute), Vorticity di Oxford, Regno Unito (progettazione dei paracadute e analisi dei test) e Arescosmo, di Aprilia, Italia (produzione dei paracadute e delle sacche). Il JPL della NASA assieme al Caltech hanno fornito consulenze ingegneristiche e l’accesso alla struttura di estrazione dinamica con relativo supporto durante i test. Questi test sono coadiuvati da un contratto di supporto ingegneristico con Airborne Systems, la quale ha fornito inoltre i paracadute per Mars 2020 e da Free Flight Enterprises, che ha fornito il supporto per la piegatura e impacchettamento dei paracadute.

Near Space Corporation ha fornito i servizi di lancio con il pallone aerostatico in Oregon, mentre la Swedish Space Corporation Esrange ha fornito i servizi di lancio con il pallone presso Kiruna.

ExoMars in breve

La missione ExoMars verrà lanciata con un razzo Proton-M dotato di un Breeze-M come upper stage, dal cosmodromo di Bajkonur in Kazakhstan durante una finestra di lancio che durerà dal 20 settembre al 1º ottobre 2022. Una volta atterrato nella regione di Oxia Planum il 10 giugno 2023, il rover scenderà dalla piattaforma di superficie e si muoverà alla ricerca di siti geologicamente interessanti da perforare con la propria trivella alla ricerca di prove sull’esistenza di forme di vita antica sul Pianeta Rosso. Il programma ExoMars è uno sforzo congiunto fra ESA e Roskosmos; esso include anche la sonda Trace Gas Orbiter (TGO), che è in orbita marziana dal 2016. TGO, oltre a svolgere la propria missione scientifica, funge e fungerà anche da ripetitore radio per le attuali missioni superficiali, come Mars 2020 della NASA e per quelle future, come ExoMars.

Fonte: ESA; Wikipedia