"7 minuti di terrore": uno sguardo alla tecnologia di cui Perseverance avrà bisogno per sopravvivere all'atterraggio su Marte

Nov 19, 2023

ARC DECRA Fellow, Centro per l'ipersonica, Scuola di ingegneria meccanica e mineraria, Università del Queensland

Chris James non lavora, non fa consulenza, non possiede azioni o riceve finanziamenti da qualsiasi società o organizzazione che trarrebbe beneficio da questo articolo e non ha rivelato alcuna affiliazione rilevante oltre alla sua nomina accademica.

L'Università del Queensland fornisce finanziamenti come membro di The Conversation AU.

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Questo mese è stato impegnativo per l'esplorazione di Marte. Diversi paesi hanno inviato missioni sul pianeta rosso nel giugno dello scorso anno, approfittando di una finestra di lancio. La maggior parte è arrivata dopo un viaggio durato otto mesi.

Nei prossimi giorni, la NASA effettuerà un ingresso diretto nell'atmosfera marziana per far atterrare il rover Perseverance nel cratere Jezero di Marte.

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Perseverance, grande all’incirca quanto un’auto, è il più grande carico utile mai realizzato su Marte: pesa letteralmente una tonnellata (sulla Terra). Dopo l'atterraggio, il rover cercherà segni di vita antica e raccoglierà campioni da riportare sulla Terra.

La missione utilizzerà hardware simile a quello della missione Mars Science Laboratory (MSL) del 2012, che ha fatto atterrare il rover Curiosity, ma avrà alcuni aggiornamenti tra cui una migliore precisione di atterraggio del rover.

Il viaggio di Curiosity ha fornito moltissime informazioni sul tipo di ambiente che Marte 2020 potrebbe affrontare e di quale tecnologia avrebbe bisogno per sopravvivere.

Poiché Marte è un ambiente ostile e remoto con un'atmosfera circa 100 volte più sottile di quella terrestre, c'è poca atmosfera che i veicoli spaziali in arrivo possono utilizzare per rallentare aerodinamicamente.

Piuttosto, sopravvivere all’ingresso su Marte richiede un mix creativo di aerodinamica, paracadute, retropropulsione (utilizzando la spinta del motore per decelerare prima dell’atterraggio) e spesso un grande airbag.

Inoltre, i modelli meteorologici marziani non vengono aggiornati in tempo reale, quindi non sappiamo esattamente quale ambiente dovrà affrontare una sonda durante l'ingresso. Gli eventi meteorologici imprevedibili, in particolare le tempeste di polvere, sono uno dei motivi per cui la precisione dell'atterraggio ha sofferto nelle missioni precedenti.

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Gli ingegneri della NASA chiamano la fase di ingresso, discesa e atterraggio (EDL) delle missioni di ingresso su Marte i "sette minuti di terrore". In soli sette minuti ci sono una miriade di modi in cui l’accesso può fallire.

La navicella spaziale MSL del 2012 era dotata di uno scudo termico di 4,5 metri di diametro che proteggeva il veicolo durante la sua discesa attraverso l'atmosfera di Marte.

Entrò nell'atmosfera marziana a una velocità di circa 5.900 metri al secondo. Questo è ipersonico, il che significa che è più di cinque volte la velocità del suono.

Martedì 2020 sarà simile. Farà molto affidamento sul suo sistema di protezione termica, incluso uno scudo termico anteriore e uno scudo termico sul guscio posteriore, per impedire al flusso caldo di danneggiare il rover riposto all'interno.

A velocità ipersoniche, l'atmosfera di Marte non sarà in grado di uscire dalla traiettoria della navicella abbastanza velocemente. Di conseguenza, sulla parte anteriore si formerà una forte onda d'urto.

In questo caso, il gas davanti al veicolo verrà rapidamente compresso, provocando un enorme salto di pressione e temperatura tra l'onda d'urto e lo scudo termico.

Il flusso caldo post-shock riscalda la superficie dello scudo termico durante l'ingresso, ma lo scudo termico protegge la struttura interna da questo calore.

Poiché le missioni MSL 2012 e Mars 2020 utilizzano carichi utili relativamente maggiori, questi veicoli spaziali corrono un rischio maggiore di surriscaldamento durante la fase di ingresso.

Ma MSL ha efficacemente aggirato questo problema, in gran parte grazie a uno scudo termico appositamente progettato che è stato il primo in assoluto a utilizzare il materiale PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) della NASA.

Questo materiale, utilizzato anche dalla navicella spaziale Mars 2020, è costituito da fibra di carbonio tritata incorporata in una resina sintetica. È molto leggero, può assorbire un calore immenso ed è un efficace isolante.