Atterrare su Marte è un conto, decollare da esso è un altro! La NASA ci riuscirà?

Un punto fondamentale della prossima missione marziana prevede il decollo dal Pianeta Rosso verso la Terra. Ma è davvero possibile?

Abbiamo già parlato in passato dell’ambiziosissima missione verso Marte che la NASA sta pianificando da qualche anno, non senza difficoltà di ogni tipo legate al budget a disposizione (4,4 miliardi di dollari stanziati finora). Ma i problemi non sono solo economici, bensì prima di tutto ingegneristici. Finora tutte le missioni marziane sono state di sola andata: i vari rover atterrati sul pianeta rosso hanno bighellonato in lungo e in largo trasmettendoci immagini affascinanti della superficie del pianeta, ma nessuno ha mai supposto che dovessero tornare indietro.

Il senso della nuova missione invece è proprio questo: riportare campioni di suolo marziano sulla Terra. E per fare ciò bisogna superare uno scoglio non da poco, poiché non si tratta più solo di atterrare su Marte, ma anche di decollare da esso! Una sfida tutt’altro che semplice da vincere, per la quale la NASA sta escogitando un sistema mai tentato prima. Ci riuscirà?

Verso Marte e ritorno

Mars Sample Return: questo è il nome della missione che la NASA sta mettendo a punto, con partenza prevista nel 2028. Il nome è abbastanza autoesplicativo rispetto allo scopo: riuscire a prelevare dei campioni di suolo marziano e riportarli sulla Terra per sottoporli ad analisi approfondite, che possano dettagliarne la composizione per rivelarci tante informazioni sulla storia geologica del pianeta che ancora non conosciamo, andando a scoprire, ad esempio, se e quando la sua superficie abbia ospitato acqua allo stato liquido, o addirittura rilevare tracce passate di vita organica.

Il Sample Retriever Lander costruito per l’occasione dovrà atterrare sul pianeta e custodire campioni di suolo marziano che saranno prelevati dal rover Perseverance (sul pianeta rosso già dal 2021) e stipati in 38 tubi di titanio. Una volta fatto, il SRL avrà un altro compito, ovvero introdursi all’interno del razzo denominato Mars Ascent Vehicle, costruito dalla famosa azienda Lockheed Martin, portando con sé il prezioso carico. Ed è qui che avverrà la fase più delicata di tutta la missione, poiché il MAV dovrà decollare dal suolo marziano e superare l’atmosfera del pianeta, ove ad attenderlo ci sarà la navicella Earth Return Orbiter la cui costruzione è affidata all’Agenzia Spaziale Europea.

Sarà quest’ultima navicella a ritornare sulla Terra, portando con sé i primi campioni di suolo marziano mai approdati sul nostro pianeta. Vi suona complicato? Lo è eccome: del resto, nessuno ha mai fatto decollare un razzo da un pianeta extraterrestre! Le incognite da considerare sono innumerevoli, ma la NASA sta lavorando ad un piano tanto assurdo che potrebbe funzionare.

Matrioska spaziale

La prima esigenza che sovviene quando si pensa ad una superficie di lancio, è che questa sia piatta. E già qui si pone un problema di natura morfologica, poiché la superficie di Marte è tutto fuorché regolare e pianeggiante. Un altra conseguenza di possedere una rampa di lancio di superficie regolare è che essa non solleva da terra pulviscolo o detriti al momento del decollo, materiali che potrebbero danneggiare il razzo stesso compromettendone il lancio. Anche questa difficoltà su Marte appare difficilmente sormontabile: la superficie polverosa e rocciosa del pianeta trasformerebbe qualsiasi tentativo di decollo in una sassaiola che rischierebbe di fare a pezzi qualsiasi dispositivo nei paraggi, razzo compreso.

Un piccolo incidente del genere, peraltro, è capitato durante la fase di atterraggio del rover Curiosity, quando la polvere sollevatasi dal suolo per effetto dei motori ne ha danneggiato un sensore (per fortuna ne aveva uno di scorta, dunque la missione è potuta proseguire senza problemi). Inoltre la spinta dei motori può causare problemi anche nel sottosuolo, ad esempio smuoverlo o rompere il ghiaccio si trova sotto la superficie, dando origine a piccoli avvallamenti che potrebbero causare inclinazioni o affossamento tanto del lander quando dell’Ascent Veichle, compromettendone la capacità propulsiva.

Dunque come ovviare al problema? In realtà in passato la NASA ha già dovuto affrontare un simile dilemma, in occasione dell’allunaggio: c’era ovviamente la necessità di decollare dalla Luna dopo esservi atterrati, per riportare gli astronauti sulla Terra. Il modulo di discesa dunque fu progettato per funzionare successivamente anche come dispositivo di risalita. La NASA sta adottando la stessa filosofia anche per questa missione, in modo far coincidere il Sample Retriever Lander con il Mars Ascent Vehicle, o meglio, inserire il secondo all’interno del primo: una vera e propria matrioska spaziale!

I problemi comunque non sono finiti: il razzo infatti non può essere posizionato in verticale poiché troppo grande, dunque sarà adagiato su un fianco. Inoltre, se dovesse accendersi quando è ancora a bordo del Lander, quest’ultimo si distruggerebbe compromettendo lo stesso razzo. Dunque come si risolve la questione?

Trampolino di lancio

Siccome non è possibile installare all’interno del Lander una gru o un braccio che riposizioni il razzo in verticale, nè è possibile che il razzo si accenda quando è ancora all’interno del Lander poiché lo distruggerebbe, la NASA è pervenuta ad una soluzione piuttosto originale: far assumere al Lander il ruolo di… trampolino di lancio! Il dispositivo infatti lancerà in aria il razzo, che solo a quel punto si accenderà per darsi la spinta necessaria ad uscire dall’atmosfera di Marte.

Ovviamente questo sarebbe impossibile con un razzo delle dimensioni a cui siamo abituati quando osserviamo i lanci che avvengono da Cape Canaveral o simili, ma fortunatamente non è necessario un veicolo così grosso per trasportare i campioni di suolo raccolti da Perseverance. La stima di peso del razzo ammonta a circa 1000 libbre, il che lo rende compatibile con un meccanismo di spinta montato all’interno del Lander: questo sistema è chiamato VECTOR e, come ha spiegato Ray Baker, Sample Retrieval Lander Flight System Manager della NASA, non è dissimile dagli impianti idraulici delle attrazioni presenti nei parchi divertimenti di tutto il mondo:

In pratica, abbiamo un generatore di gas che aziona alcuni pistoni e lancia in aria questo oggetto da 1.000 libbre, poi il razzo si accende e decolla.

– Ray Baker citato da Digital Trends – 22 ottobre 2023

Ovviamente tuto questo ha comportato una progettazione del Lander quasi da zero, perché i valori di misure e di peso dei modelli precedenti non sono compatibili con le esigenze di un Lander che deve trasportare a bordo un razzo, e che dunque è molto più pesante dei dispositivi finora atterrati su Marte. Si è dovuto riprogettare l’intero sistema di frenata, l’ammortizzazione delle gambe del Lander ed il posizionamento die motori, oltre che la schermatura di tutte le componenti sensibili per proteggerli dai possibili detriti che si solleveranno in fase di atterraggio.

Sono stati anche progettati dei sistemi per bilanciare l’eventuale variazione di pendenza dovuta all’eventualità che il Lander atterri su un terreno non uniforme, ad esempio in parte morbido e in parte roccioso, che potrebbe causare problemi in fase di lancio del razzo con il rischio che l’intero dispositivo di ribalti a seguito di una perdita di equilibrio. Se non altro, da questo punto di vista lo stesso rover Perseverance può aiutare a localizzare un terreno particolarmente adatto all’atterraggio del Lander, una volta che esso sarà in prossimità della superficie del Pianeta Rosso.

Insomma, le difficoltà di un progetto del genere sono numerose, ma pare che il piano della NASA le abbia prese in considerazione tutte e a tutte stia trovando rimedio. Speriamo non se ne stia dimenticando qualcuna per strada…