Mars Science Laboratory

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Mars Science Laboratory
Foto veicolo
MSL concept February 2007 - PIA09201.jpg
Dati della missione
Ente proponente: NASA
NSSDC ID: MARSCILAB
Destinazione: Marte
Vettore: Atlas V 541
Lancio: 26 novembre 2011 da Cape Canaveral[1]
Atterraggio: Agosto 2012 (pianificato)[2]
Durata: 668 giornate marziane (686 giornate terrestri)
Potenza: 125 watt attraverso un generatore termoelettrico a radioisotopi
Massa: 900 kg
Diagramma schematico dei componenti del rover.
Concept del Mars Science Laboratory, 2003
Diagramma schematico dei componenti del rover, versione aggiornata
Le dimensioni del MSL a confronto con quelle dei suoi predecessori, il Mars Exploration Rover ed il Sojourner (Jet Propulsion Laboratory, 12 maggio 2008)

Il Mars Science Laboratory (MSL) nominato Curiosity è un rover NASA che è stato lanciato il 26 novembre 2011[1] ed effettuerà un atterraggio di precisione su Marte nell'agosto del 2012.[3] Questo rover sarà tre volte più pesante e due volte più largo dei rover Spirit e Opportunity che atterrarono nel 2004. Trasporterà gli strumenti scientifici più avanzati rispetto a qualunque altra missione sul pianeta rosso, forniti dalla comunità internazionale. Il lancio è avvenuto per mezzo di un vettore Atlas V e una volta giunto su Marte analizzerà dozzine di campioni del terreno e di roccia. La durata della missione è prevista in almeno un anno marziano (circa 2 anni terrestri) e lo scopo sarà quello di investigare sulla passata e presente capacità di Marte di sostenere la vita.
Il 22 luglio 2011 la NASA ha annunciato la zona verso cui la sonda sarà inviata. Per l'atterraggio è stato infatti scelto il cratere Gale[4].

Indice

[modifica] Lancio

Il lancio sarebbe dovuto avvenire nel dicembre 2009 ed il MSL sarebbe dovuto atterrare su Marte ad ottobre 2010. In seguito a ritardi accumulati nello sviluppo degli attuatori che movimentano il rover, il lancio è stato rinviato alla finestra di lancio successiva, compresa tra il 25 novembre 2011 e il 18 dicembre 2011, per atterrare su marte nell'agosto 2012.[5]

Il lancio è avvenuto con successo il 26 novembre 2011 da Cape Canaveral, a bordo del razzo Atlas V 541.[1]

[modifica] Specifiche

Il rover pesa circa 900 kg, di cui 65 kg in strumenti scientifici (in paragone i rover Spirit e Opportunity pesano 185 kg, di cui 5 kg in strumenti). Il MSL è in grado di aggirare gli ostacoli e si muove con una velocità massima di 90 metri all'ora in navigazione automatica, tuttavia si prevede che ragionevolmente la velocità media sia di circa 30 metri all'ora, a seconda dei livelli di potenza disponibili, l'eventuale terreno sdrucciolevole, e la visibilità. Durante i due anni di missione, il rover viaggerà almeno per 6 km.

[modifica] Carico scientifico proposto

Attualmente sono stati selezionati 10 strumenti

[modifica] Camere (MastCam, MAHLI, MARDI)

Tutte le camere sono progettate dalla Malin Space Science Systems e condividono gli stessi componenti come l'elettronica di elaborazione delle immagini e i CCD a colori con risoluzione 1600x1200.

  • MastCam: fornisce spettri multipli e immagini in true-color attraverso due camere stereoscopiche (tridimensionali). Le immagini true-color sono di 1200x1200 pixel e con possibilità di riprendere video ad alta definizione 1280x720 pixel a 10 frame al secondo con compressione hardware (in paragone la camera panoramica dei rover Spirit e Opportunity riprende immagini 1024x1024 in bianco e nero). La ruota dei filtri utilizzati dalla camera è la stessa di quella usata dai due rover che hanno raggiunto il pianeta nel 2004. Entrambe le camere possiedono uno zoom meccanico e possono riprendere immagini di oggetti ad una distanza di 1 km con una risoluzione di 10 cm per pixel.
  • Mars Hand Lens Imager (MAHLI): è una camera montata su un braccio robotico e usata per acquisire immagini microscopiche di rocce e suolo, simile al microscopic imager dei rover MER. Le immagini saranno riprese a 1600x1200 pixel true color con una risoluzione di 12,5 micrometri per pixel. MAHLI avrà sia una illuminazione a LED sia in luce bianca che in UV per poter riprendere immagini al buio o per la fluorescenza.
  • MSL Mars Descent Imager (MARDI): Durante la discesa verso la superficie, la camera MARDI riprenderà circa 500 immagini a colori a 1600x1200 pixel a partire da una altezza di 3,7 km fino a 5 metri dal terreno in modo da mappare il terreno circostante e il sito di atterraggio.

[modifica] ChemCam

È un sistema Lips che può individuare una roccia a distanza di 13 metri e vaporizzare una piccola quantità di roccia per analizzare lo spettro della luce emessa dalla roccia vaporizzata usando la micro-imaging camera con campo visivo di 80 microradianti. Sviluppato dal Los Alamos National Laboratory e dal CESR Laboratory, il laser infrarosso irradia impulsi di 5 ns con lunghezza d'onda di 1067 nm con una densità di potenza pari a 1 GW/cm2, generando 30 mJ di energia. La rilevazione viene effettuata in uno spettro tra 240 nm e 800 nm. [6] [7]

[modifica] Alpha-particle X-ray spectrometer (APXS)

Questo dispositivo, che è una sorta di Particle Induced X-ray Emission irradia i campioni con particelle alfa e analizzare lo spettro dei raggi x che vengono emessi. È stato sviluppato dall'Agenzia Spaziale Canadese per determinare la composizione chimica dei campioni. Strumenti simili hanno preso parte alle missioni Mars Pathfinder e Mars Exploration Rover.[8]

[modifica] CheMin

CheMin (Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction/X-Ray Fluorescence Instrument) è uno strumento che usa la Diffrazione dei raggi X e la Spettrofotometria XRF per quantificare i minerali e la loro struttura presenti nei campioni. È stato sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory.[9]

[modifica] Sample Analysis at Mars (SAM)

Il SAM è costituito da un Gascromatografo-spettrometro di massa e uno spettrometro laser, e ha il compito di analizzare i gas e i composti organici eventualmente nei campioni atmosferici e del suolo. È stato sviluppato dal Goddard Space Flight Center NASA e dal Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA).[10]

[modifica] Radiation Assessment Detector (RAD)

Questo strumento permette di analizzare l'ampio spettro di radiazioni sulla superficie di Marte per determinare la possibilità e le protezioni necessarie ai futuri esploratori umani. Finanziato dal Exploration Systems Mission Directorate della NASA e sviluppato dal Southwestern Research Institute (SwRI).

[modifica] Dynamic Albedo of Neutrons (DAN)

Sorgente e rilevatore di neutroni per misurare l'idrogeno, il ghiaccio e l'acqua vicino o sulla superficie marziana. Fornito dall'Agenzia Spaziale Russa.

[modifica] Rover Environmental Monitoring Station (REMS)

Insieme di strumenti meteorologici e un sensore ultravioletto fornito dal Ministero spagnolo dell'educazione e della scienza. Montato sull'albero della camera, misura la pressione atmosferica, l'umidità, la direzione e l'intensità del vento, la temperatura dell'aria e del terreno e i livelli di radiazione ultravioletta.

[modifica] Engineering cameras

Simili a quelle presenti sui rover MER, sono una coppia di camere di navigazione usate per selezionare il percorso più sicuro e un gruppo di camere stereo fronte/retro per evitare automaticamente i pericoli durante gli spostamenti del rover e per posizionare con sicurezza il braccio robotico sulle rocce e sul terreno.

[modifica] Sistema di atterraggio

L'atterraggio su Marte è un compito notoriamente arduo. L'atmosfera è sufficientemente densa da impedire l'impiego di razzi per la decelerazione, poiché il volo a velocità supersonica è instabile[11]. Contemporanemente, l'atmosfera stessa è troppo rarefatta per l'impiego efficace di paracadute e sistemi di aereofrenaggio[11]. Anche se in missioni precedenti sono stati impiegati airbag per attutire l'impatto dell'atterraggio, il Mars Scientific Laboratory è troppo pesante per il loro utilizzo.

Il rover Curiosity atterrerà sulla superficie marziana attraverso un nuovo sistema di alta precisione per il rientro, la discesa e l'atterraggio (Entry, Descent, Landing System - EDL) che lo posizionerà all'interno di una elisse di 20 km, più preciso dell'ellisse di 150 km per 20 km del sistema di atterraggio impiegato dai Mars Exploration Rover[12][13][14]

  • Diagramma dell'atterraggio del rover Curiosity - prima parte dell'ingresso atmosferico

  • Diagramma dell'atterraggio del rover Curiosity - discesa con il paracadute e con i razzi

  • Paracadute di test

  • Rappresentazione artistica del rover Curiosity durante la parte finale della discesa, mentre viene rallentato dal modulo di discesa

[modifica] Rientro guidato

Il rover è contenuto all'interno di un involucro detto aeroshell che lo protegge durante il viaggio nello spazio e durante il rientro atmosferico. Il rientro viene effettuato attraverso uno scudo termico di tipo ablativo composto da un materiale chiamato Phenolic Impregnated Carbon Ablator. Lo scudo termico ha un diametro di 4,5 , il più grande mai impiegato fino a questo momento[15], rallenterà la velocità del veicolo spaziale dalla velocità di transito interplanetario pari a 5,3 — 6 km/s (19 000 — 21 600 km/h) fino a circa Mach 2 (2 450 km/h) tramite l'ablazione dello scudo nell'atmosfera marziana. Una volta ridotta la velocità sarà possibile aprire il paracadute. L'algoritmo che sarà impiegato nel computer di bordo durante il rientro è simile a quello utilizzato nella fase finale di atterraggio sulla Terra nell'ambito del Programma Apollo e permette una riduzione dell'errore tra il punto di atterraggio effettivo e quello previsto. Tale algoritmo utilizza la propulsione dell'involucro esterno per correggere gli errori rilevati nella fase di rientro. Tale propulsione è controllata da quattro coppie di propulsori di tipo Reaction Control System che producono circa 500 N di spinta a coppia. Tramite la modifica del vettore di spinta permette alla sonda di virare verso la zona di atterraggio. Il dispiegamento del paracadute avviene a circa 10 km di altezza, ad una velocità di circa 470 m/s[12].

[modifica] Discesa con il paracadute

Quando la fase di ingresso nell'atmosfera è stata completata e la sonda ha rallentato a Mach 2 e si trova a circa 7 km di altezza, lo scudo termico si separa. Successivamente viene dispiegato un paracadute adatto a velocità supersoniche[12], analogamente a quelli impiegati per il Programma Viking, e per i rover Pathfinder, Spirit e Opportunity.

Il paracadute è stato testato a marzo e aprile 2009 nelle gallerie del vento del centro di ricerca Ames Research Center della NASA, superando le verifiche di volo[16]. Il paracadute possiede 80 cavi di sospensione, ha un diametro di 16 metri ed ha una lunghezza di oltre 50 metri[16], rendendolo in grado di esercitare a Mach 2,2 una forza di 289 kN nell'atmosfera marziana. Sulla parte inferiore del rover una telecamera acquisirà immagini del terreno ad una velocità di 5 frame/secondo quando la sonda si troverà a 3,7 km di altezza.

[modifica] Discesa con razzi

Dopo il rallentamento esercitato dal paracadute, la sonda si troverà ad un'altezza di 1,8 km e ad una velocità di 100 m/s. La successiva fase di discesa prevede il distacco del rover e dello stadio di discesa dall'involucro[12]. Lo stadio di discesa è una piattaforma situata sopra al rover che possiede dei razzi a spinta variabile mono-propellente (idrazina). Gli 8 razzi presenti producono circa 3,1 kN di spinta e sono stati progettati a partire da quelli impiegati dalle sonde Viking[17]. Contemporaneamente il rover passerà nella configurazione di atterraggio.

[modifica] Sky Crane

Il cosiddetto sistema Sky Crane è ideato per far compiere un "atterraggio morbido" del rover sulla superficie[12]. Esso è costituito da tre briglie che abbassano il rover e un cavo che conduce i segnali elettrici tra il modulo di discesa e il rover. Posizionato a circa 7,5 metri sotto il modulo di discesa, il sistema "Sky Crane" rallenterà il rover fino al contatto di quest'ultimo con il terreno. Successivamente la conferma dell'atterraggio vengono staccati tutti i cavi attraverso cariche pirotecniche e lo stadio di discesa attiva i razzi per spostarsi e schiantarsi in sicurezza ad una certa distanza. Il rover è, a questo punto, pronto per esplorare la superficie ed iniziare la sua missione[18].

[modifica] Altri progetti

[modifica] Collegamenti esterni

[modifica] Note

  1. ^ a b c (EN) Mars Science Laboratory in Good Health. NASA, 26 novembre 2011. URL consultato il 26 novembre 2011.
  2. ^ Mars Science Laboratory: Mission Timeline
  3. ^ (EN) Next NASA Mars Mission Rescheduled for 2011. NASA, 4 dicembre 2008. URL consultato il 5 dicembre 2008.
  4. ^ (EN) "NASA'S Next Mars Rover To Land At Gale Crater". URL consultato il 28 luglio 2011.
  5. ^ (EN) Mars Science Laboratory: Launch Vehicle. NASA. URL consultato il 13 marzo 2011.
  6. ^ Salle B., Lacour J. L., Mauchien P., Fichet P., Maurice S., Manhes G. (2006). Comparative study of different methodologies for quantitative rock analysis by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy in a simulated Martian atmosphere. Spectrochimica Acta Part B-Atomic Spectroscopy 61 (3): 301-313. DOI:10.1016/j.sab.2006.02.003.
  7. ^ CESR presentation on the LIBS
  8. ^ R. Rieder, R. Gellert, J. Brückner, G. Klingelhöfer, G. Dreibus, A. Yen, S. W. Squyres (2003). The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers. J. Geophysical Research 108: 8066. DOI:10.1029/2003JE002150.
  9. ^ Sarrazin P., Blake D., Feldman S., Chipera S., Vaniman D., Bish D. (2005). Field deployment of a portable X-ray diffraction/X-ray flourescence instrument on Mars analog terrain. Powder Diffraction 20 (2): 128-133. DOI:10.1154/1.1913719.
  10. ^ Cabane M., Coll P., Szopa C., Israel G., Raulin F., Sternberg R., Mahaffy P., Person A., Rodier C., Navarro-Gonzalez R., Niemann H., Harpold D., Brinckerhoff W. (2004). Did life exist on Mars? Search for organic and inorganic signatures, one of the goals for "SAM" (sample analysis at Mars). Source: Mercury, Mars and Saturn Advances in Space Research 33 (12): 2240-2245.
  11. ^ a b The Mars Landing Approach: Getting Large Payloads to the Surface of the Red Planet. Universe Today. URL consultato il 21-10-2008.
  12. ^ a b c d e Final Minutes of Curiosity's Arrival at Mars. NASA/JPL. URL consultato il 08-04-2011.
  13. ^ Mission Timeline: Entry, Descent, and Landing. NASA/JPL. URL consultato il 07-10-2008.
  14. ^ Mars Science Laboratory Entry, Descent, and Landing Triggers. IEEE. URL consultato il 21-10-2008.
  15. ^ NASA, Large Heat Shield for Mars Science Laboratory, 10/07/2009
  16. ^ a b Mars Science Laboratory Parachute Qualification Testing. NASA/JPL. URL consultato il 15-04-2009.
  17. ^ Aerojet Ships Propulsion for Mars Science Laboratory. Aerojet. URL consultato il 18-12-2010.
  18. ^ Sky crane concept video


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