Mars Science Laboratory

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Mars Science Laboratory
Immagine del veicolo
PIA16239 High-Resolution Self-Portrait by Curiosity Rover Arm Camera.jpg
Il 31 ottobre 2012 Curiosity ha utilizzato il Mars Hand Lens Imager (MAHLI) per scattare le 55 foto che, unite, formano questo "autoritratto".
Dati della missione
Proprietario NASA
Numero di catalogazione MARSCILAB
Destinazione Marte
Vettore Atlas V 541
Lancio 26 novembre 2011 da Cape Canaveral[1]
Atterraggio 6 agosto 2012[2]
Durata 668 giornate marziane (686 giornate terrestri)
Potenza 125 W 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)

Mars Science Laboratory (MSL), è una missione di esplorazione del pianeta Marte della NASA. La missione consiste principalmente dal rover nominato Curiosity, che è stato lanciato il 26 novembre 2011[1] ed atterrato su Marte il 6 agosto 2012[3]. Subito dopo l'atterraggio, effettuato con successo usando un metodo più preciso delle missioni precedentemente inviate sul pianeta[4], il rover ha cominciato ad inviare delle immagini dalla superficie. 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.

Per consentire analisi più approfondite, Curiosity trasporta strumenti scientifici, forniti dalla comunità internazionale, più avanzati rispetto a quelli di qualunque altra missione precedente sul pianeta rosso; è inoltre circa cinque volte più pesante e due volte più lungo dei rover Spirit e Opportunity arrivati sul pianeta nel 2004.

Il 22 luglio 2011 la NASA ha annunciato la zona verso cui la sonda sarebbe stata inviata: il cratere Gale[5]. Il lancio è quindi avvenuto a novembre dello stesso anno per mezzo di un vettore Atlas V, e Curiosity è infine atterrato con successo su Marte il 6 agosto 2012 alle ore 5:14:39 UTC, 7:14:39 ora italiana, 8 mesi dopo.[6] Durante la sua attività su Marte, il robot analizzerà dozzine di campioni del terreno e di roccia.

Lancio[modifica | modifica wikitesto]

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 però rinviato alla finestra di lancio successiva, compresa tra il 25 novembre 2011 e il 18 dicembre 2011, con arrivo su Marte il 6 agosto 2012.[7]

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

Specifiche[modifica | modifica wikitesto]

  • Dimensioni: Il rover è lungo 3 metri e pesa circa 900 kg, di cui 80 kg in strumenti scientifici (in paragone i rover Spirit e Opportunity pesano 174 kg, di cui 6,8 kg in strumenti).[8]
  • Velocità: 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 sarà 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, viaggerà almeno per km.
  • Computer: Il rover dispone due computer di bordo identici, chiamati "Rover Compute Element" (RCE) e contenenti circuiti a prova di radiazione per tollerare gli alti livelli di radiazioni provenienti dallo spazio: di questi, uno è configurato come backup e subentrerà in caso di gravi problemi al computer principale.[11] Ogni computer dispone di 256 KB di EEPROM, 256 MB di DRAM e 2 GB di memoria flash.[11] Il processore utilizzato è il RAD750, successore del RAD6000 già usato con successo nella missione Mars Exploration Rover:[12][13] ha una potenza di calcolo di 400 MIPS, mentre il RAD6000 è in grado di effettuare fino a 35 MIPS.[14][15]
  • Comunicazioni: Curiosity è in grado di comunicare con la Terra in due modi: grazie a un transponder operante nella Banda X, che gli permette di comunicare direttamente con il nostro pianeta, oppure grazie ad una antenna UHF, che comunica attraverso i satelliti artificiali in orbita intorno a Marte (in particolare il Mars Reconnaissance Orbiter). La seconda modalità di trasmissione sarà tuttavia quella più utilizzata nel corso della missione, poiché i satelliti hanno maggiore potenza di trasmissione ed antenne più efficienti.[16] La velocità di trasmissione diretta dei dati è infatti compresa tra 0,48 e 31,25 kbps (circa la metà di una connessione con modem analogico); comunicando invece con i satelliti la velocità è notevolmente superiore: compresa tra 125 e 250 kbps. Sarà poi il satellite ad occuparsi della trasmissione dei dati verso la Terra.[17]

Carico scientifico[modifica | modifica wikitesto]

Sono stati selezionati 10 strumenti:

Telecamere (MastCam, MAHLI, MARDI)[modifica | modifica wikitesto]

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 di 1600×1200 pixel.

  • MastCam: fornisce spettri multipli e immagini in truecolor attraverso due camere stereoscopiche (tridimensionali). Le immagini truecolor sono a 1200×1200 pixel e c'è la possibilità di riprendere video ad alta definizione 1280×720 pixel a 10 frame al secondo con compressione hardware (in paragone la camera panoramica dei rover Spirit e Opportunity riprende immagini da 1024×1024 pixel in bianco e nero). La ruota dei filtri utilizzati dalla camera è invece 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): simile al microscopic imager dei rover MER, è una camera montata su un braccio robotico e usata per acquisire immagini microscopiche di rocce e suolo. Le immagini saranno riprese a 1600×1200 pixel truecolor 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 1600×1200 pixel a partire da un'altezza di 3,7 km fino a 5 metri dal terreno in modo da mappare il terreno circostante e il sito di atterraggio.

ChemCam[modifica | modifica wikitesto]

È un sistema LIBS che può individuare una roccia a distanza di 7 metri e vaporizzarne una piccola quantità per analizzare lo spettro della luce emessa usando la micro-imaging camera con campo visivo di 80 microradianti. Sviluppato dal Los Alamos National Laboratory e dal CESR Laboratory, il laser infrarosso che impiega per la vaporizzazione irradia impulsi di 5 ns con lunghezza d'onda di 1 067 nm ed una densità di potenza pari a 1 GW/cm², generando 30 mJ di energia. La rilevazione viene poi effettuata in uno spettro tra 240 nm e 800 nm.[18][19]

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

È un sistema in grado di eseguire un'analisi PIXE, irradiando i campioni da studiare con particelle alfa e analizzando lo spettro dei raggi X che vengono emessi. È stato sviluppato dall'Agenzia Spaziale Canadese per determinare la composizione chimica delle rocce. Strumenti simili hanno preso parte alle missioni Mars Pathfinder e Mars Exploration Rover.[20]

CheMin[modifica | modifica wikitesto]

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.[21]

Sample Analysis at Mars (SAM)[modifica | modifica wikitesto]

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 presenti nei campioni atmosferici e del suolo. È stato sviluppato dal Goddard Space Flight Center NASA e dal Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA).[22]

Radiation Assessment Detector (RAD)[modifica | modifica wikitesto]

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).

Dynamic Albedo of Neutrons (DAN)[modifica | modifica wikitesto]

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

Rover Environmental Monitoring Station (REMS)[modifica | modifica wikitesto]

Insieme di strumenti meteorologici 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.

Engineering cameras - Telecamere ingegneristiche[modifica | modifica wikitesto]

Una delle prime immagini provenienti dal rover

Hazard avoidance cameras (Hazcams)[modifica | modifica wikitesto]

Il rover ha due coppie di telecamere bianco e nero collocate ai quattro angoli dello stesso, simili a quelle presenti sui rover MER. Sono usate per evitare gli ostacoli durante la guida automatica e per posizionare in modo sicuro il braccio robotico sulla superficie e sulle rocce. Le telecamere hanno un angolo di campo di 120° e mappano il terreno fino a 3 m dal rover grazie alla visione stereoscopica.[23]

Navigation cameras (Navcams)[modifica | modifica wikitesto]

Sono una coppia di telecamere bianco e nero montate sul braccio robotico per supportare lo spostamento a terra. Hanno un angolo di campo di 45° e sfruttano la luce visibile per ricostruire l'immagine 3D stereoscopica davanti alla telecamera.[24]

Sistema di atterraggio[modifica | modifica wikitesto]

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[25]. Contemporaneamente, l'atmosfera stessa è troppo rarefatta per l'impiego efficace di paracadute e sistemi di aerofrenaggio[25]. 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 è atterrato quindi 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 ha posizionato 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[26][27][28]

Rientro guidato[modifica | modifica wikitesto]

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 m, il più grande mai impiegato fino a questo momento[29], rallenta 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 si è aperto il paracadute. L'algoritmo 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[26].

Discesa con il paracadute[modifica | modifica wikitesto]

Il rover Curiosity e il suo paracadute fotografato durante la discesa dal Mars Reconnaissance Orbiter.

Quando la fase di ingresso nell'atmosfera è stata completata e la sonda ha rallentato a Mach 2 e si trova a circa km di altezza, lo scudo termico si separa. Successivamente viene dispiegato un paracadute adatto a velocità supersoniche[26], 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[30]. Il paracadute possiede 80 cavi di sospensione, ha un diametro di 16 metri ed ha una lunghezza di oltre 50 metri[30], 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.

Discesa con razzi[modifica | modifica wikitesto]

Dopo il rallentamento esercitato dal paracadute, la sonda si è trovata ad un'altezza di 1,8 km e ad una velocità di 100 m/s. La successiva fase di discesa prevedeva il distacco del rover e dello stadio di discesa dall'involucro[26]. 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[31]. Contemporaneamente il rover è passato nella configurazione di atterraggio abbassando le ruote con cui ha toccato il suolo.

Sky Crane[modifica | modifica wikitesto]

Il cosiddetto sistema Sky Crane è ideato per far compiere un "atterraggio morbido" del rover sulla superficie[26]. 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" ha rallentato il rover fino al contatto di quest'ultimo con il terreno. Successivamente alla 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 e iniziare la sua missione[32].

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  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 l'11 agosto 2012.
  4. ^ (EN) NASA Mars Rover Team Aims for Landing Closer to Prime Science Site, NASA, 11 giugno 2012. URL consultato l'11 agosto 2012.
  5. ^ (EN) "NASA'S Next Mars Rover To Land At Gale Crater", 22 luglio 2011. URL consultato l'11 agosto 2012.
  6. ^ (EN) NASA Lands Car-Size Rover Beside Martian Mountain, NASA. URL consultato il 6 agosto 2012.
  7. ^ (EN) Mars Science Laboratory: Launch Vehicle, NASA. URL consultato il 13 marzo 2011.
  8. ^ Troubles parallel ambitions in NASA Mars project in USA Today, 14 aprile 2008. URL consultato il 24 maggio 2012.
  9. ^ (EN) Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator, NASA/JPL, 1º gennaio 2008. URL consultato il 7 settembre 2009.
  10. ^ (EN) Mars Exploration: Radioisotope Power and Heating for Mars Surface Exploration, NASA/JPL, 18 aprile 2006. URL consultato il 7 settembre 2009.
  11. ^ a b (EN) Mars Science Laboratory: Mission: Rover: Brains, NASA/JPL. URL consultato il 27 marzo 2009.
  12. ^ (EN) BAE Systems Computers to Manage Data Processing and Command For Upcoming Satellite Missions, BAE Systems, 17 giugno 2008. URL consultato il 17 novembre 2008.
  13. ^ (EN) E&ISNow — Media gets closer look at Manassas, BAE Systems, 1º agosto 2008. URL consultato il 17 novembre 2008. [collegamento interrotto]
  14. ^ (EN) RAD750 radiation-hardened PowerPC microprocessor (PDF), BAE Systems, 1º giugno 2008. URL consultato il 7 settembre 2009.
  15. ^ RAD6000 Space Computers (PDF), BAE Systems, 23 giugno 2008. URL consultato il 7 settembre 2009.
  16. ^ Andre Makovsky, Peter Ilott, Jim Taylor, Mars Science Laboratory Telecommunications System Design, JPL, 2009.
  17. ^ (EN) Mars Science Laboratory: Data Rates/Returns, NASA. URL consultato il 24 maggio 2011.
  18. ^ Salle B., Lacour J. L., Mauchien P., Fichet P., Maurice S., Manhes G., Comparative study of different methodologies for quantitative rock analysis by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy in a simulated Martian atmosphere in Spectrochimica Acta Part B-Atomic Spectroscopy, vol. 61, nº 3, 2006, pp. 301-313, DOI:10.1016/j.sab.2006.02.003.
  19. ^ CESR presentation on the LIBS
  20. ^ R. Rieder, R. Gellert, J. Brückner, G. Klingelhöfer, G. Dreibus, A. Yen, S. W. Squyres, The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers in J. Geophysical Research, vol. 108, 2003, p. 8066, DOI:10.1029/2003JE002150.
  21. ^ Sarrazin P., Blake D., Feldman S., Chipera S., Vaniman D., Bish D., Field deployment of a portable X-ray diffraction/X-ray flourescence instrument on Mars analog terrain in Powder Diffraction, vol. 20, nº 2, 2005, pp. 128-133, DOI:10.1154/1.1913719.
  22. ^ 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., Did life exist on Mars? Search for organic and inorganic signatures, one of the goals for "SAM" (sample analysis at Mars) in Source: Mercury, Mars and Saturn Advances in Space Research, vol. 33, nº 12, 2004, pp. 2240-2245.
  23. ^ (EN) Mars Science Laboratory: Mission: Rover: Eyes and Other Senses: Four Engineering Hazcams (Hazard Avoidance Cameras), NASA/JPL. URL consultato il 4 aprile 2009.
  24. ^ (EN) Mars Science Laboratory: Mission: Rover: Eyes and Other Senses: Two Engineering Navcams (Navigation Cameras), NASA/JPL. URL consultato il 4 aprile 2009.
  25. ^ a b The Mars Landing Approach: Getting Large Payloads to the Surface of the Red Planet, Universe Today. URL consultato il 21 ottobre 2008.
  26. ^ a b c d e Final Minutes of Curiosity's Arrival at Mars, NASA/JPL. URL consultato l'8 aprile 2011.
  27. ^ Mission Timeline: Entry, Descent, and Landing, NASA/JPL. URL consultato il 7 ottobre 2008 (archiviato dall'url originale il 19 giugno 2008).
  28. ^ Kipp D., San Martin M., Essmiller J., Way D., Mars Science Laboratory Entry, Descent, and Landing Triggers, IEEE. URL consultato il 21 ottobre 2008.
  29. ^ NASA, Large Heat Shield for Mars Science Laboratory, 10/07/2009
  30. ^ a b Mars Science Laboratory Parachute Qualification Testing, NASA/JPL. URL consultato il 15 aprile 2009.
  31. ^ Aerojet Ships Propulsion for Mars Science Laboratory, Aerojet. URL consultato il 18 dicembre 2010.
  32. ^ Sky crane concept video