Una sfida dopo l’altra

Nel periodo di massimo auge delle teorie del “complotto lunare” uno degli argomenti più usati era la domanda (retorica): “… se fosse stato veramente possibile, perché non ci siamo più tornati sulla Luna?“.

Immagine reale ad alta definizione della superficie di Marte ottenuta unendo migliaia di scatti forniti dal veicolo Curiosity, sulla superficie del pianeta rosso dal 2012.

Sulla Luna ci siamo andati per lo stesso motivo per cui Hillary e Norgay scalarono l’Everest o Amundsen sfidò i ghiacci antartici  con una muta di husky per arrivare al Polo Sud. Si tratta, allo stesso tempo, di esplorazione e sfida umana. E sulla Luna, dopo il famoso “piccolo, ma grande passo” di Neil Armstrong nel luglio del 1969, ci siamo tornati per ben cinque volte fino al dicembre del ’72, permettendo ad un totale di 12 uomini di esplorarne il suolo. Dopo di che abbiamo smesso di andarci per lo stesso motivo per cui abbiamo smesso di andare al Polo Sud. Per andare al Polo Sud basterebbe ormai un aereo. Ma a che pro? Per scendere, farsi un selfie e tornare a casa?

La corsa alla conquista della Luna fu una sfida politica e tecnologica, ancor prima che scientifica, nel pieno della Guerra Fredda. Una sfida lanciata non da scienziati ma dal Presidente degli USA, J. F. Kennedy, davanti alle 35.000 persone presenti nello stadio della Rice University nel settembre del 1962: “Abbiamo deciso di andare sulla Luna. Abbiamo deciso di andare sulla Luna questo decennio e di fare altre cose, non perché siano semplici, ma perché sono difficili, perché questo obiettivo ci permetterà di organizzare e di mettere alla prova il meglio delle nostre energie e capacità, perché questa è una sfida che vogliamo accettare, non abbiamo intenzione di rimandarla e abbiamo intenzione di vincerla, così come le altre ”.

I Sovietici, che ben tre anni prima del discorso di Kennedy erano stati i primi a riuscire a conquistare con le loro sonde Lunik sia il suolo che l’orbita lunare, dopo la passeggiata di Armstrong del ’69 rinunciarono per lo stesso motivo per cui i competitori di Amundsen rinunciarono ad raggiungere il Polo Sud dopo che ci era riuscito lui. Nel momento in cui ci sono più competitori, la sfida non consiste più solo nel raggiungere l’obiettivo ma anche nell’essere i primi a raggiungerlo. Chi non arriva per primo ne prende atto e passa pagina. E i nuovi concorrenti che entrano in scena si adeguano alle sfide del momento, non a quelle del passato.

Dimensioni relative di Terra, Luna e Marte.

La NASA, dopo aver vinto la sfida politica e tecnologica della corsa alla Luna, passò agli obiettivi successivi. Da un lato lo sviluppo di una Stazione Spaziale permanente e di una vera e propria navicella spaziale riutilizzabile che andasse oltre la tecnologia “usa e getta” del programma Apollo, navicella da utilizzare come trasbordatore tra la Terra e la stazione spaziale. Quindi: la ISS e lo Space Shuttle. E dall’altro lato, l’esplorazione, passo previo per la conquista umana, del seguente corpo più vicino del nostro sistema planetario: il pianeta rosso, Marte.

Il passaggio dal programma Apollo al programma Shuttle fu programmato con largo anticipo. L’offerta ad aziende private per iniziare lo studio preliminare dello Shuttle venne lanciata dalla NASA nell’ottobre del 1968, quindi quasi un anno prima che Armstrong scendesse sulla Luna. E nel gennaio del ’72, quando mancavano ancora due missioni alla fine prevista per il programma Apollo, il presidente Nixon approvò ufficialmente il progetto “ISS+Shuttle” per continuare la corsa allo spazio dopo la conclusione ormai vittoriosa della corsa alla conquista della Luna.


E anche l’esplorazione di Marte è qualcosa che era stata programmata ed iniziata da entrambe le superpotenze della Guerra Fredda ben prima degli sbarchi sulla Luna. Il primo tentativo, fallito, di realizzare un volo ravvicinato di una sonda su Marte fu fatto infatti dai sovietici nel 1960, addirittura prima del famoso discorso di Kennedy.

Missioni “intelligenti”

Ci sono conquiste e conquiste. Ci sono casi in cui possiamo usare “casa nostra” come base operativa e casi in cui, per la distanza, è necessaria una lunga e complessa fase previa di esplorazione e magari la creazione di un qualche tipo di avamposto. La migliore conoscenza possibile delle caratteristiche dell’atmosfera e della superficie di un pianeta è una condizione indispensabile per realizzare con successo ed in sicurezza operazioni di atterraggio, esplorazione ed eventualmente di decollo per il rientro. E già dalle prime osservazioni risultò evidente che per Marte la cosa era ben più complessa che per la Luna.

Contrariamente a quello che si possa credere, le risorse energetiche non sono il principale problema dei viaggi spaziali. Per muoversi nello spazio vuoto, quindi senza attrito dell’aria o una forza di gravità da vincere, non è necessario tenere sempre il piede sull’acceleratore. Basta accelerare un po’ solo per raggiungere una certa velocità e poi si continua a viaggiare a “motore spento” per inerzia. Sarà necessario usare i motori solo per le manovre di aggiustamento di rotta, di frenata e di ripartenza. Ogni goccia di carburante va usata nel modo giusto, ma per viaggiare nello spazio non bisogna portarsene dietro più di tanto.

La Luna non era poi così distante: appena 10 volte il giro della Terra. La navicella Apollo 11 usò il carburante dell’ultimo stadio del razzo di lancio per accelerare fino ad una velocità di 39.000 km/h e poi viaggiò per appena 3 giorni a motori spenti verso il punto calcolato per essere catturata dalla gravità della Luna. La distanza tra la Terra e Marte è molto maggiore ed oltretutto è variabile in quanto si tratta di due pianeti che orbitano intorno al sole su due orbite diverse. Il valore minimo è di circa 60 milioni di km, 150 volte maggiore di quello della distanza della Luna e le sonde che finora hanno effettuato il viaggio hanno impiegato tra i 128 e 333 giorni. Nonostante ciò, per quanto detto, le risorse energetiche necessarie non sono molto differenti.

I problemi legati alla distanza sono altri, ed il principale è l’impossibilità di comunicazioni radio in tempo reale. Un segnale elettromagnetico impiega poco più di 1 secondo per raggiungere la Luna, mentre nel caso di Marte si parte da un minimo di 4 minuti (a seconda della distanza del momento) più altrettanti per ricevere l’eventuale risposta. Il che per esempio significa che la fase di atterraggio, che dura poco meno di 10 minuti, è completamente “cieca” per la sala di controllo sulla Terra e deve essere svolta in modo automatico dalla sonda.

Nei 50 anni trascorsi dalle missioni Apollo ad oggi, quello che è realmente cambiato è stato l’avvento e lo sviluppo delle tecnologie elettroniche, informatiche e robotiche. Quello che all’epoca era realmente impensabile era una missione di esplorazione robotica come quelle attuali. Le missioni Apollo furono fondamentalmente un miglioramento del volo aeronautico. Per quanto indubbiamente più complesso, il volo era necessariamente quasi completamente manuale ad opera degli astronauti a bordo. Il monitoraggio avveniva a occhio attraverso sensori e display analogici. Sia il primitivo computer di bordo che quello più grande nella base di Houston servivano semplicemente a calcolare, in base alle letture di monitoraggio, i valori di pilotaggio che il pilota poi inseriva manualmente. Per l’esplorazione e la futura conquista umana di Marte si è potuto invece scegliere la strada di una lunga e previa esplorazione robotica. E la necessità di questa scelta è dimostrata dall’alto tasso di fallimento delle prime missioni, prima di riuscire a sviluppare delle tecnologie e strategie affidabili.

A sinistra: la capsula spaziale della missione “Mars 2020” in laboratorio.
Al centro: all’interno della capsula sono alloggiati il veicolo “Perseverance” (b) dotato del drone “Ingenuity” e l’argano (a) dotato di retrorazzi. La prima parte della discesa nell’atmosfera di Marte avviene con l’intera capsula in caduta libera protetta dallo scudo termico (c). Viene poi aperto il paracadute e durante questa fase la capsula si apre rilasciando lo scudo termico. Infine, quando manca circa 1 minuto al contatto con il suolo, viene sganciato l’argano che appoggia in maniera precisa e delicata al suolo il veicolo (destra).

Flyers, Orbiters, Lander, Rovers e droni

Il perfetto e spettacolare atterraggio sulla superficie di Marte, il 18 febbraio scorso, della missione “Mars 2020”, cui seguirà tra qualche anno la prima missione robotizzata di “andata e ritorno”, è stato possibile grazie a 60 anni di piccoli passi che ne hanno preparato il terreno.

Il primo passo per l’esplorazione di un corpo spaziale lontano è il cosiddetto volo ravvicinato (Flyby), una sonda che senza entrare in orbita fornisca durante il passaggio ravvicinato informazioni fotografiche e di altro tipo. Il primo tentativo sovietico risale al lontanissimo 1960, ben due anni prima del kennedyano “abbiamo deciso di andare sulla Luna“. Fu un tentativo fallito e solo nel 1965, dopo un totale di altri cinque tentativi falliti da parte sia dell’URSS che degli USA, la sonda americana Mariner 3 riuscì ad inviare con successo 21 foto ravvicinate del pianeta rosso.

Il passo successivo al flyby è quello di usare un modulo orbitante (Orbiter) e/o un veicolo di atterraggio (Lander) per ottenere informazioni in modo più stabile e prolungato nel tempo, rispettivamente dal cielo e dalla superficie del pianeta. Dopo due tentativi falliti nel 1971 (uno americano e uno sovietico) e con le missioni sulla Luna in pieno svolgimento, gli americani riuscirono nello stesso anno a mantenere la sonda Mari6ner 9 per quasi un anno in orbita intorno a Marte ricevendone oltre 7000 fotografie. Per la prima discesa con successo sulla superficie bisognerà invece aspettare fino al 1975. Le due missioni gemelle statunitensi Viking 1 e Viking 2 consistettero in due “orbiter” che, una volta stabilizzati, fecero scendere ciascuno un “lander” sulla superficie. I due Viking sono tuttora in orbita intorno a Marte, mentre i lander inviarono informazioni durante 5 e 6 anni rispettivamente.

Dimensioni a confronto di 4 generazioni di “rover” marziani. In alto: (a) Sojourner 1997, (b) Spirit and Opportunity 2004, (c) Curiosity 2012. In basso: il Perseverance con il suo drone Ingenuity (2020) confrontati con il Curiosity.

Ovviamente il limite dei lander è quello di fornire informazioni solo e sempre da una stessa posizione fissa. Il logico passo successivo è quindi la realizzazione di veicoli (Rover) che possano esplorare la superficie del pianeta in modo dinamico. I sovietici già negli anni ’70 avevano realizzato con successo missioni sulla Luna di tipo “lander + rover”, non di tipo automatico ma con un controllo a distanza in tempo reale dalla Terra, cosa possibile data la relativa vicinanza del nostro satellite. Ma tutti i tentativi di portare con successo un rover automatizzato sulla superficie di Marte erano falliti. Bisognerà attendere gli anni ’90, quando le tecnologie di automazione permetteranno il successo del piccolo Soujourner, un veicolo a sei ruote lungo 65 cm, largo 48 cm e alto 30 cm, del peso di 10.6 kg circa e che poteva muoversi a circa 500 metri dal lander. Si trattava di un veicolo sperimentale il cui fine era testare le tecnologie per lo sviluppo dei veicoli successivi, come il Curiosity, sceso poi su Marte nel 2012 e il Perseverance “ammartato” solo qualche giorno fa, portando con sé per la prima volta un drone chiamato Ingenuity che fornirà l’ulteriore contributo del punto di vista di un volo a bassa quota.

Andata e ritorno

L’arrivo sul suolo marziano della coppia Perseverace-Ingenuity è parte di un più ampio progetto chiamato Mars Sample Return campaign che, come recita il nome, ha come obiettivo quello di raccogliere campioni di roccia e polvere dalla superficie di Marte e riportarli sulla Terra affinché possano essere analizzati in laboratorio. Il primo viaggio di andata e ritorno quindi, preludio a un futuro viaggio con equipaggio umano.

Ma di questo e degli obiettivi scientifici dell’esplorazione di Marte ne parliamo il prossimo mese su LeggoTenerife.

Gianni Mainella