E siamo arrivati alla fine.

È questa infatti la terza (ed ultima) parte della “caccia” al Pianeta Rosso che abbiamo iniziato sulle pagine di LeggoTenerife lo scorso febbraio in occasione della spettacolare discesa sulla superficie di Marte del veicolo Perseverance e del suo drone Ingenuity nell’ambito della missione di esplorazione spaziale Mars 2020.

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Abbiamo visto quali sono le esigenze dell’esplorazione di un corpo celeste. Abbiamo visto la differenza di esigenze, e soprattutto di motivazioni, tra quella che è stata la “conquista della Luna” negli anni ‘60 del secolo scorso e i programmi di esplorazione del pianeta Marte. E abbiamo visto quelli che sono i principali obiettivi scientifici e tecnologici di questa sfida: lo studio dell’abitabilità di Marte, l’investigazione del suo passato e la ricerca di eventuali tracce di vita biologica. Il tutto anche per preparare nel modo migliore le future missioni umane sul pianeta rosso.

Andata e ritorno

Sembrerà una banalità, ma l’esigenza primaria di una missione spaziale con equipaggio umano è quella di essere una missione di… andata e ritorno.
Lo scorso 18 febbraio abbiamo assistito in diretta al modo in cui è stato brillantemente superato il test di un atterraggio “intelligente”, ma non basta. Bisogna garantire, almeno nei limiti del possibile, una presenza “sicura” per gli astronauti sul suolo marziano e questo è uno dei compiti dei voli a bassa quota che effettuerà il drone Ingenuity attualmente su Marte, esplorando in dettaglio un’area molto più ampia di quella accessibile a un veicolo di superficie quale è Perseverance. Ma soprattutto bisogna garantire la possibilità di un decollo dalla superficie marziana.
La missione Mars 2000, attualmente in corso, è in realtà parte di una campagna più ampia chiamata Mars Sample Return (letteralmente: missione di rientro di campioni da Marte) che ha come obiettivo prelevare campioni di suolo e rocce marziane e portarli sulla Terra affinché possano essere studiati in laboratorio. Una missione quindi di “andata e ritorno”, allo stesso tempo utile ad uno studio più approfondito del pianeta e propedeutica ad un futuro “rientro” dei primi astronauti che scenderanno su Marte.
Il tutto verrà realizzato attraverso tre missioni tra il 2020 e il 2031, gestite in modo congiunto dalle agenzie spaziali statunitense ed europea, la NASA e l’ESA. E la prima di queste tre missioni è proprio la attuale Mars 2020, lanciata il 30 luglio del 2020 e che il 18 febbraio scorso ha raggiunto la superficie di Marte. Uno dei compiti principali di questa missione è infatti quello di di raccogliere e preparare i campioni da riportare sulla Terra.
A sinistra, immagine reale del cratere Jezero sulla superficie di Marte e della zona di atterraggio della missione Mars 2020 il passato 18 febbraio. Sulla sinistra si vede quello che da tutte le analisi svolte finora sembra essere il delta di un antico fiume che sfociava nel cratere rendendolo un lago. A destra, una ricostruzione di come sarebbe potuta apparire la stessa zona 4 miliardi di anni fa.

La regione di Marte in cui è atterrato Perseverance è il bordo del cratere Jezero, un cratere di quasi 50 km originatosi dall’impatto di un meteorite e che ospita quello che sembra essere il delta di un antico fiume che scorreva 4 miliardi di anni fa. Perseverance lungo il suo percorso di esplorazione, durante tutta la attuale missione, estrarrà con il suo braccio meccanico delle “carote” campioni dal suolo e dalle rocce, le introdurrà in delle speciali provette e le lascerà a terra sul posto affinché possano essere recuperate in un secondo momento. La scelta di affidare il recupero delle provette ad una missione successiva invece di tenerle a bordo di Perseverance è dettata dall’esigenza di evitare il rischio che un malfunzionamento di quest’ultimo prima della fine della sua missione possa compromettere tutta l’operazione.

Il recupero ed il trasporto sulla Terra sarà quindi compito di due missioni complementari che saranno lanciate quasi contemporaneamente nel 2026 e che raggiungeranno Marte nel 2028. Una delle due sarà costituita da un veicolo di atterraggio (lander) ed uno di esplorazione (rover) che atterreranno sulla superficie di Marte, l’altra da un modulo orbitale (orbiter) che si posizionerà in attesa, in orbita intorno al pianeta. Il rover, una volta atterrato, andrà al recupero delle provette lasciate da Perseverance lungo il suo cammino e le porterà al lander mettendole in un razzo alloggiato a bordo di quest’ultimo, inserite in uno speciale contenitore sferico grande più o meno come un pallone da calcio. Il lander sarà quindi la nostra piccola “Cape Canaveral” su Marte … Nel 2029, se tutto andrà bene, fungerà infatti da base di lancio per il razzo che porterà e rilascerà in orbita il contenitore con i campioni. Una volta in orbita, questo sarà intercettato e recuperato dall’orbiter che era in attesa e che provvederà a lanciarlo verso la Terra. Arrivo previsto… 2031, nello Utah.
Da sinistra a destra, le fasi del futuro recupero e invio sulla Terra dei campioni di suolo e rocce marziane che saranno raccolti dal veicolo Perseverance nel corso della attuale missione e lasciati sul suolo all’interno di speciali provette. Un nuovo rover con un braccio meccanico ripercorrerà i passi di Perseverance, raccoglierà le provette e le porterà al lander inserite in un contenitore sferico. Questo sarà poi portato in orbita da un razzo lanciato dal lander ed infine raccolto da un modulo orbitale che era in attesa intorno al pianeta e che provvederà ad inviarlo verso la Terra.

Delle decine di migliaia di meteoriti finora conosciuti e catalogati, alcune decine sono stati classificati come provenienti da Marte. Infatti in conseguenza dell’impatto di un grande meteorite sulla superficie marziana può accadere che frammenti rocciosi della superficie del pianeta vengano espulsi nello spazio ed in qualche modo giungano a impattare con la Terra. L’origine “marziana” di questi meteoriti classificati è una ipotesi basata sul fatto che presentano una struttura ed una composizione molto simili a quelle delle rocce e dei gas atmosferici analizzati dalle missioni finora realizzate su Marte. Nel 2031 però, nelle praterie dello Utah atterrerà un buon mezzo chilo di terra e rocce genuinamente ed indubbiamente provenienti dal pianeta rosso. E, a differenza di un meteorite, atterrerà dolcemente in un “pallone da calcio” appeso ad un paracadute.

La fabbrica dell’ossigeno

Un’altra operazione, anch’essa propedeutica ad una futura missione umana, è però già stata effettuata con grande successo proprio nelle scorse settimane.
Il dispositivo MOXIE, destinato a testare le reali possibilità di produzione artificiale di ossigeno su Marte a partire dalla anidride carbonica della sua atmosfera, chiuso nel suo contenitore giallo al momento dell’assemblaggio sul veicolo Perseverance nei laboratori della NASA.

Perseverance infatti ha a bordo un dispositivo chiamato MOXIE il cui compito è quello di testare la possibilità di produrre artificialmente ossigeno su Marte utilizzando l’anidride carbonica che abbonda nella sua atmosfera.

L’idea alla base del dispositivo è relativamente semplice. L’anidride carbonica (CO2) è formata da un atomo di carbonio e due di ossigeno. Facendo interagire due molecole di CO2 con 4 elettroni liberi si ottengono due molecole di diossido di carbonio (CO) ed una molecola di ossigeno (O2), e si recuperano i 4 elettroni rendendo quindi ciclico il procedimento. L’ossigeno così prodotto viene poi analizzato per valutarne la purezza prima di essere eventualmente utilizzato.
Schema della reazione sfruttata per la produzione di ossigeno (O2) a partire dalla anidride carbonica (CO2) con l’espulsione di ossido di carbonio (CO).

Ovviamente si tratta di un prototipo: una scatola grande come un tostapane, che  consuma meno della metà di un forno a microonde e che dovrebbe produrre circa 10 grammi di ossigeno l’ora. Ma lo scorso 20 aprile, al primo test, ha funzionato con successo, anche se solo alla metà della sua capacità massima. Si tratterà ora di continuare i test alla massima capacità, a pieno ritmo ed in presenza delle differenti condizioni ambientali che su Marte sono estremamente variabili, oltre  a valutare la qualità dell’ossigeno prodotto. Se tutto andrà bene, l’idea della NASA è quella di realizzare una apparecchiatura in grado di produrre e stoccare in maniera costante fino a 2 kg di ossigeno l’ora. E l’ossigeno, oltre ad essere l’elemento essenziale della respirazione umana è anche il principale propellente dei razzi e dei veicoli spaziali.


Siamo quindi nel pieno di una fase senza precedenti dell’esplorazione del pianeta rosso. In attesa di assistere in diretta, nel 2029, del primo decollo dalla superficie di un altro pianeta, godiamoci per il momento le passeggiate e i voli marziani di Perseverance e Ingenuity.
Gianni Mainella