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    Perseverance comincia ad organizzarsi per l’ennesima “prima volta” di questa missione: il primo test di volo di un piccolo drone/elicottero, Ingenuity, nella rarefatta aria marziana (…e no, non significa ingenuità, ma ingegno!).

    Un'illustrazione che mostra in primo piano Ingenuity, l'elicottero drone della NASA che volerà per primo nella Storia su Marte. Credits: NASA/JPL-Caltech

    La NASA sta prendendo di mira non prima dell’8 aprile l’elicottero Ingenuity Mars per effettuare il primo tentativo di volo a motore controllato di un aereo su un altro pianeta. Prima che il rotorcraft da 4 libbre (1,8 chilogrammi) possa tentare il suo primo volo, tuttavia, sia lui che il suo team devono raggiungere una serie di traguardi scoraggianti.

    Perseverance, arrivato su suolo marziano il 18 febbraio scorso dopo i temuti 7 minuti di terrore della discesa (per la prima volta completamente documentati), si appresta ora a mettere le basi di un nuovo storico passaggio per quanto riguarda l’esplorazione marziana: la ricognizione aerea della superficie.

    Su Marte la NASA ha già portato più di qualche rover, ma per quanto abbiano macinato chilometri la loro possibilità di spostamento è comunque ridotta. Basti pensare che il maratoneta, al momento, della flotta, Opportunity, è arrivato a percorrere in 14 anni di attività oltre 45 chilometri, mentre Curiosity sta per raggiungere il traguardo dei 25 km. Per aumentare il raggio di esplorazione serve un mezzo che possa superare più velocemente ostacoli e terreni poco conosciuti, e sulla terra sarebbe facile: tra elicotteri e droni possiamo raggiungere luoghi preclusi ai mezzi su strada, monitorare e sorvolare ampie zone di terreno impervio in poco tempo.

    Marte però ha un’atmosfera molto più rarefatta, attorno all’1% di densità rispetto a quella terrestre, mentre la sua gravità è solo di un terzo inferiore alla nostra. anche se fin da subito si è capito che sarebbe stato necessario arrivare a questo passo, concretizzarlo non era altrettanto semplice. «Quando il rover Sojourner della NASA è atterrato su Marte nel 1997, ha dimostrato che viaggiare sul Pianeta Rosso era possibile e ha completamente ridefinito il nostro approccio al modo in cui esploriamo Marte. Allo stesso modo, vogliamo conoscere il potenziale che Ingenuity può offrire al futuro della ricerca scientifica», ha dichiarato Lori Glaze, direttore della Divisione di scienze planetarie presso la NASA. «Dal nome appropriato, Ingenuity è una dimostrazione tecnologica che mira ad essere il primo volo a motore su un altro mondo e, in caso di successo, potrebbe espandere ulteriormente i nostri orizzonti e ampliare la portata di ciò che è possibile con l’esplorazione di Marte».

    Per poter generare una portanza sufficiente per farlo volare in un’atmosfera così rarefatta, gli ingegneri gli hanno fornito due serie di enormi pale larghe 1,2 metri che ruotano circa 10 volte più velocemente di quelle degli elicotteri sulla Terra.

    In questa immagine, scattata il 29 aprile 2020, è visibile la parte inferiore del rover, insieme all'elicottero Ingenuity (in basso al centro dell'immagine). Crediti NASA / JPL-Caltech

    Ingenuity ha viaggiato protetto nella “pancia” di Perseverance fino al 21 marzo, quando il rover ha dispiegato lo scudo che lo proteggeva. In questi giorni Perseverance si sta spostando verso una zona relativamente pianeggiante e priva di grossi ostacoli che sarà il campo di prova per il piccolo drone elicottero. Una volta parcheggiato nel posto più adeguato, Ingenuity avrà a disposizione 30 giorni per fare il suo tentativo.

    Ma gli ostacoli, l’aria rarefatta, la gravità, non sono i soli problemi che deve affrontare. L’energia solare che arriva su Marte è la metà di quella che arriva a Terra, e la notte è estremamente più gelida. Ingenuity doveva essere piccolo e leggero, per poter essere trasportato fin lì e per poter volare nell’atmosfera rarefatta, quindi la sfida è stata anche fornirgli strumentazione da poter garantire abbastanza energia per volare e calore per resistere alla notte marziana, una volta privo del suo scudo di protezione.

    «Ogni passo che abbiamo fatto, da quando questo viaggio è iniziato sei anni fa, è stato territorio inesplorato nella storia dei veivoli», spiega Bob Balaram, ingegnere capo di Mars Helicopter al JPL. «E se essere  rilasciato sulla superficie sarà una grande sfida, sopravvivere a quella prima notte su Marte da solo, senza che il rover lo protegga e lo mantenga alimentato, sarà una sfida ancora più grande».

    Il campo in cui verrà rilasciato ha una dimensione di 10 x 10 metri, e solo quando Perseverance si troverà esattamente al centro di quest’area inizierà l’elaborato processo per schierare l’elicottero sulla superficie di Marte.

    «Come con tutto ciò che riguarda l’elicottero, questo tipo di schieramento non è mai stato fatto prima», racconta Farah Alibay, responsabile del Mars Helicopter per il rover Perseverance. «Una volta avviato non si può tornare indietro. Tutte le attività sono strettamente coordinate, irreversibili e dipendenti l’una dall’altra. Se c’è anche un accenno che qualcosa non sta andando come previsto, potremmo decidere di aspettare un sol o più fino a quando non capiremo meglio cosa sta succedendo».

    Il processo richiederà circa sei sol (sei giorni e quattro ore sulla Terra). Al primo sol, il team a Terra attiverà un dispositivo di esplosione dei bulloni, rilasciando un meccanismo di blocco che ha aiutato a tenere saldamente l’elicottero contro la pancia del rover durante il lancio e l’atterraggio su Marte.

    Il secondo sol, un dispositivo pirotecnico tagliacavi consentirà al braccio meccanizzato che trattiene Ingenuity di ruotare l’elicottero dalla sua posizione orizzontale permettendogli di estendere due delle sue quattro gambe di atterraggio.

    Durante il terzo sol, un piccolo motore elettrico finirà di far ruotare Ingenuity finché non si bloccherà, portando l’elicottero completamente verticale.

    Durante il quarto sol Ingenuity stenderà le ultime due gambe di atterraggio. Durante questi quattro gironi marziani l’imager WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) acquisirà scatti di conferma per il controllo di tutte le varie fasi. Nella sua posizione finale, l’elicottero rimarrà sospeso a circa 13 centimetri sulla superficie marziana. A quel punto, solo un singolo bullone e un paio di dozzine di minuscoli contatti elettrici collegheranno l’elicottero a Perseverance.

    Al quinto sol del dispiegamento, il team sfrutterà l’ultima opportunità di utilizzare Perseverance come fonte di energia e caricare le sei celle della batteria di Ingenuity.

    Eccolo, sempre in una illustrazione, sulle sue quattro gambe dopo aver tagliato il cordone ombelicale che lo metaforicamente ma non solo lo teneva legato a Perseverance, che si allontana dal campo di volo. Crediti: NASA/JPL-Caltech.

    «Una volta tagliato il cordone con Perseverance e lasciato cadere per gli ultimi 13 centimetri sulla superficie, vogliamo che il nostro amico si allontani il più rapidamente possibile in modo da poter cogliere i raggi del Sole sul nostro pannello solare e iniziare a ricaricare le nostre batterie», ha detto Balaram.

    Nel sesto e ultimo sol il team dovrà confermare tre cose: che le quattro gambe di Ingenuity sono saldamente sulla superficie del cratere Jezero, che il rover si sia spostato a circa 5 metri di distanza e che stia comunicando con tramite le rispettive radio di bordo. Questa è la pietra miliare che avvia anche l’orologio di 30 sol durante i quali vanno effettuati tutti i controlli preliminari e conclusi i test di volo.

    Il primo test di volo, infatti, non avverrà però molto presto. Prima di spiccare il volo, sperando che il piccolo Ingenuity riesca a superare la prima fredda notte e le successive, il team a terra dovrà essere certo che tutto funzioni a dovere: farà una serie di test facendo roteare le pale, verificando l’energia a disposizione, e controllando la situazione al contorno. Anche il meteo marziano ha infatti un ruolo importante nell’esperimento, in particolare Perseverance controllerà la situazione dei venti grazie alle misurazioni effettuate dal Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) che ha a bordo di Perseverance, che possiede numerosi sensori atmosferici. Fortunatamente le previsioni su Marte sono più semplici di quelle sulla Terra, l’assenza di oceani e l’aria rarefatta rendono l’andamento del meteo piuttosto prevedibile, secondo le stagioni e a distanza di pochi giorni.

    Una volta che il team sarà pronto per il primo volo Perseverance riceverà e trasmetterà a Ingenuity le istruzioni dei controllori di missione, che farà funzionare i suoi rotori a 2.537 giri/min e, se tutti gli autocontrolli finali saranno buoni, decollerà.

    Dopo essere salito a una velocità di circa 1 metro al secondo, l’elicottero rimarrà sospeso a 3 metri sopra la superficie per un massimo di 30 secondi. Quindi, il Mars Helicopter scenderà e atterrerà di nuovo sulla superficie marziana. Diverse ore dopo il primo volo, Perseverance effettuerà il downlink della prima serie di dati tecnici di Ingenuity e, possibilmente, di immagini e video dalle telecamere di navigazione del rover e dalla Mastcam-Z.

    Ingenuity ha solo questo storico e importante compito, riuscire a volare su Marte. Non ha strumenti scientifici a bordo né camere per ottenere informazioni scientifiche, è solo un importante esperimento ingegneristico per aprire la strada a un nuovo modo di esplorazione marziana, e che tornerà utile anche durante le missioni umane su Marte. Fornirà un punto di vista unico, diverso da quello degli orbiter attuali, o dei rover a terra, ravvicinato e ad alta definizione per la ricognizione di robot o esseri umani, e potrebbe persino aiutare a trasportare carichi utili che siano leggeri ma vitali da un sito all’altro.

    La strumentazione di bordo di Ingenuity è ridotta al minimo necessario per farlo volare, comunicare e avere l'energia necessaria per tutto questo e per farlo sopravvivere alla notte marziana. In questo primo tentativo non poteva esserci spazio per strumentazione scientifica o camere di ripresa. Ci penserà Perseverance a inviarci più dati possibili (immagini e video compresi!) sui tentativi di volo. Noi non vediamo l'ora! Crediti

    Solo dopo l’analisi dei dati trasferiti la prima sera dopo il volo, il team di Mars Helicopter si aspetta di essere in grado di decretare il successo del primo volo su Marte e utilizzerà tutte le informazioni ricevute per determinare quando e come procedere con il prossimo test.

    «Marte è difficile», spiega MiMi Aung, project manager di Ingenuity  al JPL. «Il nostro piano è quello di lavorare qualsiasi cosa il Pianeta Rosso ci getterà contro, nello stesso modo in cui abbiamo gestito ogni sfida che abbiamo affrontato negli ultimi sei anni: insieme, con tenacia, molto duro lavoro e un po’ di Ingegno».

    Scarica il modello 3D di Mars Ingenuity Helicopter

    Costruiamo un Ingenuity, molto stilizzato, in carta!


    Una nuova flotta scientifica ha raggiunto MARTE. Hope, Tian Wen 1 e i sette minuti di terrore di Perseverance ad alta risoluzione e a colori. Le prime immagini inviate dal rover dal Pianeta Rosso.

    Coelum Astronomia di Marzo 2021
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