InSight: La missione NASA per l'interno di Marte
loading

InSight: La missione NASA per l'interno di Marte

Lanciata il 5 maggio 2018, la missione Insight ha portato un lander su Marte allo scopo di studiarne le caratteristiche interne, dalla composizione del nucleo alla formazione dei pianeti rocciosi passando per i terremoti. Strumenti, osservazioni e scoperte della missione NASA Insight.

La missione InSight: generalità

Nel 2018, sfruttando il Close Approach di Marte alla Terra, la NASA ha inviato verso Marte una lander del tutto diverso dal solito. InSight è dedicato allo studio dell'interno del pianeta rosso. In due anni potrebbe cambiare la storia di Marte.

 

 

L'Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, meglio noto come InSight, è un lander della NASA disegnato per fornire la prima visione in assoluto della composizione interna, e della formazione, del pianeta rosso Marte, puntando all'analisi robotica della crosta, del mantello e del nucleo. La missione è parte del Discovery Program della NASA, finalizzato a missioni di scienza destinate al Sistema Solare .

Rappresentazione artistica della struttura interna di Marte. Crediti NASA
Rappresentazione artistica della struttura interna di Marte. Crediti NASA

Studiare la composizione interna del pianeta può portare a molte risposte riguardanti la formazione dei pianeti rocciosi nel nostro Sistema Solare e oltre e per fare questo InSight punta su strumenti in grado di scavare fino a cinque metri di profondità alla ricerca delle impronte lasciate dai processi formativi di Marte. InSight ha anche il compito di misurare l'attività tettonica del pianeta e gli attuali tassi di impatto da meteoriti. Le misurazioni principali riguardano sismologia e temperatura .

Mars Cube One (MarCO)

Il lander è stato lanciato unitamente a un altro esperimento NASA, composto di due mini-satelliti chiamati Mars Cube One (MarCO). Si tratta di satelliti di dimensioni molto ridotte, di tipo CubeSats, che hanno accompagnato InSight durante la discesa inviando a Terra dati in real time. Lo scopo di questa parte di missione è testare, per la prima volta, la comunicazione dallo spazio profondo di satelliti così modesti in dimensione. Dato il successo riscontrato, MarCO rappresentano una nuova tipologia di comunicazione con la Terra. I due piccoli satelliti CubeSats sono stati affettuosamente battezzati Eve e Wall-e anche se i nomi ufficiali sono MarCO-A e MarCO-B. 
I CubeSats sono satelliti molto piccoli, misurando 36 centimetri nel lato lungo, 24 e 12 nelle altre dimensioni,e a basso costo (18.5 milioni di dollari stanziati dal JPL della NASA). I due satelliti hanno fatto da ponte tra le fasi EDL (Entry, Descent, Landing) di InSight e la Terra, documentando il tutto in modalità quasi real-time. Il loro equipaggio consta soltanto di antenne e di una fotocamera e finché ce l'hanno fatta hanno continuato a fornire informazioni (non su Marte) da una orbita eliocentrica più larga di quella di Marte. 
Resterà agli atti la foto scattata in fase di allontanamento da Marte, dopo aver fatto da scorta a InSight.

La foto scattata durante l'allontanamento da Marte da un satellite MarCO. Crediti NASA
La foto scattata durante l'allontanamento da Marte da un satellite MarCO. Crediti NASA

I due mini-satelliti hanno fatto perdere le tracce tra la fine del 2018 e l'inizio del 2019 anche se la natura dell'interruzione della comunicazione non è certa. Una possibilità è data dalle difficoltà di puntamento di Wall-E legate alla perdita di un propulsore, il che potrebbe inficiare sulla possibilità di puntare bene i dati in uscita verso Terra. Anche i sensori di luminosità potrebbero generare problemi nell'orientamento verso il Sole e la ricarica delle batterie. Sta di fatto che a Febbraio la NASA si dice pessimista sulla possibillità di nuove comunicazioni con i MarCO.

Gli obiettivi scientifici della missione InSight vengono riassunti con: 

  • Comprensione della formazione ed evoluzione di Marte e, per estensione, dei pianeti rocciosi
  • Determinazione del livello attuale di attività tettonica e meteorica su Marte

Marte è il laboratorio perfetto per uno studio di questo tipo poiché per dimensioni e attività geologica pressoché nulla riesce a mantenere a livelli raggiungibili e in maniera intatta le chiavi della propria formazione, chiavi che l'attività geologica ha invece cancellato nel nostro pianeta. 

Ultimo aggiornamento del: 06/02/2019 16:47:54

Pre-lancio e obiettivi scientifici

Le fasi che hanno preceduto il lancio, dagli studi ingegneristici alla definizione dei risultati scientifici e degli strumenti più adatti fino alla scelta del luogo nel quale atterrare, la Elysium Planitia. La nascita di InSight


Le fasi di pre-lancio includono il planning prima del progetto, la definizione degli obiettivi scientifici e la conseguente selezione degli strumenti da utilizzare, nonché l'assemblaggio e il testing prima della consegna del lander alla base spaziale di lancio. La fase di "pre-project planning" consta di diverse fasi successive:

  • fase A: definizione dell disegno concettuale e del documento di requisiti,;
  • fase B: definizione del disegno preliminare e dello sviluppo della tecnologia necessaria. La definizione degli obiettivi scientifici passa per delle proposte effettuate da un team di scienziati selezionati dalla NASA. Definiti gli obiettivi la comunità scientifica propone gli strumenti in grado di raggiungerli. 
  • Fase C: costruzione delle parti del lander e del suo satellite; 
  • Fase D: assemblaggio e testing al Lockheed Martin a Denver, Colorado, prima del trasporto alla Vandenberg Air Force Base in preparazione del lancio.

Giunto a Vandenberg, InSight è stato sottoposto ad ulteriore assemblaggio e test per il lancio. 

Elysium Planitia

Il luogo di atterraggio di InSight.Crediti NASA
Il luogo di atterraggio di InSight.Crediti NASA

Un discorso a parte merita la selezione del luogo di atterraggio, o di "ammartaggio".
Elysium Planitia è una zona pianeggiante e prossima all'equatore, quindi quanto di meglio si potesse sperare. La zona precisa scelta per atterrare in Elysium Planitia si trova nella zona ovest della pianura, centrata a 4.5°N di latitudine e 135.9° est di longitudine , a circa 600 chilometri dalla zona battuta da Curiosity (Cratere Gale). E' stata selezionata per questioni di salvaguardia della missione, quindi per la necessità di una posizione del tutto tranquilla che consentisse di studiare con calma l'interno di Marte. "Planitia", in latino, indica una superficie piana mentre Elysium è una divinità greca per la vita dopo la morte, alla quale si fa riferimento spesso con il termine "campi elisi".  

Ellisse di ammartaggio in Elysium Planitia. Crediti NASA
Ellisse di ammartaggio in Elysium Planitia. Crediti NASA

L'ellisse di ammartaggio è di circa 130 chilometri di lunghezza, con uno spessore di 27 chilometri. Ci si attende una zona priva di colline nelle vicinanze e la presenza di pochissime rocce di dimensioni ragguardevoli, caratteristiche che devono essere confermate da immagini a 360° ottenute da InSight.
La scelta si è basata su diversi workshop avvenuti nel 2013, nel 2014 e nel 2015, scremando gli iniziali 22 candidati fino a giungere a quattro finalisti. Tutti e 22 i siti di partenza appartenevano alla zona di Elysium, dal momento che le necessità fondamentali vedevano una zona prossima all'equatore (tra 5° N e 3° S) per assicurare energia ai pannelli solari e non in rilievo, per assicurare la presenza di uno strato atmosferico abbastanza spesso da facilitare l'ammartaggio rallentando il lander. Un ruolo fondamentale in tal senso è stato quello di HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment) a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter, in grado di scattare 150 immagini dei siti candidati.

Ultimo aggiornamento del: 27/11/2018 20:52:19

La struttura della missione

Non solo il lander: InSight si poggia su un vettore ben collaudato, su uno spacecraft in grado di proteggerlo fino a destinazione e su un sistema di comunicazione eccellente come il DSN della NASA

Il vettore

Il lancio è avvenuto su un Atlas V-401 della United Launch Alliance (joint venture di Boeing Co. e Lockheed Martin Corp). L'altezza del vettore, comprensiva del payload, era di 57.3 metri per una massa totale, comprensiva di carburante, di 333.000 chilogrammi. Si tratta di uno dei vettori più grandi mai lanciati per una missione interplanetaria. 
Il numero 401 ha un significato preciso: il "4" indica i circa 4 metri di diametro del "naso", quindi del payload. "0" è il numero dei motori che fanno da supplemento a quello principale. "1" è lo stato superiore dotato di un motore. Sempre un Atlas V-401 ha portato il Mars Reconnaissance Orbiter in volo il 12 agosto 2005 nonché il Curiosity rover il 26 novembre 2011. 

La rampa di lancio con InSight. Crediti NASA
La rampa di lancio con InSight. Crediti NASA

Lo spacecraft

Il satellite (spacecraft) è la parte che protegge il lander durante tutto il viaggio verso Marte e che viene separato dal razzo vettore dopo il trasporto in orbita. E' anche la parte che deve prevedere il sistema di manovra da utillizzare durante il viaggio, quindi si compone essenzialmente di tre parti: 

  1. Cuise Stage: contiene il lander e il sistema di ammartaggio, comprendendo un guscio termico e un paracadute
  2. EDL (Entry, Descent, Landing) System: comprende paracadute, aeroshell e veicolo di discesa, discesa per la quale prevede "zampe" in grado di assorbire lo shock. 
  3. Lander: costruito per rilasciare gli strumenti di scienza
Strumenti di navigazione dello spacecraft. Crediti NASA
Strumenti di navigazione dello spacecraft.
Crediti NASA

Sono diversi gli strumenti a bordo che aiutano nella navigazione. Principalmente, uno star tracker ha il compito di tracciare la posizione di InSight tra le stelle del cielo consentendo di comprendere l'orientamento della sonda. Un giroscopio consente di ottenere informazioni circa movimento e velocità. Si tratta di un satellite stabilizzato su tre assi, non ruota su sé stesso. Ha otto motori, quattro grandi e quattro minori, che possono essere accesi all'occorrenza. I quattro motori maggiori aiutano InSight a girare e viaggiare nella corretta direzione mentre quelli minori sono utilizzati per la stabilità.

Il payload InSight montato sul vettore. Crediti NASA
Il payload InSight montato sul vettore. Crediti NASA

La comunicazione

La NASA utilizza il Deep Space Network (DSN) per dialogare con InSight, una rete internazionale di antenne in grado di fornire link di comunicazioni tra sonde di esplorazione planetaria e i ground segment terrestri. Il sistema DSN consta di tre complessi di comunicazione posti a distanze di 12° l'uno dall'altro in modo da fornire una comunicazione senza interruzioni: Goldstone, in California, Madrid, in Spagna, e Canberra, in Australia.  InSight dialoga con gli orbiter marziani al fine di comunicare dati alla Terra. 

Il DSN della NASA
Il DSN della NASA

 

Ultimo aggiornamento del: 27/11/2018 21:04:45

ll lander e gli strumenti scientifici

Ciò che rende InSight speciale è la presenza di un braccio robotico molto flessibile e strumenti in grado di portare avanti una tipologia di ricerca scientifica robotica del tutto nuova nel mondo interplanetario

Il lander

Il lander ricalca il disegno del Mars Phoenix, altro lander NASA. E' in possesso di un braccio robotico che misura 1.8 metri di lunghezza e sul quale è posta una camera a colori 3D in grado di riprendere il luogo di ammartaggio. Il lander è lungo 6 metri, comprensivo di pannelli solari aperti, e largo 1.56 metri con una altezza che va da 83 a 108 centimetri. La massa totale è di 360 chilogrammi mentre l'energia è garantita da due pannelli solari di 2.2 metri di diametro. 

Il braccio robotico

Il braccio robotico, lungo 1.8 metri, utilizza l'Instrument Deployment Arm (IDA) per posizionare gli strumenti scientifici sul suolo ed è alimentato da quattro motori. La "presa" si trova alla fine del braccio mentre una camera è montata tra gomito e polso. La "presa" si compone di cinque dita meccaniche in grado di chiudersi intorno a una maniglia particolare, posta su ciascuno degli strumenti che dovranno essere maneggiati. Gli snodi sono tre, posti a livello di "spalla", "gomito" e "polso". 

Le camere

InSight comprende due camere complemetari in grado di aiutare con la navigazione e con la prevenzione di rischi. Una camera si trova sul braccio e l'altra davanti al lander.

La posizione delle camere di InSight. Crediti NASA
La posizione delle camere di InSight. Crediti NASA

La camera sul braccio è la Instrument Deployment Camera (IDC) ed è simile alla Navcam a bordo di Opportunity e Curiosity risultando, però, a colori. Il campo di vista è di 45° e fornisce una panoramica del terreno circostante. Serve a determinare il punto migliore per piazzare gli strumenti e a tracciare una visione 3D del luogo intorno al lander, potendo essere puntata in ogni direzione. 

La campera sul lander è chiamata Instrument Context Camera (ICC) e si trova proprio sotto il ponte. Ha un fisheye di 120° e fornisce una visione ampia dell'intero campo di applicazione.

Entrambe le camere hanno un CCD quadrato di 1024x1024 pixel. 

Contrariamente alle missioni che su Marte hanno preceduto InSight, questa ha lo scopo di studiarne l'interno prendendone i segni vitali, la pulsazione e la temperatura al fine di comprenderne la formazione e l'evoluzione. La struttura del pianeta viene analizzata in base alle onde generate dalle vibrazioni prodotte dall'interno dallo strumento di penetrazione o da "martemoti" oppure dall'esterno attraverso l'impatto di meteoriti.  

Per quanto riguarda la temperatura non si parla di temperatura atmosferica ma interna. Marte oscilla durante la rotazione, come fa la Terra, e per misurare l'oscillazione sono previste due antenne in grado di tracciare la posizione del lander con una precisione estrema. Dai dati sarà possibile comprendere quanto l'interno del pianeta influisce sulla rivoluzione intorno al Sole.

Gli strumenti scientifici: SEIS

SEIS è un sismometro in grado di captare le onde sismiche al fine di studiare la crosta marziana. I meteoriti che impattano la superficie, il magma in movimento a grande profondità o i movimenti lungo una faglia possono causare onde sismiche il cui studio consentirà di giungere a misurazioni di temperatura, pressione e composizione della materia che ha formato i pianeti rocciosi.

Lo strumento SEIS a bordo di InSight. Crediti NASA
Lo strumento SEIS a bordo di InSight. Crediti NASA

Seismic Experiment for Interior Structure è una cupola che, posta sulla superficie di Marte, ne misura l'attività sismica fornendo informazioni fondamentali sull'attività interna del pianeta. Le misurazioni sono completate da una suite in grado di misurare vento, pressione, temperatura e campo magnetico il che consente di ottenere una misura delle vibrazioni indotte dal meteo, quindi da tempeste o turbolenza atmosferica generata da dust devils. SEIS consentirà di ottenere la natura del materiale che ha generato i pianeti rocciosi del Sistema Solare riuscendo anche a definire l'eventuale presenza di acqua sotterranea o vulcani attivi sotto la superficie. La zona di atterraggio si trova al centro di un sito che dovrebbe aver sperimentato vulcanismo fino a 1 milione di anni fa e se resti fluidi esistono verranno captati. Le onda variano al passaggio attraverso i vari materiali e questo fornisce preziose informazioni sulla struttura interna. Il sistema ritorna 38 Mb di dati al giorno. 
Si tratta di un sismometro che torna su Marte a distanza di 40 anni dall'ultimo, portato sul pianeta rosso dai lander Viking. Le attese stimano da 5 a 10 impatti di meteoriti in tutto il corso dei due anni di missione, anche in virtù del fatto che la sensibilità dello strumento è tale da misurare un tremore più piccolo di un atomo di idrogeno. 
Il Principal Investigator è Philippe Lognonné dell'Institute of Earth Physics di Parigi, University Paris Diderot.

HP3

Heat Flow and Physical Properties Probe (HP3) ha il compito di sciogliere cinque metri di superficie marziana per scendere in profondità, più di quanto abbia mai fatto qualsiasi altra sonda oltre la Terra. Studiando il calore residuo dell'interno di Marte è possibile scoprire quanto calore stia ancora fluendo nel pianeta e quale ne sia la sorgente, il che aiuterà a capire anche se Marte possa essersi formato con lo stesso materiale che ha composto Terra e Luna.

Lo strumento HP3 in InSight. Crediti NASA
Lo strumento HP3 in InSight. Crediti NASA

HP3 è montato sul lander e viene posizionato sulla superficie del pianeta per consentire la penetrazione in profondità. Lo strumento pesa 3 chilogrammi e consuma 2 watt durante la fase di scioglimento. E' studiato per ritornare 350 Mb nel corso di tutta la missione. Ogni 50 centimetri di discesa, lo strumento emette un impulso di calore la cui modalità di assorbimento sarà una chiave per la comprensione della struttura. Se la crosta si rivela un buon conduttore di calore, l'impulso viene visto ben presto sparire. Misurare il calore in uscita da Marte consente di capire da quanto tempo questo calore si sta disperdendo e quindi di risalire alle prime fasi del pianeta. Scendere a cinque metri di profondità evita variazioni stagionali. 
Il Principal Investigator è Tilman Spohn del German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, or DLR), Berlino

RISE

RISE è un esperimento di radioscienza che misure le piccole variazioni nella posizione del lander dovute al movimento di Marte lungo l'orbita. Le misurazioni forniscono informazioni sulla natura del nucleo marziano mostrando a quale profondità il nucleo diviene solido e da cosa, oltre al ferro, sia composto. 

Lo strumento RISE in InSight. Crediti NASA
Lo strumento RISE in InSight. Crediti NASA

Il Rotation and Interior Structure Experiment, RISE, consente di tracciare con assoluta precisione (nell'ambito dei centimetri di errore) la posizione del lander e di determinare l'oscillazione del polo nord marziano durante l'orbita intorno al Sole, fornendo dettagliate informazioni sulla dimensione del nucleo di ferro del pianeta. Il tutto avviene con una sorta di eco: RISE rimanda al DSN il segnale ricevuto da Terra con informazioni in termini di effetto Doppler . In base ai dati si può comprendere anche se il nucleo è liquido e da quali elementi, oltre al ferro, è composto. Non solo: RISE consente anche di misurare la durata del giorno marziano nelle varie stagioni. L'alternarsi delle stagioni, infatti, produce la sublimazione e la condensa ai poli dell'anidride carbonica causando delle lievi variazioni del tasso di rotazione del pianeta, il che ha effetto sulla durata del giorno marziano. 

Lo strumento si compone di due Medium-Gain Antennas (MGAs) poste sul lander e di un trasponder-trasmettitore in X-band. Il tutto per una massa di 7.3 chilogrammi.

Il Principal Investigator è William Folkner del NASA Jet Propulsion Laboratory Pasadena, California

Ultimo aggiornamento del: 27/11/2018 21:06:24

Dal lancio a Marte

InSight è stata lanciata il 5 Maggio 2018 e dopo sei mesi è giunta su Marte, in un atterraggio perfetto. Le prime settimane servono all'approntamento degli strumenti, poi si fa scienza vera. Da Vandenberg alla fase di Cruise fino alle fasi EDL

InSight è stato lanciato il 5 maggio 2018 dalla Vandenberg Air Force Base in California, per un viaggio di appena sei mesi e mezzo che ha portato all'ammartaggio il 26 novembre 2018 alle ore 11:52:59 a.m. PT (20:52 ora italiana). InSight è stato lanciato alle ore 04.05 a.m. PT, prima dell'alba locale, a bordo di un Atlas V-401, segnando il primo lancio di una missione interplanetaria dalla costa occidentale degli USA, precisamente dal Launch Complex 3. La finestra di lancio prevista andava dal 5 maggio all'8 giugno, con finestre quotidiane di due ore al giorno. La prima opportunità si è verificata proprio il primo giorno possibile. 

In genere le missioni planetarie vengono lanciate dal Kennedy Space Center della NASA e si dirigono verso est, sull'oceano, ma per InSight la scelta è stata differente per questioni di opportunità e di potenza. Lanciare verso est, infatti, avrebbe aggiunto potenza sfruttando la rotazione terrestre il cui momento sarebbe stato aggiunto alla spinta operata dal motore, ma l'Atlas V-401 è abbastanza potente da volare verso sud con la sola propria spinta. A questo si aggiungeva una maggiore disponibilità della base nel periodo previsto per il lancio. 

Fase di Cruise

Una volta lanciato, InSight ha affrontato un viaggio (cruise) di sei mesi circa coprendo una distanza di 485 milioni di chilometri alla velocità di circa 10.000 chilometri orari. I navigatori di missione hanno tracciato il viaggio in modalità quasi continuativa, aggiustando il percorso diverse volte per essere sicuri di presentarsi all'appuntamento con il pianeta rosso con direzione e velocità corrette. Il primo aggiustamento è stato portato a termina il 22 maggio 2018, appena 17 giorni dopo il lancio. 
La fase di Cruise è iniziata dopo la separazoine dal veicolo di lancio ed è terminata 205 giorni più tardi, tre ore prima di entrare nell'atmosfera marziana. Durante il cruise il lander è rimasto all'interno del guscio protettivo mentre sono state portate a termine delle attività volte a controllare lo stato del satellite, la direzione dell'antenna di comunicazione con Terra, la posizione dei pannelli solari, le attività di navigazione. 

Il piano di volo di InSight. Crediti NASA
Il piano di volo di InSight. Crediti NASA

Il piano di volo è ottimizzato in base al tempo, sfruttando anche il perigeo marziano di Luglio 2018. Altre manovre sono state pianificate per il 28 luglio, il 12 ottobre, l'11 novembre, il 18 novembre e il 25 novembre. 

Approach

La fase di approccio è iniziata sessanta giorni prima del landing con una serie di controlli (checkouts). Per assicurare le fasi successive gli ingegneri iniziano una intensa fase di preparazione che dura fino all'ingresso in atmosfera . Le attività hanno previsto: 

  • manovre di correzione della traiettoria finale
  • affinamento dei puntamenti per la comunicazione, se necessario
  • misurazione della posizione
  • avvio del software di EDL (Entry, Descent, Landing) che ha il compito di eseguire i comandi nel landing
  • update dei parametri di EDL
  • caricamento delle sequenze di operazioni da eseguire una volta in superficie. 

Durante questa fase le antenne del Deep Space Network (DSN) della NASA sono orientate principalmente alla sonda in avvicinamento a Marte. 

EDL (Entry, Descent, Landing)

La fase di Entry, Descent and Landing (EDL) porta InSight nell'atmosfera marziana e dura circa sei minuti, terminando con l'ammartaggio vero e proprio. InSight ha toccato il suolo marziano il 26 novembre 2018 alle 20:52:59 italiane entrando in atmosfera con una angolazione di 12° prima di scrollarsi di dosso lo scudo termico e aprire il paracadute per rallentare. Per rallentare ulteriormente e adagiarsi sul suolo rosso della Elysium Planitia sono stati accesi i retrorazzi. Il lander è atterrato in una immensa sabbiera, con poche rocce, e si trova adagiato tranquillamente con una inclinazione di 4°, ben al di sotto dei 15° indicati come pendenza massima per una missione priva di rischi,

Le fasi di EDL di Insight. Crediti NASA
Le fasi di EDL di Insight. Crediti NASA

Per rivivere la fase di EDL del 26 novembre 2018, il seguente video rappresenta la diretta dal JPL. 

Surface Ops

Una volta posizionato stabilmente al suolo, InSight inizia a preparare i propri strumenti per le operazioni di superficie, con una sequenza da portare avanti per circa trenta dei 709 sol previsti dalla missione. Le operazioni di scienza vengono avviate totalmente soltanto entro dieci settimane dal landing visto che si tratta di strumenti estremamente diversi rispetto a tutti gli altri rover e lander presenti su Marte. Il team della NASA deve selezionare con molta attenzione il punto in cui posizionare gli strumenti scientifici addetti al campionamento interno di Marte. 

InSight prevede il posizionamento a contatto diretto con il suolo dello strumento HP3  e del SEIS, con gli strumenti di radio scienza (RISE) mirati a collezionare dati per almeno un anno marziano (23 mesi terrestri). Una volta che SEIS e HP3 sono posizionati sulla superficie marziana possono iniziare le operazioni scientifiche. 
Gli strumenti sono assicurati al lander e vengono posizionati al suolo attraverso il braccio robotico di InSight, comandabile liberamente da Terra. 

La prima immagine ottenuta dalla camera di InSight, con la polvere sollevata durante l'atterraggio. Crediti NASA
La prima immagine ottenuta dalla camera di InSight, con la polvere sollevata durante l'atterraggio. Crediti NASA
L'immagine mostra i buchi sul suolo prodotti dai retrorazzi utilizzati per l'atterraggio morbido. Immagine scattata dalla Instrument Deployment Camera (IDC) il 14 dicembre, 18° sol marziano per InSight. Crediti NASA
L'immagine mostra i buchi sul suolo prodotti dai retrorazzi utilizzati per l'atterraggio morbido.
Immagine scattata dalla Instrument Deployment Camera (IDC) il 14 dicembre, 18° sol
marziano per InSight. Crediti NASA

La prima operazione è comunque il dispiegamento dei pannelli solari: la polvere sollevata dall'ammartaggio si dissolve in un quarto d'ora, allo scadere del quale i motori dei pannelli solari si scaldano e iniziano a posizionare al meglio i raccoglitori di radiazione solare. L'Ok all'operazione è giunto dopo sette ore dall'ammartaggio. 
A completare il checkout ci sono gli indicatori di salute del lander, la prova della camera a grande angolo con la lente posta sotto la copertura trasparente, l'accensione dello sleep mode per la prima notte marziana. 

La raccolta dei primi dati scientifici, quindi, inizia nella prima settimana dall'arrivo su Marte. RISE inizia a collezionare dati dopo pochi giorni mentre il lander scatta immagini dell'area, monitorando il meteo e la temperatura superficiale della nuova casa. In particolare, RISE ha il compito di scambiare dati con la Terra in X-band, almeno un'ora al giorno, al fine di evidenziare eventuali oscillazioni del pianeta rosso le quali potrebbero dire molto sulla natura del nucleo marziano.

Il 4 dicembre 2018 sono state ricevute le immagini relative al funzionamento nominale del braccio robotico, pronto a immortalare la zona circostante prima di iniziare a piazzare la strumentazione sul suolo. 

Immagine ricevuta il 4 dicembre 2018, a conferma dell'utilizzo del braccio. Crediti NASA
Immagine ricevuta il 4 dicembre 2018, a conferma dell'utilizzo del braccio. Crediti NASA

Dopo il check del braccio robotico, questo viene utilizzato per prendere il sismografo e posizionarlo al suolo, seguito da una cupola di protezione e da un guscio termico a difesa da temperatura e vento. Il sismografo ha il compito di segnalare onde sismiche dovute a terremoti, impatti di meteoriti e altre sorgenti. La conferma del piazzamento del sismografo sul suolo marziano è giunta il 20 dicembre attraverso una immagine spedita dal lander InSight, all'insegna di operazioni che stanno andando meglio del previsto. Il comando è stato inviato al lander il 18 dicembre ed è stato eseguito il 19 dicembre dal braccio robotico. Il sismografo ha una inclinazione di circa 2-3°, del tutto accettabile rispetto alle tollaranze. 

Immagine del 20 dicembre 2018 con il sismografo posizionato sul suolo marziano. Crediti NASA
Immagine del 20 dicembre 2018 con il sismografo posizionato sul suolo marziano. Crediti NASA
La copertura del sismografo ripresa da InSight. L'immagine è del 2 febbraio 2019. Crediti NASA
La copertura del sismografo ripresa da InSight. L'immagine è del 2 febbraio 2019. Crediti NASA

Il 2 febbraio 2019 giunge alla NASA l'immagine che testimonia il posizionamento della cupola di protezione (Wind and Thermal Shield) sul sismografo, atto che consente allo strumento di guadagnare notevolmente in precisione rimuovendo il "rumore" del vento e della variazione di temperatura. Si tratta di una prima linea di aggiustamento, mentre la seconda viene lasciata a SEIS stesso, ingegnerizzato per correggere le anomalie esterne.

A distanza di una settimana dalla preparazione di SEIS, il programma prevede che venga posizionato HP3 sempre da parte del braccio robotico e infatti arriva puntuale l'immagine da Marte che mostra il dispiegamento sul terreno dello strumento il 12 febbraio 2019.

HP3 posizionato sul suolo marziano il 12 febbraio 2019. Crediti NASA
HP3 posizionato sul suolo marziano il 12 febbraio 2019. Crediti NASA

HP3 inizia in questo momento il proprio lavoro di trivellazione lenta, con una talpa posta alla punta che procede in discesa fermandosi teoricamente ogni 50 centimetri al fine di consentire il rilascio di un impulso termico. Ogni discesa dura circa quattro ore e l'impulso serve a osservare la propagazione del calore attraverso il materiale circostante, cioè la conduttività termica. I cinque metri di profondità vengono raggiunti in circa 40 giorni. I cicli di "martellamento" generano delle vibrazioni che vengono studiate dal sismometro al fine di osservarne la propagazione e di conseguenza la struttura del terreno. I tempi e la profondità dipendono però da quel che si incontra: nelle prime quattro ore di lavoro la talpa di HP3 è scesa a una profondità stimata tra 28 e 32 centimetri anziché 50: la misura è stata ottenuta dalla temperatura dello strumento rispetto a quella atmosferica, osservando come la prima sia calata in misura minore dopo il tramonto rispetto alla prima a indicare una parziale sepoltura. Non è stato comunque semplice visto che già le prime quattro ore hanno presentato allo strumento due rocce a diverse profondità. La prima roccia ha fatto inclinare la talpa di circa 15° prima di essere comunque oltrepassata, in qualche modo.

Il funzionamento della talpa
Il funzionamento della talpa
Il braccio robotico di InSight si muove su HP3. Serie di immagini del 1 giugno 2019. Crediti NASA/JPL
Il braccio robotico di InSight si muove su HP3.
Serie di immagini del 1 giugno 2019. Crediti NASA/JPL

L'inizio, dopo i primi cinque minuti, è stato quindi decisamente difficile, tanto da consigliare una pausa iniziale di due settimane prima di riprovare a scendere con una nuova strategia. A distanza di un mese, le analisi hanno portato a ipotizzare un miglioramento della situazione legato a una resistenza termica minore, con una talpa penetrata per 30 centimetri di profondità. In virtù di ciò il team di scienziati ha deciso di ripetere il ciclo di martellamento diagnostico al fine di ottenere informazioni aggiuntive circa le condizioni di stallo della talpa. A Giugno 2019 la NASA pensa di utilizzare il braccio robotico per aiutare la talpa a uscire dallo stato di empasse: dopo nuove analisi a Pasadena sono convinti che lo stallo sia dovuto a una mancanza di attrito nel terreno intorno a InSight. Sono state poste in essere tre manovre molto lente e caute che hanno portato a un sollevamento di 52 centimetri della struttura di supporto e poi a un riposizionamento a terra, venti centimetri più vicino al lander. Ora la talpa è osservabile in via diretta il che rende possibile prendere le decisioni più appropriate. La buca intorno alla talpa è risultata essere il doppio, stranamente, rispetto alle attese e rispetto alla talpa stessa (27 mm), il che lascia ipotizzare una operazione di scavo a precessione, simile a una trottola. Si è abbastanza sicuri che la talpa si stia muovendo in una cavità, in assenza quindi della frizione necessaria alla penetrazione nel suolo. Inizialmente si è pensato che il braccio robotico potesse riempire la fossa con una pala meccanica, compattando il terreno, ma a settembre 2019 la NASA tenterà una manovra di "pinning", premendo la talpa verso una delle pareti del buco scavato sperando di creare attrito.

Manovra di spostamento del supporto che ha reso visibile HP3. Crediti NASA/JPL
Manovra di spostamento del supporto che ha reso visibile HP3. Crediti NASA/JPL

InSight parla con Terra una volta al Sol tramite il Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) o il Mars Odissey ma nelle prime settimane, le più critiche, il collegamento con la Terra avviene due volte al giorno. Oltre a questo segnale mediato dagli orbiter esiste un link diretto verso il ground segment tramite un canale a bassa velocità. Questo canale viene utilizzato fino all'avvio delle operazioni di routine. 

Fasi di Surface Ops
Avvio delle operazioni di superficie Touchdown
Prima immagine con lente coperta Pochi minuti dopo il touchdown
Inizio del checkout Giorno successivo al touchdown
Prima immagine senza copertura Sol2 per la camera del lander, Sol 4 per la camera del braccio
Inizio dei dati scientifici Pochi giorni dopo il landing
Immagini del luogo di atterraggio 1 o 2 settimane dopo il landing
RISE 1 giorno dopo il landing
Check del braccio Prima settimana dopo il landing
Posizionamento del sismometro 3 o 4 settimane dopo il landing
Posizionamento del guscio del sismometro 2 settimane dopo il posizionamento del sismometro
Misurazioni di SEIS 1 settimana dopo il posizionamento del guscio
Posizionamento di HP3 1 o 2 settimane dopo il posizionamento del guscio del sismometro
Fine degli scavi di HP3 4-6 settimane dopo il posizionamento
Inizio delle operazioni di routine 2-4 settimane dopo la fine dello scavo
La prima immagine elaborata ottenuta da InSight con il paesaggio marziano. Crediti NASA
La prima immagine elaborata ottenuta da InSight con il paesaggio marziano. Crediti NASA

 

Ultimo aggiornamento del: 03/10/2019 20:41:08

Risultati e curiosità

Il primo risultato di InSight è stata la registrazione del suono prodotto dal vento marziano sugli strumenti del lander. Un suono molto debole che, opportunamente amplificato, risulta davvero suggestivo.

Il vento di Marte

Il 6 dicembre 2018 la NASA ha diffuso una registrazione audio che riporta il suono del vento marziano. Si tratta di debolissime vibrazioni di un vento la cui velocità è stimata tra 5 e 7 metri al secondo, registrate il giorno 1 dicembre, in direzione Nord-Ovest verso Sud-Est, una direzione consistente con l'andamento dei dust-devils osservati dagli orbiter.  Una registrazione non voluta, almeno così presto, ma che rientra nello studio atmosferico al quale la missione è parzialmente destinata. Gli strumenti che hanno catturato il vento marziano sono un sensore di pressione all'interno del lander e un sismometro (SEIS) che affaccia all'esterno in attesa di essere posizionato sul suolo. Le vibrazioni catturate sono quelle dei pannelli solari "battuti" dal vento marziano. La frequenza registrata è di circa 10 hertz, al di sotto di quanto orecchio umano possa udire quindi alla NASA hanno provveduto ad accelerare l'audio aumentandonela frequenza di un fattore cento. 

InSight è atterrato su Marte poco sopra l'equatore e all'arrivo sul pianeta rosso si è quindi scontrato con l'inverno marziano. Lo strumento APSS (Auxiliary Payload SubSystem) consente di tracciare il profilo meteorologico di Marte in misura molto precisa, consentendo inoltre di capire quali vibrazioni possano dipendere dal clima e quali da movimenti del terreno veri e propri. I primi dati hanno indicato una alternanza molto lineare tra segnali di alta e bassa pressione, con cadenza di 2.5 sol marziani. La temperatura più fredda viene registrata alle ore 5 a.m. con valore di -139 F mentre la più calda si attesta sui 23 F.
Una sorpresa è venuta dalla presenza di forti movimenti convettivi durante le fasi di riscaldamento diretto della superficie da parte del Sole, un fenomeno presente anche sulla Terra ma in misura molto più limitata. Altra sorpresa è stata la registrazione di numerosi dust devils, tornado a bassa pressione la cui rotazione è stata misurata in 60 miglia orarie. Molti hanno colpito il lander consentendo misurazioni molto precise. Sulla Terra fenomeni simili si verificano nel deserto e raggiungono i 15 metri di diametro e il chilometro di altezza ma su Marte le misure arrivano a cento metri di diametro e da 5 a 10 chilometri di altezza (Cornell University). 

Il primo selfie di InSight mostra i pannelli perfettamente dispiegati e dimostra l'estensione del braccio robotico. Crediti NASA
Il primo selfie di InSight mostra i pannelli perfettamente dispiegati e dimostra l'estensione del braccio robotico. Crediti NASA

Un mosaico di cinquantadue immagini rappresenta il primo selfie di InSight ottenuto tramite la camera posta in cima al braccio robotico. Si tratta della prima visione di insieme del lander, in grado di mostrare come i pannelli siano stati correttamente dispiegati. 

Tra il 6 e l'11 dicembre 2018 la camera Hirise del Mars Reconnaissance Orbiter ha ripreso il lander dalla propria orbita, evidenziando il paracadute poco distante e la zona più scura creata dai retrorazzi del lander. 

Il lander InSight ripreso dalla camera Hirise di MRO. Crediti NASA
Il lander InSight ripreso dalla camera Hirise di MRO. Crediti NASA

Il 6 aprile 2019 è stato registrato il primo terremoto su Marte a opera del sensore SEIS. Lo strumento misura le vibrazioni causate dal meteo ma anche quelle provenienti dall'interno del pianeta o derivanti da impatti meteoritici. L'agenzia francese CNES sostiene di aver captato un chiaro segnale sismico, che se confermato fornirebbe la prova di un pianeta ancora attivo e determinerebbe l'avvio della sismografia marziana.

Di seguito l'audio generato dalla NASA in base ai dati di SEIS con indicazione del segnale, trasformato, del "martemoto". 

 

Ultimo aggiornamento del: 23/04/2019 21:48:41