Perseverance Rover - Missione Mars 2020

• 04/06/2023
• 2713 (Ultima: 04/06/2023 13:15:11)
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Perseverance Rover - Missione Mars 2020

Perseverance è un rover della NASA, parte della missione Mars 2020, dedicato alla ricerca di una antica vita microbica sul pianeta rosso. Un trapano per collezionare campioni del suolo marziano e metterli a disposizione di future missioni che li riporteranno a Terra e un elicottero, Ingenuity, per testare i primi voli su Marte.

Generalità e scopi della missione

Come nasce Perseverance e quali sono i suoi scopi scientifici: un mix di raccolta di dati e campioni e di test di nuovissime tecnologie che serviranno in un vicino futuro alla sempre più dettagliata esplorazione del pianeta rosso

Perseverance Rover, parte di Mars 2020, è una missione dedicata alla ricerca delle firme lasciate da una possibile antica vita microbica su Marte , e quindi rivolta all'esplorazione della passata abitabilità del pianeta rosso in un sito in particolare che un tempo - probabilmente - godeva delle giuste condizioni. Una vita che viene ricercata principalmente attraverso un trapano, finalizzato a raccogliere campioni per future missioni, ma Perseverance Rover è utile anche al test di nuove tecnologie, come il Mars Helicopter Ingenuity con il quale si testa il primo volo alimentato su Marte.

Le fasi di progettazione sono quelle che contraddistinguono ogni missione spaziale, con qualche fase specifica per la tipologia di missione: 

• Pre-Project Planning: definizione dell'idea di concetto e dei requisiti (Fase A) e disegno preliminare con sviluppo tecnologico (Fase B);
• Science Definition and Instrument Selection: la NASA ha selezionato un team di scienziati per proporre gli obiettivi e i desiderata. Gli scienziati hanno proposto strumenti in grado di raggiungere gli obiettivi;
• Landing Site Selection: tra più di sessanta potenziali siti di atterraggio, è stato scelto il cratere Jezero;
• Assembly and Testing al JPL: assemblaggio e test del rover in una camera pulita al JPL (Fase D);
• Trasporto a Cape Canaveral: il rover è stato portato dalla California alla Florida in vista del lancio;
• Assemblaggio e testing al Kennedy Space Center: ripetizione dei test per l'integrazione finale e il lancio.

Perseverance è stato lanciato il 30 luglio 2020 alle ore 07.50 a.m. EDT per atterrare su Marte il 18 febbraio 2021. Le operazioni sul pianeta rosso sono previste per almeno un anno marziano (687 giorni terrestri circa). 

Scopi scientifici

Le missioni marziane si sono evolute nel tempo rispetto agli scopi scientifici: le prime erano finalizzate alla ricerca di acqua ("Follow the water") per passare poi alla preparazione a future missioni umane, mentre dalla Phoenix in poi si è pensato anche, e forse soprattutto, all'esplorazione dell'abitabilità ("Explore Habitability") e alla ricerca di segni di una vita passata ("Seek Signs of Life"). Questi scopi sono possibili seguendo diverse strade che vanno dalla produzione di ossigeno dall'atmosfera marziana all'identificazione di risorse, come acqua sub-superficiale, al miglioramento di tecniche di atterraggio e allo studio delle condizioni ambientali. Perseverance - e Mars 2020 in generale - si cala nella "Seek Signs of Life" anche se gli scopi del programma Mars 2020 sono riassumibili in realtà in quattro punti principali: 

1. Determinare dove la vita marziana possa essere fiorita: lo scopo viene ricercato tramite studi superficiali dell'ambiente marziano, alla ricerca di biosegnature nei campioni rocciosi in determinati ambienti marziani che un tempo erano favorevoli allo sviluppo di forme di vita microbica;
2. Caratterizzare il clima di Marte: un focus per la missione Perseverance, i cui strumenti cercano le prove di ambienti un tempo favorevoli;
3. Caratterizzare la geologia di Marte: Perseverance è studiato per l'analisi delle rocce al fine di rivelare processi geologici in grado di creare e modificare la crosta marziana nel tempo. Ciascuno strato di roccia contiene la registrazione dell'ambiente passato e proprio da qui si cercano tracce organiche e blocchi vitali;
4. Preparare per future esplorazioni umane: Perseverance deve testare alcune tecnologie che serviranno a sfruttare risorse naturali presenti, monitorando altresì le condizioni per pianificare le future missioni umane  a partire dagli anni Trenta.

Alla luce di questo, gli obiettivi di Perseverance possono essere raggruppati in geologia, astrobiologia, raccolta di campioni e preparazione per missioni umane. 

GEOLOGIA

Caratterizzazione dei processi che hanno formato e modificato le registrazioni geologiche all'interno del campo di esplorazione selezionato per lo studio biologico e delle diversità geologiche;

ASTROBIOLOGIA

Lo studio astrobiologico si basa su:

• determinazione dell'abitabilità dell'ambiente passato;
• ricerca di materiali con potenziale preservazione di biomarcatori;
• ricerca di evidenze potenziali di una vita passata tramite osservazioni

RACCOLTA DI CAMPIONI

Perseverance deve collezionare e documentare i campioni prelevati per un possibile futuro ritorno sulla Terra. I campioni devono essere  selezionati scientificamente documentando perfettamente il contesto del prelievo, assicurando la compatibilità con necessità future qualora la NASA voglia far riportare a Terra il materiale prelevato.

PREPARAZIONE PER MISSIONI UMANE FUTURE

Perseverance deve contribuire a limitare quelli che vengono chiamati Strategic Knowledge Gaps (SKG), ovvero mancanze di conoscenza relativamente a:

• utilizzazione delle risorse in-situ (ISRU - In-Situ Resource Utilization) tramite tecnologie finalizzate a produrre ossigeno e propellente dall'atmosfera marziana;
• caratterizzazione della polvere atmosferica, per dimensione e morfologia, per comprenderne gli effetti nelle operazioni superficiali e sulla salute umana;
• misurazioni meteo superficiali​​​​​​ per validare i modelli atmosferici globali.

Tecnologie impiegate

Entrata, discesa e atterraggio (EDL - Entry, Descent, Landing)

Perseverance utilizza diverse tecnologie innovative di EDL guidato. Il sistema di atterraggio prevede, come Curiosity, un paracadute, un veicolo di discesa e un approccio in grado di far calare il rover tramite un cavo durante gli ultimi secondi prima dell'atterraggio. Il cavo consente di depositare un rover anche molto grande con una precisione maggiore, ma sono previsti anche passi avanti tramite nuove tecnologie come la Terrain-Relative Navigation (TRN), un sistema sofisticato che consente di rilevare ed evitare il terreno più pericoloso, deviando durante la discesa per evitare massi e asperità. La presenza di un microfono consente di analizzare le fasi e potrebbe catturare anche i suoni del rover durante le attività, il che fornirebbe indizi sulla salute del rover stesso.

Operazioni di superficie

Il design del rover è finalizzato a minimizzarei costi e i rischi, visto che ripropone in gran parte quanto già sperimentato con successo da Curiosity. Le ruote, tuttavia, presentano un netto miglioramento e per la prima volta si utilizza un trapano per il carotaggio di campioni di rocce e suolo. I campioni vengono immagazzinati in tubi disposti sulla superficie marziana tramite il "depot caching": una nuova capacità di raccolta, archiviazione e conservazione dei campioni che potrebbe consentire a future missioni di procedere al recupero e al trasporto sulla Terra. Una nuova tecnologia consente di estrarre ossigeno dall'atmosfera, composta in prevalenza da anidride carbonica, per sfruttare le risorse locali. 

La comunicazione

La comunicazione di Perseverance, così come di tutta la missione Mars 2020, utilizza il Deep Space Network (DSN) della NASA; una rete internazionale di antenne che consente la comunicazione tra sonde di esplorazione planetaria e Terra. Il DSN consta di tre complessi distanziati l'un l'altro di 120° in modo da avere una continua visibilità: Goldstone, in California, vicino Madrid in Spagna e vicino Canberra in Australia. Il rover affida la propria comunicazione agli orbiter marziani: dialoga con loro e saranno poi loro a girare i dati alle antenne DSN.

Ultimo aggiornamento del: 24/08/2020 14:28:57

Il vettore e lo spacecraft

Il rover Perseverance ha bisogno di arrivare su Marte e non può farlo da solo: necessita di una spinta di un vettore e soprattutto di un satellite in grado di assicurare la bontà del viaggio e dell'atterraggio sul pianeta rosso.

Il vettore e il lancio

Il vettore di lancio è un Atlas V-541 della United Launch Alliance, alto 58 metri e con massa di 531 mila chilogrammi a pieno carico, già selezionato per i lanci del Mars Reconnaissance Orbiter, di New Horizons, di Mars Science Laboratory e di Juno. I tre numeri presenti nel nome (541) indicano rispettivamente il diametro del "naso" del vettore (circa 5 metri), il numero di booster (4) e il numero di motori centrali Centaur dello stadio superiore (1).

La missione è stata pianificata per sfruttare la migliore posizione orbitale possibile tra Terra e Marte, al fine di richiedere il minor livello di energia per raggiungere il pianeta rosso. 

Scelto tra tanti in base alle capacità di carico necessarie, è stato lanciato il 30 luglio 2020 alle 07.50 a.m. EDT dalla base spaziale di Cape Canaveral Air Force Station, Complex 41. 

Lo spacecraft è il satellite di protezione che consente al rover Perseverance di viaggiare tra Terra e Marte. Viene portato oltre l'atmosfera e la gravità terrestre da un vettore di lancio, dal quale si separa per intraprendere il viaggio verso il pianeta rosso. Include quindi le unità meccaniche che trasportano e manovrano il rover attraverso lo spazio interplanetario e l'atmosfera marziana fino all'atterraggio.

Si compone essenzialmente di tre parti, largamente riprese dal Mars Science Laboratory (Curiosity): 

1. Cruise Stage - modulo incaricato del viaggio tra Terra e Marte, include un aeroshell con scudo termico che ospita rover e sistema EDL
2. EDL System - (Entry, Descent, Landing) modulo per l'ingresso nell'atmosfera marziana. Include un aeroshell, un paracadute, un veicolo di discesa e una struttura per manovrare il rover fino alla superficie, legato a un cavo.
3. Rover - veicolo con ruote e strumenti scientifici per il raggiungimento degli scopi della missione.

Cruise Stage

La fase di Cruise inizia dopo la separazione dal vettore di lancio. Lo spacecraft lascia la Terra a 39.600 chilometri orari per un viaggio che dura circa sette mesi a coprire la distanza di 480 milioni di chilometri. Durante il viaggio, gli ingegneri hanno cinque occasioni (più una manovra di backup e una di contingenza) per aggiustare il percorso e accertarsi che velocità e direzione siano quelli corretti per il cratere Jazero. Le principali attività di gestione della fase di Cruise sono: 

• controllo dello stato di salute dello spacecraft e manutenzione;
• monitoraggio e calibrazione dello spacecraft e dei suoi strumenti di bordo;
• correzione dell'assetto per mantenere l'antenna puntata verso Terra per le comunicazioni e per mantenere i pannelli solari verso il Sole;
• attività di navigazione, operando sulla traiettoria, per determinare e correggere il piano di volo prima dell'ingresso in atmosfera;
• preparazione all'EDL e alle operazioni superficiali, testando la comunicazione.

Gli ultimi 45 giorni rappresentano la fase di approccio, la quale coinvolge attività di navitazione in vista dell'EDL. 

Per seguire in modalità live la fase di Cruise, la NASA mette a disposizione il tool che segue: 

EDL System

Lo spacecraft Mars 2020 ripete, quasi totalmente, quanto operato da Curiosity per le fasi di Entry, Descent e Landing. Puntando il cratere Jezero, Mars 2020 può tuttavia contare su tecnologie migliorate come il Range Trigger, il Terrain-Relative Navigation, MEDLI2 e EDL cameras and microphone. Di seguito, scrollando verso il basso la barra dell'immagine, è possibile ripercorrere le fasi di atterraggio di Curiosity.

RANGE TRIGGER - Rilasciare un rover su Marte è complesso e nelle missioni precedenti si è spesso atterrati nelle vicinanze del target, dovendo poi impiegare molte settimane o mesi per muoversi verso la zona precisa. Mars 2020 ha elaborato una strategia differente e un esempio è la tecnologia Range Trigger la quale riduce la dimensione dell'ellisse di atterraggio in misura superiore al 50%. Una ellisse minore consente di atterrare con maggior precisione e di minimizzare costi e rischi scegliendo il momento giusto per innescare il rilascio del paracadute. Le missioni precedenti rilasciavano il paracadute il prima possibile dopo il raggiungimento della velocità desiderata mentre Mars 2020 rilascia i paracadute in base alla posizione relativa al target di touchdown, il che vuol dire che il paracadute potrebbe essere aperto prima o dopo. Se lo spacecraft sta superando il punto di atterraggio il paracadute si aprirà prima mentre se si sta andando troppo "corti" il paracadute dovrà attendere un po' prima di essere aperto. Si tratta di una tecnologia fondamentale anche per le missioni che in futuro, eventualmente, dovranno riportare a Terra i campioni ottenuti da Mars 2020 visto che potranno atterrare decisamente più vicini ai tubi in superficie.

TERRAIN-RELATIVE NAVIGATION (TRN) - Si tratta di una tecnologia che consente al rover di atterrare con maggiore sicurezza su Marte, soprattutto laddove il suolo è ricco di asperità come grandi rocce (che tra l'altro potrebbero contenere segni di vita passata) o cedimenti. Gli orbiter creano una mappa del luogo di atterraggio, rischi compresi, e Perseverance mantiene questa mappa nel suo "cervello". Durante la discesa con il paracadute, il rover ottiene immagini del suolo che sta approcciando e lo confronta con la mappa. Se si sta dirigendo verso alcune delle zone pericolose, con una ellisse di 300 metri, il rover può cambiare direzione e portarsi verso una zona più sicura. In questo modo è anche possibile visitare luoghi molto interessanti che finora sono stati scartati per i rischi di un atterraggio. Il vantaggio è netto: nelle missioni precedenti l'area di atterraggio dipendeva dal momento del rilascio e la possibilità di errore raggiungeva i 3 chilometri mentre tramite TRN l'errore può essere limitato a 60 metri o meno.

MEDLI2 - MEDLI2 è una nuova generazione di sensori per la fase di EDL, in grado di misurare temperature e pressioni sullo scudo termico e sul corpo della capsula di ingresso. Si basa sulla strumentazione del Mars Science Laboratory (MSL) e il suo nome sta per MSL Entry, Descent and Landing Instrumentation ma a differenza del predecessore non si limita a collezionare dati dallo scudo termico ma anche dal resto del corpo. I dati consentono di validare i modelli per i futuri ingressi in atmosfera, una della fasi più dificili di ogni atterraggio su Marte. 

EDL CAMERE E MICROFONI - Mars 2020 ha una suite di camere in grado di aiutare gli ingegneri a comprendere cosa sta accadendo durante la rischiosa fase di EDL. La suite comprende camere per il paracadute, camere sullo stadio di discesa e una camera sul rover per osservare verso il basso, nonché un microfono per catturare i suoni durante la fase EDL. Oltre ai risultati scientifici, questa suite serve anche dal punto di vista spettacolare, donando a chi vedrà immagini e udirà suoni una sensazione di atterraggio mai conosciuta prima durante i famosi "sette minuti di terrore".

Ultimo aggiornamento del: 25/08/2020 10:55:15

Il rover Perseverance

Molto simile a Curiosity ma con innovazioni tecnologiche in grado di far raggiungere risultati molto attesi in vista di una futura missione marziana con equipaggio. Struttura e strumenti del rover Perseverance

Il rover Perseverance di Mars 2020 si basa sul Mars Science Laboratory Curiosity: una struttura delle dimensioni di una automobile, con tre metri di lunghezza, 2.7 di larghezza e 2.2 di altezza) e con un peso di 1.025 chilogrammi, risulta più leggero di una auto.

Le sue componenti somigliano molto a quelle di ogni essere umano e possono essere riassunte come segue: 

• CORPO - Protegge gli organi vitali del rover. Chiamato WEB (Worm Electronics Box), è una costruzione molto resistente il cui strato esterno protegge computer e elettronica. Chiuso sul lato superiore dal Rover Equipment Deck, il quale consente una base alle camere. Di nuovo rispetto a Curiosity è la technology toolbox, visto che Perseverance può campionare minerali nonché trapanare. I campioni vengono poi immessi in dei tubi da sistemare sulla superficie di Marte per essere raccolti, eventualmente, da altre missioni nel futuro. Nuove sono anche le ruote, più robuste rispetto a quelle di Curiosity.
• CERVELLO - Computer per processare le informazioni. Il computer è chiamato Rover Compute Element (RCE) e all'interno del corpo coesistono due unità identiche in modo da avere backup e maggiore potenza di calcolo. Il computer si interfaccia direttamente con tutti gli strumenti del rover. Il processore centrale è un BAR RAD 750 operante a 200 MHz, dieci volte più veloce di Spitit e Opportunity. Per la memoria sono previsti 2 GB di flash, 256 MB di RAM e 256 KB di EEPROM. Si tratta di una quantità di memoria mai raggiunta prima e in grado di tollerare estreme radiazioni. Un Inertial Measurement Unit (IMU) fornisce una informazioni a tre assi sulla posizione, la quale consente al rover di ottenere movimenti molto precisi durante la navigazione e sulla superficie. Il computer ha il compito di registrare la salute del rover, sfruttando appositi sensori, controllando a loop il sistema intero nonché la comunicazione attraverso continuo scambio di telemetria. Perseverance ha un computer dedicato alla navigazione, in modo da lasciare il computer scientifico esclusivamente per le analisi.
• CONTROLLO DI TEMPERATURA - Strumentazione di misura del calore interno e dell'insolazione;
• COLLO E TESTA - un albero per le camere in modo da donare al rover una visione a misura d'uomo;
• OCCHI E ORECCHIE - camere e strumenti di misurazione ambientale, che verranno approfonditi in seguito;
• BRACCIO E MANO - estensione necessaria per il prelievo dei campioni. Misura 2.1 metri ed è in possesso di 5° di libertà resi possibili da motori chiamati "rotary actuators". Alla fine del braccio è presente una sorta di mano ("turret") in grado di gestire camere scientifiche, minerali e analizzatori chimici per lo studio della passata abitabilità di Marte. Su questa parte sono presenti gli strumenti SHERLOC e WATSON, PIXL, GDRT, Ground Contact Sensor e Drill (il trapano a percussione che deve estrarre campioni rocciosi dalla superficie tramite fori da 27 millimetri)
• CERCHI E GAMBE - strumenti di mobilità del rover, già utilizzati sul Mars Science Laboratory, sul Pathfinder e sui Mars Exploration Rovers. Quando il rover si muove su un terreno sconnesso, il sistema di sospensione consente di mantenere un peso costante su ciascuna delle ruote minimozzando anche l'inclinazione del rover stesso, sebbene il rover riesca a gestire una inclinazione di 45° in ogni direzione. La velocità del rover, rispetto agli altri, è molto elevata potendo raggiungere i 152 metri orari;
• POTENZA ELETTRICA -  l'alimentazione è necessaria per i movimenti e le operazioni nominali del rover e per questo Perseverance trasporta un sistema di alimentazione a radioisotopi in grado di produrre un flusso di elettricità derivante dal calore del decadimento radioattivo del plutonio. La sorgente di potenza è chiamata Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), la quale converte calore dal decadimento radioattivo in elettricità caricando le due batterie primarie. Il calore viene utilizzato anche per mantenere la strumentazione alle giuste temperature. Il generatore si trova nella parte posteriore del rover, occupando uno spazio di 64 centimetri per 66 centimetri con un peso di circa 45 chilogrammi. Produce 110 watts al lancio, con una diminuzione di pochi punti percentuali per anno di attività. Ci sono due batterie ricaricabili al litio per gestire i picchi di domanda per le attività più dispendiose che eccedono l'elettricità in output offerta da MMRTG. Il propellente è circondato da diversi strati protettivi riducendo il rischio legato a incidenti;
• COMUNICAZIONE - Perseverance ha tre antenne per la comunicazione, disposte sull'equipment deck e in grado di fornire flessibilità operativa e opzioni di backup in caso di danneggiamenti. Le antenne sono la Ultra-High Frequency Antenna, la X-band High-Gain Antenna e la X-band Low-Gain Antenna. 
  • Ultra-High Frequency Antenna: è l'antenna utilizzata più spesso, lavora a 400 MHz per comunicare con la Terra sfruttando il ponte offerto dagli orbiter, con i quali scambia messaggi fino a 2 megabits al secondo. In generale occorrono tra 5 e 20 minuti per scambiare un segnale radio tra Terra e Marte, dipendendo dalla posizione. 
  • X-band High-Gain Antenna: antenna manovrabile, in modo da poter puntare verso specifiche direzioni senza alterare la posizione del rover e risparmiando energia. Può trasmettere dati direttamente con la Terra da 7 a 8 GHz (X-band) e si trova nella zona centrale del deck, con forma esagonale di 0.3 metri di diametro. La trasmissione avviene a 160/500 bps con le antenne da 34 metri del DSN e a 800/3000 bps con le antenne da 70 metri. 
  • X-band Low-Gain Antenna: antenna utilizzata principalmente per ricevere segnali. Si tratta di una antenna omni--direzionale che trasmette direttamente con Terra senza bisogno di essere puntata. Lavora da 7 a 8 GHz alla velocità di 10 bps con le antenne da 34 metri e a 30 bps con quelle da 70 metri.

Le camere di Perseverance

Il rover Perseverance ha diverse camere focalizzate o ingegnerizzate su diversi task scientifici: alcune aiutano durante l'atterraggio su Marte mentre altre vengono utilizzate come occhio sulla superficie durante la navigazione superficiale. 

In generale si può fare distinzione tra: 

1. Descent Imaging Cameras;
2. Engineering Cameras;
3. Science Cameras

DESCENT IMAGING CAMERAS FOR LANDING

Curiosity atterrò su Marte registrando le fasi di discesa e landing tramite la Mars Descent Imager (MARDI) camera, fornendo una visione spettacolare ma anche un aiuto incredibile agli scienziati, aiutandoli a comprendere cosa accade durante le fasi più rischiose della missione ma anche a localizzare con estrema precisione il punto di touchdown. Su Mars 2020 Perseverance esistono diverse camere e un microfono in grado di documentare la fase di ingresso e touchdown tramite un video a colori. Si tratta di camere e microfoni assemblati a partire da hardware commerciale di facile reperibilità, in virtù del fatto che si tratta di strumentazione opzionale e non richiesta come parte fondamentale della missione. Questa camera include: 

1. una camera "Up Look" che riprende la fase di apertura del paracadute;
2. una camera "Down Look" che riprende il rover dall'alto durante la discesa;
3. una camera "Up Look" sul rover per vedere le fasi di discesa nel momento in cui Perseverance viene sganciato; 
4. una camera "Down Look" sul rover per l'osservazione del suolo.

Oltre ad avere valenza scientifica e a fornire dati utili sulla discesa, camere e microfono saranno considerate uno strumento per il pubblico, fornendo una visione coinvolgente di tutte le fasi di atterraggio riproducendo dal vivo i "sette minuti di terrore" che per Curiosity vennero simulati al computer. Il ruolo principale è quello di ottenere immagini, sopra e sotto il rover, durante la discesa.

ENGINEERING CAMERAS

Si tratta di una nuova generazione di camere basate sulle capacità delle camere utilizzate nelle missioni precedenti, in grado di fornire ulteriori dettagli, a colori, circa il suolo intorno al rover. Le funzioni vanno dalla misurazione del terreno per una guida sicura al controllo dello stato delle ruote fino al supporto alle operazioni di campionamento. Alcune camere aiutano nella determinazione del modo migliore per approcciare i target scientifici con il rover stesso. Le camere di questo gruppo, che utilizzano lo stesso corpo (con il peso inferiore a 425 grammi) ma si differenziano per le lenti selezionate, sono: 

1. Hazard Avoidance Cameras (HazCams) - sono presenti sei HazCams, delle quali quattro poste sul lato anteriore e due sulla griglia del corpo del rover. Il compito è rintracciare i rischi lungo il percorso del rover, come grandi massi, dune di sabbia o fratture sul terreno. Le camere vengono utilizzate anche per vedere i movimenti del braccio meccanico e per ottenere immagini e misurazioni delle rocce e del suolo campionato. Durante il tragitto, il rover si ferma spesso per ottenere immagini stereo lungo il percorso al fine di ricostruire delle mappe in tre dimensioni che aiutano Perseverance a prendere decisioni autonome senza attendere ogni volta decisioni da Terra.
2. Navigation Cameras (Navcams) - si tratta di due camere a colori che aiutano gli ingegneri a impostare una navigazione sicura, soprattutto quando il rover opera in autonomia. Si trovano in alto sul rover, separate da 42 centimetri come due occhi, e possono osservare oggetti grandi come palline da golf da una distanza di 25 metri. 
3. CacheCam - si tratta della camera per il campionamento del materiale, la quale ottiene immagini dei campioni e dei tubi di raccolta da depositare al suolo. Il compito principale è quindi osservare i campioni e i tubi dopo le operazioni e ottenere immagini microscopiche prima del loro rilascio. 

SCIENCE CAMERAS 

1. Mastcam-Z - coppia di camere che ottiene immagini a colori e video, immagini tridimensionali, tramite delle lenti ad alto potere di zoom (proprio allo zoom è dovuta la "z" nel nome). Come la Mastcam su Curiosity, la Mastcam-Z di Mars 2020 consiste quindi di due camere duplicate montate a due metri di altezza, sull'albero del rover, poste affiancate e puntate nella stessa direzione per ottenere immagini stereo da elaborare in tre dimensioni. Ottengono 148 Mb di dati per Sol marziano con una qualità di colore di 2 Mpx, una dimensione di immagine di 1600x1200 pixel e una risoluzione da 150 micron per pixel a 7.4 millimetri per pixel, in base alla distanza di scatto.
2. SuperCam - la camera è in grado di sparare un laser verso i target minerali e analizzare la vaporizzazione della roccia al fine di rivelarne la composizione chimica, come la ChemCam di Curiosity. L'area colpita ha una dimensione inferiore al millimetro e viene centrata da più di sette metri di distanza. Lo scopo è ricercare composti organici che potrebbero essere collegati a una vita passata su Marte: quando il laser colpisce la roccia crea del plasma e lo spettrografo registra lo spettro, in grado di rivelare la composizione. Può ritornare 4.2 Mb al giorno.
3. PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry)- la camera utilizza la fluorescenza a raggi X per identificare gli elementi chimici in target piccoli come grani di sale. E' in possesso di una Micro-Context Camera che fornisce immagini in grado di correlare la composizione chimica con le caratteristiche visibili dell'area. Ritorna 2 MB al giorno.
4. SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) - lo strumento è in possesso di spettrometri e di un laser ma utilizza anche una macro camera per ottenere close-up estremi delle aree di studio, fornendo un contesto che consente agli scienziati di osservare strutture in grado di raccontare la storia dell'ambiente di formazione delle rocce. Il nome è dovuto a Sherlock Holmes, un detective che risolve i casi utilizzando il metodo forense, comprendendo osservazioni scientifiche e ragionamenti logici. SHERLOC osserva e misura, come il personaggio, ed è coadiuvato da WATSON per la risoluzione dei problemi.
5. WATSON - si tratta di uno dei tools della "mano" del braccio meccanico, identica alla cmera MAHLI di Curiosity. Cattura immagini ad ampio campo per ogni informazione di dettaglio ottenuta da SHERLOC, fornendo una visione di textures e strutture nelle rocce marziane e della superficie. Può muoversi intorno al braccio robotico, fornendo ulteriori immagini del rover e dei target geologici. Ad esempio, può essere puntata verso l'esperimento MOXIE per monitorare quanta polvere viene accumulata per l'estrazione dell'ossigeno.

Gli altri strumenti scientifici di Perseverance

A completare il kit di strumenti a disposizione di Perseverance sono presenti: 

1. MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) - set di sensori in grado di fornire misurazioni di temperatura, velocità e direzione del vento, pressione, umidità relativa e dimensione e forma della polvere. I sensori si trovano nella parte interna e anteriore del corpo del rover e forniscono circa 11 MB di dati al giorno.
2. MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) - Tecnologia di investigazione in grado di produrre ossigeno dall'anidride carbonica che riempie l'atmosfera marziana, come fanno le piante. Si trova dentro il rover, nel lato anteriore destro e ha una massa di 17.1 chilogrammi. Riesce a produrre 10 grammi di ossigeno ogni ora, con operazioni che vengono schedulate durante il corso della missione.
3. RIMFAX (Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment) - Un radar in grado di penetrare il suolo fornendo risoluzione alla scala dei centimetri della struttura geologica sub-superficiale. Si trova nella griglia bassa del rover e occupa un volume di 196x120x66 millimetri, lavorando nel range tra 150 e 1200 MHz e ritornando da 5 a 10 KB per locazione. Riesce a penetrare fino a dieci metri, dipendendo dal materiale del sottosuolo, ottenendo misurazioni ogni 10 centimetri.

Mars Helicopter: Ingenuity

Agganciato a Perseverance è anche il Mars Helicopter, il primo drone mai progettato per volare su Marte e battezzato Ingenuity (ingegnosità). Si tratta di un oggetto di dimostrazione tecnologica di volo controllato su un altro pianeta, un drone utile a dimostrare la viabilità di questa nuova frontiera di esplorazione planetaria. Il drone è in grado di offrire un punto di vista unico, inaccessibile a rover e a satelliti, potendo ottenere immagini ad alta definizione di terreni difficili da raggiungere. Un progetto che ovviamente presentava tantissime incognite sui problemi che avrebbero potrebbero presentarsi e che infatti ci sono stati, parzialmente. Le dimensioni sono 0.49 metri di altezza con un sistema di pale - che ruotano 2400 volte al minuto - ampio 1.2 metri. La massa è di 1.8 chilogrammi e l'alimentazione avviene tramite pannelli solari. Le comunicazioni avvengono tramite rete wireless. A bordo sensori e due camere. A bordo c'è un piccolo pezzo di stoffa che ha coperto una delle ali del primo velivolo utilizzato dai fratelli Wright nel 1903. 

Nei mesi successivi all'atterraggio del 18 febbraio 2021, l'elicottero è stato posizionato sulla superficie per testarne il volo nella tenue atmosfera marziana il 3 aprile 2021. Importante è stato anche il superamento della prima fredda notte marziana, con temperatura al di sotto dei -90°, il che vuol dire che i sistemi di riscaldamento sono funzionanti ma nonostante questo il primo volo è stato più volte rimandato a causa di alcune problematiche presumibilmente software, tali da costringere i tecnici NASA a una attenta analisi telemetrica. La NASA considera l'operazione altamente rischiosa, creando l'alea di terrore che sempre contraddistingue la modalità di marketing dell'agenzia statunitense, ma in ogni caso si è reso necessario, tra l'altro, un aggiornamento del firmware di Ingenuity sfruttando il ponte offerto dal Mars Reconnaissance Orbiter e da Perseverance stesso. Una volta effettuato l'aggiornamento, l'elicottero è stato fatto volare il 19 aprile 2021 per circa 40 secondi, raggiungendo l'altezza massima di tre metri. I comandi, lanciati alle ore 6.31 italiane, hanno trovato risposta nella telemetria giunta al Deep Space Network soltanto alle ore 12.15. Il dimostratore, le cui eliche misurano 1.2 metri l'una e che contro-ruotano a 2400 giri al minuto, ha raggiunto quindi lo scopo di dimostrare come sia possibile un volo controllato su un altro pianeta. Il video che segue, girato dalla camera di Perseverance, riprende il primo volo dell'elicottero.

Il secondo volo dell'elicottero è datato 22 aprile 2021, con una attività di 52 secondi che ha portato il velivolo a 5 metri di altezza. Durante il viaggio, il piccolo elicottero si è librato brevemente inclinandosi e accelerando lateralmente, girandosi per puntare la videocamera in diverse direzioni. Il terzo decollo, datato 25 aprile 2021, ha portato Ingenuity a cinquanta metri di distanza dal punto di decollo, con un movimento a due metri al secondo per un totale di ottanta secondi di volo. Il tutto è stato ripreso da Perseverance, anche se la camera non è riuscita a seguire l'intero volo lasciandone una parte fuori inquadratura. 

Dopo tre voli per dimostrare la fattibilità di questo tipo di esplorazione, l'elicottero viene utilizzato per fare un po' di scienza tramite l'estensione di un mese della sua vita operativa. Giunge così il quarto volo il 30 aprile 2021 mentre il quinto, effettuato il 7 maggio 2021, ha portato l'elicottero fino a 10 metri di altezza e a 129 metri di distanza dal punto di decollo atterrando, per la prima volta, in un luogo diverso da quello di avvio e che Ingenuity stesso ha consentito di scegliere durante la ricognizione del quarto volo.

Il primo problema, che ha portato a un sesto volo decisamente agitato, è stato legato a un errore nella temporizzazione della navigazione. L'elicottero è riuscito ad atterrare ma la mancata registrazione di una immagine nel sistema di navigazione ha mandato in crisi la sequenza temporale e la ricerca automatica della posizione. Questo ha comportato una inclinazione in avanti e indietro di circa 20 gradi, con picchi di consumo energetico anomali. L'entrata in funzione di un sistema integrato extra ha consentito di adagiare Ingenuity circa 5 metri distante dal luogo previsto.

Durante l'undicesimo, datato 4 agosto 2021, l'elicottero ha fotografato Perseverance. 

Gli altri voli sono un aiuto notevole alla mappatura in gran dettaglio del terreno, tanto che - ad esempio - il quindicesimo volo del 16 agosto 2021 non ha raggiunto volutamente i dieci metri di altezza ma si è fermato a otto proprio per aumentare la risoluzione dei dettagli. 

Nel frattempo, mentre l’elicotterino era impegnato nelle sue evoluzioni, il rover Perseverance metteva al sicuro il campione di roccia raccolto il primo settembre. È di oggi infatti la conferma che anche quest’ultimo passaggio della delicata operazione ha avuto successo. In un primo tempo, nonostante le immagini avessero mostrato l’avvenuta raccolta del campione, era rimasta qualche incertezza sull’effettivo avvenuto stoccaggio all’interno del portacampioni in titanio. Dubbi dissipati dalle immagini scattate dalla Mastcam-Z, che confermando la presenza della roccia hanno consentito dare il via al trasferimento all’interno del rover – dove gli sono state scattate le ultime foto e dove è stato sigillato – in attesa dalla futura missione di recupero dei campioni per il trasporto sulla Terra.

Ultimo aggiornamento del: 18/09/2021 13:57:33

Le operazioni di superficie e il cratere Jezero

Una volta giunto sul suolo marziano, il rover Perseverance inizia il proprio lavoro di misurazione e campionamento. Un lavoro di raccolta e messa a disposizione dei campioni per future missioni che potranno riportarli sulla Terra

Il luogo scelto per l'atterraggio è, come anticipato, il cratere Jezero, un'area che alla NASA ritengono aver ospitato nel passato flussi d'acqua sotto forma di un delta di fiume. Più di 3.5 miliardi di anni fa, i canali attraversavano il cratere creando un lago e l'evidenza di quest'acqua è presente in minerali di argilla presenti nel bacino. Al tempo stesso, il cratere potrebbe aver quindi ospitato vita microbica durante uno o più eventi, una vita che potrebbe aver lasciato segni. 

Prima di giungere alla scelta di Jezero sono stati analizzati più di sessanta luoghi candidati in uno studio di cinque anni. Jezero è ampio 45 chilometri e si trova sul perimetro ovest di una pianura chiamata Isidis Planitia, a Nord dell'equatore (18.4°N - 77.5°E). La pianura deve essere stata scavata da un impatto (Isidis Impact) in grado di scavare una conca di 1200 chilometri di diametro, cratere che ha poi ospitato un ulteriore impatto minore, all'origine di Jezero. Al suo interno, lo strumento CRISM del MRO ha rivelato argille, materiali che necessitano di acqua. Le rocce studiate da Perseverance dovrebbero avere una età di 3.6 miliardi di anni.  

Le operazioni di superficie sono pianificate per un anno marziano (687 giorni terrestri) a partire dall'atterraggio del 18 febbraio 2021. Queste operazioni si riassumono con: 

1. ricerca di rocce che si sono formate o sono state alterate in ambienti in grado di supportare la vita microbica (Obiettivo A)
2. ricerca di rocce in grado di preservare tracce di biomarcatori (Obiettivo B)
3. trapanare campioni di rocce e regolite e depositarli sulla superficie marziana (Obiettivo C)
4. testare l'abilità di produrre ossigeno a partire dall'atmosfera marziana a supporto delle future missioni umane (Obiettivo D)

Il primo passo è quindi identificare delle rocce target, ovvero quelle nate o alterate da processi che coinvolgono l'acqua. Queste rocce sono tanto più interessanti quanto più contenenti anche blocci a base di carbonio visto che alcune possono preservare tracce di vita per miliardi di anni. Queste rocce vengono poi campionate tramite perforazione fino a 5 centimetri di profondità e i campioni vengono inseriti in tubi a tenuta. I tubi vengono trasportati fino a un deposito, scelto dagli scienziati, sulla superficie marziana, a disposizione di future missioni.

Il 20 aprile 2021 Perseverance ha dato vita alla prima conversione, seppur minima, di anidride carbonica in ossigeno con monossido di carbonio come sottoprodotto, un passo fondamentale per la missione: si tratta di una dimostrazione tecnologica che potrebbe rivelarsi utile per le future versioni definitive. In totale sono stati prodotti 5 grammi di ossigeno, equivalenti a dieci minuti di ossigeno respirabile per un astronauta in attività normale. Alla fine, lo strumento dovrebbe poter arrivare a 10 grammi di ossigeno ogni ora.

Il 1 giugno 2021 è iniziata la prima fase della campagna scientifica, finalizzata alla rilevazione delle rocce più antiche. Il 6 agosto 2021 c'è stato il primo tentativo di ottenere un campione da riportare sulla Terra ma, sebbene le operazioni siano state compiute con successo, nessuna traccia di suolo è stata recuperata. E' stata quindi utilizzata una camera sul braccio robotico per cercare di capire cosa possa essere accaduto, ma si presume che il materiale sia stato rappresentato esclusivamente da polvere e frammenti così minuti da non essere stati trattenuti. Un mese dopo, il primo settembre 2021, e dopo essersi spostato di mezzo chilometro, Perseverance è riuscito nel campionamento ai "danni" della roccia Rochette, oggetto del carotaggio posto sul crinale Citadelle di 900 metri di lunghezza e costellato di rocce.

Un secondo campionamento di successo, sempre sulla stessa roccia, è avvenuto il 7 settembre 2021. I due campioni cilindrici prelevati dal carotaggio sono lunghi circa sei centimetri e hanno il diametro di una normale matita. Il nome che è stato loro assegnato è rispettivamente Montdenier e Montagnac.

Entrambi i campioni sembrano avallare l'idea di un antico contatto con l'acqua per un periodo relativamente lungo: Rochette è una roccia basaltica, forse vulcanica, con cristalli utili alla datazione radiometrica e sembra contenere dei sali legati proprio all'attraversamento da parte dell'acqua. Non è noto se i pori della roccia possano contenere ancora oggi, intrappolate, delle gocce dell'antica acqua marziana.

A dicembre 2021 un ulteriore prelievo di campione della roccia Issole è riuscito con successo ma nel momento in cui il campione è stato spostato verso l'interno del rover alcuni detriti sono rimasti nel tubo di raccolta creando anomalie. Il problema è stato reso pubblico dalla NASA il 7 gennaio ed è stato prontamente risolto ruotando il carosello per poi riportarlo nella posizione iniziale. 

Ultimo aggiornamento del: 29/01/2022 17:55:14