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Venerdì, 03 Agosto 2012 20:01

Atterraggio di MSL-Curiosity su Marte, i dettagli

Redazione mediaGEO

 CuriosityLanding

 

Questa pagina verrà aggiornata nei prossimi giorni.
Controllatela spesso per le novità tra cui i tempi precisi da usare per seguire gli eventi descritti.

 

La fase EDL (Entry, Descent and Landing) del Mars Science Laboratory, un 'rover' avanzato del peso di 900 Kg, è una delle avventure tecnologiche più complesse mai realizzate nel corso dell'esplorazione del cosmo. In questo breve articolo proveremo a delineare i fatti salienti di questa emozionante fase della missione, in cui 10 anni di lavoro, un sostanzioso 'budget' e le speranze di moltissimi scienziati, convergeranno in quei cosiddetti "sette minuti di terrore". La fase EDL ha come momento chiave l'inizio dell'ingresso nell'atmosfera marziana che avviene ad una quota di 125Km e ad una velocità di 5900 metri al secondo (m/s). Questo istante è detto Entry Interface (interfaccia di ingresso), o più semplicemente EI. Tutti i tempi sono riferiti a questo istante. Nella descrizione che segue forniremo i tempi relativi all'evento EI. Facendo partire un cronometro in tale istante sarà così possibile seguire in tempo reale (vedi poi) la successione degli eventi fino all'atterraggio.

 

Nel seguito i tempi indicati sono in ora italiana (UTC+2) e sono i tempi in cui gli eventi avvengono realmente. A terra avremo indicazione degli stessi con un ritardo di 13 minuti e 48 secondi.

 

EI - 2 ore

Siamo al termine della lunga fase di crociera iniziata con il lancio nel Novembre dello scorso anno. Viene effettuato l'ultimo controllo di navigazione per verificare che la traiettoria sia rimasta nei parametri previsti per un atterraggio nella zona designata (interno del cratere Gale).

 

EI - 10 minuti (ore 07:00:47 italiane)

Lo stadio di crociera, che ha contribuito al controllo del veicolo fino ad ora, si separa. MSL è ora composto di quattro elementi principali:

un guscio aerodinamico esterno contenente anche i paracadute, o 'aeroshell' uno scudo termico per sostenere l'intenso riscaldamento durante l'ingresso nell'atmosfera, o 'heatshield' uno stadio con propulsione a razzo per la fase finale di discesa il 'rover' Curiosity

Componenti di MSL

 

EI - 9 minuti, 30 secondi

Vengono stabilite le comunicazioni anche usando la sonda Mars Odissey come ripetitore. Infatti la fase finale dell'atterraggio avviene in un momento tale per cui la zona di atterraggio non è più visibile dalla Terra (in pratica il nostro pianeta è tramontato rispetto ad un osservatore in quella zona di Marte). Per assicurare una ricezione continua di informazioni si usano altri satelliti in orbita intorno a Marte (tra cui Mars Express dell'ESA) come ripetitori.

 

EI - 9 minuti

Il veicolo viene stabilizzato sull'assetto richiesto per l'ingresso nell'atmosfera.

 

EI - 5 minuti e 49 secondi

Vengono rilasciati due pesi (per un totale di 150Kg) per spostare il centro di gravità del veicolo in modo tale da consentirne un controllo aerodinamico e correggere eventuali variazioni di traiettoria durante il volo ipersonico.

 

EI, Entry Interface (ore 07:10:46 italiane)

Il veicolo si trova a circa 125 Km di quota e ad una velocità di 5900 m/s (pari a 21240 Km/ora). Inizia la fase di ingresso nell'atmosfera con un controllo attivo sia della distanza da percorrere che della direzione. L'obiettivo è un'ellisse ampia al più 3 Km all'interno del cratere Gale ed alla base di una montagna di circa 5000 metri di quota.

 

EI + 1 minuto e 25 secondi

L'attrito con l'atmosfera sta rallentando il veicolo ed allo stesso tempo lo sta scaldando. Si raggiunge il picco di temperatura a circa 2100 °C ed una decelerazione di quasi 13 G.

 

EI + 3 minuti e 50 secondi

Lo sbilanciamento del centro di massa creato prima dell'ingresso nell'atmosfera viene eliminato eiettando altri 6 pesi (per un totale di altri 150 Kg).

 

EI + 4 minuti e 5 secondi

Viene dispiegato il paracadute principale a velocità ancora supersonica. Il veicolo si trova a 11 Km di quota e ad una velocità di 450 m/s (pari a 1620 Km/ora) e la decelerazione prodotta del paracadute avrà un picco a 9 G.

 

EI + 4 minuti e 34 secondi

Una volta stabilizzata la discesa con il paracadute lo scudo termico viene separato dal resto del veicolo esponendo i sensori del 'rover' e dello stadio con la propulsione a razzo, attivando quelli necessari alla discesa finale.

 

EI + 4 minuti e 42 secondi

Il radar di atterraggio inizia a fornire dati (non solo di altitudine e velocità di discesa, ma anche di velocità di spostamento orizzontale) indispensabili per il seguito.

 

EI + 5 minuti e 4 secondi

La Terra non ha più visibilità diretta del veicolo e le comunicazioni avvengono ora esclusivamente tramite il ripetitore della sonda Mars Odissey.

 

EI + 5 minuti e 45 secondi

Ad una quota tra 1,6 e 2 Km, ed una velocità di 120 m/s (pari a 432 Km/ora) il guscio aerodinamico esterno, al quale è collegato il paracadute, si separa e nello stesso istante si accendono gli 8 razzi per la discesa controllata. I motori vanno dalla potenza minima alla massima in soli 3 secondi e, dopo uno spostamento laterale per evitare il guscio aerodinamico ed il paracadute, per poi iniziare a ridurre la velocità verticale a 20 m/s ed annullare quella orizzontale.

 

EI + 5 minuti e 25 secondi

I razzi vengono ridotti a 4 ad una quota di soli 21 metri dalla superficie. La velocità verticale è di soli 0,75 m/s (pari a 2,7 Km/ora) e tale velocità verrà mantenuta fino al contatto del 'rover' con la superficie.

 

EI + 6 minuti e 28 secondi

Inizia la separazione del 'rover' dallo stadio con propulsione a razzo. Le ruote ed i meccanismi che assicurano la mobilità del veicolo sulla superficie vengono liberati.

 

EI + 6 minuti e 33 secondi (ore 07:17:20 italiane)

Il 'rover' viene calato mediante un cavo che si svolge (il metodo 'sky-crane') verso la superficie fino al contatto, pochi secondi dopo, causato dalla continua discesa a velocità costante di 0,75 m/s dello stadio con propulsione a razzo.

 

Contatto + 2,7 secondi

Dopo il contatto con la superficie i cavi vengono rilasciati e lo stadio con propulsione a razzo aumenta la spinta dei motori allontanandosi lateralmente per evitare non solo di cadere sopra il 'rover', ma anche di non contaminare la zona che verrà esplorata. Dopo 5 secondi i motori verranno spenti e lo stadio lasciato precipitare.

 

Conclusioni

La fase EDL dura meno di 7 minuti. In questo breve intervallo di tempo MSL passerà dalla velocità orbitale al contatto morbido con la superficie di Marte in maniera completamente autonoma, utilizzando tecniche, sensori, software e componenti che derivano da anni ed anni di esperienza del JPL in missioni di esplorazione planetaria. Questa fase specifica è però la cosa più difficile mai tentata dal JPL ed è costituita da una catena precisa di eventi (molto più complessa di quella da noi descritta) nessuno dei quali deve fallire, pena il fallimento dell'intera missione. Basti pensare ai 72 dispositivi pirotecnici (per le varie separazioni), oppure alle più di 500000 righe di software che controlleranno la fase EDL, o anche ai diversi sensori che dovranno concorrere a fornire dati agli algoritmi di guida, navigazione e controllo per l'atterraggio. Tutto deve funzionare perfettamente: non ci possono essere secondi tentativi ed in generale tutti i margini sono abbastanza limitati.

 

Una nota sui tempi

L'unico tempo su cui si può essere veramente sicuri è quello dell'istante di ingresso nell'atmosfera (Entry Interface) alle 07:10:46 ora italiana (che per noi sulla Terra corrisponderà alle 07:24:34. La fase ipersonica è soggetta a variazioni nella pressione e densità atmosferica e di conseguenza l'apertura del paracadute (definita dal raggiungimento di una certa velocità) potrebbe avvenire con un errore di +/- 20 secondi. Per lo stesso motivo la discesa con il paracadute potrebbe variare da - 55 a + 170 secondi. Ulteriori piccole variazioni si potrebbero avere nel conseguimento della velocità costante di discesa sotto controllo dei razzi.

Ufficialmente, dal 'press-kit' della NASA, la durata minima della fase EDL, dalla Entry Interface al Touchdown è di 380 secondi, mentre la durata massima è di 460 secondi.

Aeronike


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