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Ingenuity, il primo elicottero su Marte

24 giugno 2020
Il piccolo velivolo cercherà di dimostrare che il volo motorizzato e controllato è possibile su un altro pianeta. Ma il solo trasportarlo sulla superficie di Marte richiederà molta ingegnosità.

L'Ingenuity Mars Helicopter della NASA viaggerà con il rover Perseverance attraverso 505 milioni di chilometri di spazio interplanetario per raggiungere Marte. Ma per il team che sta lavorando al primo test di volo sperimentale su un altro pianeta, progettare gli ultimi 13 centimetri del viaggio è stata la parte più impegnativa di tutte. Per muoversi in sicurezza lungo quei 13 cm - la distanza che Ingenuity percorrerà dallo spazio in cui è riposto sul rover alla superficie di Marte - è stato inventato il geniale Mars Helicopter Delivery System.
"Ingenuity è diverso da qualsiasi altro elicottero costruito perché il volo controllato su Marte è diverso da qualsiasi altro luogo su cui sia stato tentato prima" ha affermato MiMi Aung, project manager del Mars Helicopter presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA. "E poi abbiamo dovuto capire come fare l'autostop per chiedere un passaggio verso Marte e discendere in sicurezza dal rover Mars 2020 Perseverance."
La fusoliera quadrata di Ingenuity (che ospita computer, macchine fotografiche e batterie) ha le dimensioni di una palla da softball (20x16x14 cm). Ma se guardi appena fuori da essa troverai molti altri elementi importanti tra cui un'antenna, un pannello solare, le gambe per l'atterraggio e due rotori che misurano 1,2 metri di diametro - che rendono difficile stivare e dispiegare l'elicottero. L'intero pacchetto pesa all'incirca sui 2kg.
"In una missione che prevede l'invio di un rover su Marte anche l'aggiunta di una sola rondella di solito è fonte di dibattito" ha affermato Chris Salvo, responsabile dell'interfaccia dell'elicottero della missione Mars 2020 presso JPL. "L'Ingenuity Mars Helicopter è un grande, fragile e unico assemblaggio di componenti hardware, diverso da qualsiasi altra cosa la NASA abbia mai ospitato in una missione planetaria".
Gli ingegneri di missione hanno considerato ogni angolo disponibile sul telaio del rover per la loro insolita aggiunta, compreso un braccio robotico. Alla fine atterreranno sul ventre di Perseverance che, su un tratto relativamente piatto della superficie del Pianeta Rosso, dovrebbe offrire circa 67 centimetri di altezza da terra. Sebbene ciò possa sembrare molto alto (per es. un SUV terrestre ne fornisce circa un terzo), il sistema di dislocamento riduce tale distanza a circa 6 cm e Ingenuity è alto circa 49 cm, è qui che entra in gioco il problema dei 13 centimetri.
"Non c'è molto spazio in cui poterci muovere", ha detto Salvo, "ma abbiamo scoperto che se si monta l'elicottero in orizzontale, ne abbiamo a sufficienza per svolgere il lavoro."



Il dispiegamento

Ingenuity verrà dispiegato circa due mesi dopo l'atterraggio di Perseverance il 18 febbraio 2021. Durante le prime operazioni di superficie sia il team del rover che quello dell'elicottero saranno alla ricerca di potenziali campi di aviazione: uno spazio di 10 x 10 metri relativamente piatto, livellato, e privo di ostruzioni e osservabile da Perseverance quando il rover si troverà alla distanza di un campo da calcio.
Intorno al 60° giorno marziano (o sol) della missione, Perseverance lascerà cadere lo scudo di grafite del Mars Helicopter Delivery System a protezione dell'elicottero durante l'atterraggio. Quindi verrà posto al centro del campo di volo prescelto. Circa sei giorni dopo, in seguito a controlli e verifiche eseguite dai team del rover e dell'elicottero, verrà inviato al Mars Helicopter Delivery System il segnale per iniziare a svolgere le sue operazioni.
Il processo di spiegamento inizierà con il rilascio di un meccanismo di blocco che mantiene l'elicottero in posizione. Quindi un dispositivo pirotecnico taglia-cavo si accenderà, consentendo a un braccio caricato a molla che trattiene l'elicottero di iniziare a ruotare Ingenuity dalla sua posizione orizzontale. Lungo la strada, un piccolo motore elettrico distenderà il braccio fino a quando non si blocca, portando il corpo dell'elicottero completamente verticale con due delle sue gambe di atterraggio dispiegate. Un altro taglio dei cavi pirotecnico rilascerà le ultime due gambe.
"E nel frattempo, il sistema di distribuzione dovrà mantenere le connessioni elettriche e dei cavi di dati tra rover ed elicottero fino a quando non è pronto per essere deposto", ha affermato David Buecher, responsabile del sistema di distribuzione presso il Lockheed Martin Space di Denver, che ha costruito il sistema. "Ho lavorato in passato su un certo numero di sistemi di distribuzione per lo spazio, ma questo era su un altro livello."
Se tutto andrà bene, i controllori di missione comanderanno il rilascio del sistema di dispiegamento e Ingenuity procederà per gli ultimi 13 centimetri. Una volta confermato il corretto appoggio, a Perseverance verrà comandato di allontanarsi in modo che l'elicottero possa iniziare a ricaricare le batterie con il suo pannello solare. A quel punto avrà inizio la missione di 30 sol per i test di volo di Ingenuity.
L'Ingenuity Mars Helicopter è un test di volo sperimentale di nuova tecnologia. Le future missioni su Marte potrebbero arruolare elicotteri di seconda generazione per aggiungere una dimensione aerea alle loro esplorazioni. Potrebbero fungere da esploratori per gli equipaggi umani, trasportare piccoli carichi utili o indagare su scogliere, grotte, crateri profondi e altre destinazioni non ancora visitate o difficili da raggiungere. Ma prima che ciò accada, un veicolo di prova deve dimostrare che sia possibile farlo.
E prima che il veicolo di prova possa effettuare questi test, deve poter atterrare in sicurezza sulla superficie di Marte.
"Ingenuity ha bisogno di Perseverance", ha detto Aung. "Il Mars Helicopter Delivery System è un geniale gizmo e solo uno degli esempi di come la missione Mars 2020 stia funzionando, al di là della chiamata per accogliere il nostro progetto di test. Insieme a esso e l'elicottero, hanno dovuto incorporare nel rover una stazione elettronica di base e un antenna dedicate interamente alle operazioni dell'elicottero. I nostri team hanno dovuto lavorare a stretto contatto per far funzionare questo complesso sistema. Quando Ingenuity si alzerà in volo, sarà un risultato che tutti quanti potremo condividere".

Perseverance decollerà durante la finestra di lancio tra il 20 luglio e l'11 agosto per atterrare su Marte nel cratere Jezero 18 febbraio 2021.

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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