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Un elicottero volerà nei cieli di Marte

La NASA ha annunciato che la sonda che verrà lanciata verso Marte tra meno di due anni, trasporterà oltre all'ormai classico rover anche un piccolo elicottero a guida autonoma.
La missione, per ora nota con il nome Mars 2020, si pone sul solco delle precedenti missioni esplorative della superficie marziana mediante rover, iniziata con Spirit e Opportunity nel 2004 e seguita da Curiosity nel 2011 (articolo precedente --> qui).
Marte (credit: NASA)
Ammetto che l'idea di vedere un elicottero solcare i cieli marziani è molto intrigante, tale da trasportarci in scenari da film di fantascienza. La realtà sarà tuttavia un poco diversa data la tipologia di elicottero, il cui progetto ha dovuto tenere conto di tre variabili chiave: trasporto fino al pianeta; atmosfera marziana; "guidabilità" e autonomia.

Trasporto
L'elicottero dovrà essere caricato in uno spazio abbastanza ristretto quale la "stiva" (ed è un eufemismo definirla tale) della sonda che è a sua volta parte minima del razzo necessario per mandarla nello spazio. Ogni oggetto aggiunto alla sonda comporta un aumento esponenziale del carburante necessario per l'invio in orbita, ben evidente nel costo aggiuntivo richiesto per ogni oggetto trasportato. In generale per kg di carico aggiuntivo sono necessari 7 kg in più di carburante; per inviare un litro (1 kg) di acqua alla ISS con il razzo Dragon di SpaceX (che ha il pregio di essere riutilizzabile) il costo aggiuntivo è di circa 20 mila dollari!
Per approfondimenti circa la propulsione necessaria per un volo spaziale vi rimando alla equazione del razzo di Tsiolkovsky.
Quindi sommando la necessità di peso ridotto e dimensioni contenute, il prototipo prescelto avrà la dimensione di un mini-drone

Atmosfera
L'atmosfera marziana è ben diversa da quella terrestre sia in termini qualitativi che quantitativi. In assenza di ossigeno ogni ipotesi di motore a combustione viene meno (anche se ci fosse una stazione di rifornimento sulla superficie) ma quello che più importa qui è la minore pressione atmosferica (quindi densità dell'aria); la pressione atmosferica marziana è circa l'1% di quella terrestre alla superficie. Non bisogna essere ingegneri aeronautici per capire come la portanza di un velivolo in tali condizioni sia problematica, equivalente a quella di un velivolo a 30 mila metri di quota sulla Terra. Dato che l'altezza maggiore mai raggiunta da un elicottero è di circa 12 km, volare su Marte comporta problemi aerodinamici del tutto nuovi.
Il "volo" nell'atmosfera terrestre (wikipedia)
Volo autonomo
L'elicottero(-ino) dovrà essere capace di volo autonomo e di una certa autonomia. La distanza dalla Terra impedisce un controllo in tempo reale (serve qualche minuto per fare arrivare il segnale) quindi dovrà essere capace di fare autocorrezioni; non ci sarà nessuno che possa andarlo a recuperare in caso di energia esaurita, ragione per cui dovrà sempre usare il rover come punto di riferimento.

Stante le problematiche, i ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA sono stati a lungo indecisi se aggiungere o meno il drone al carico principale, la nuova versione del rover marziano. E' di inizio maggio la decisione che il vantaggio potenziale di ottenere una visione a "volo d'uccello" della superficie marziana supera il rischio di un drone incapace di librarsi in quell'atmosfera; alla peggio la missione verterà, come previsto all'inizio, sul rover.

Come potrebbe apparire il mini elicottero sulla superficie marziana (credit: NASA/JPL)

Il mini-elicottero avrà dimensioni contenute (1 metro) e un peso (sulla Terra) di soli 1,8 kg. Le pale ruoteranno circa 10 volte più velocemente di quello che sarebbe necessario qui, proprio per la necessità di creare uno spostamento d'aria sufficiente a tenerlo in volo in una atmosfera rarefatta. Dove alloggiarlo è stato un'altra scelta complicata; deve essere protetto ma facilmente sganciabile dalla sonda Mars 2020.

Come si prevede avverrà "l'atterraggio" del rover sulla superficie
Gli ingegneri del JPL hanno optato per la parte laterale del rover in modo che sia facilmente sganciabile dopo l'avvenuto contatto con il suolo. Il piano prevede almeno cinque voli autonomi nei primi 30 giorni con una autonomia di qualche minuto. 

Di seguito il video descrittivo rilasciato dalla NASA
 Se non vedi il video --> Youtube

Immagine computerizzata del rover, come da progetti del 2017
(credit: NASA/JPL Caltech via wikipedia)

La strumentazione che verrà montata sul rover Mars 2020.

Il lancio è previsto per luglio 2020, grazie ad un razzo Atlas (prodotto dalla United Launch Alliance) con arrivo a destinazione a febbraio 2021.

Il luogo dell'atterraggio non è ancora stato scelto. Tre sono i candidati:  NE Syrtis Major; Jezero crater; Gusev crater. Maggiori dettagli  --> NASA

Image credit: NASA
Articoli precedenti sul tema --> "Missione Marte"

Fonti
-  Mars 2020 Mission Overview
Sito ufficiale della missione NASA
-  Mars Helicopter to Fly on NASA’s Next Red Planet Rover Mission 
- Designing A Mars Rover To Launch In 2020
NASA
- Video risalente al 2015 quando cominciò a maturare l'idea di inviare il mini-elicottero
--> https://www.jpl.nasa.gov/video/details.php?id=1355

- Mars compared to Earth
universetoday.com

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