InSight – approfondimento sulla missione della NASA

InSight, la nuova missione marziana della NASA è in arrivo sul Pianeta Rosso. L’obiettivo? Studiare l’interno di Marte per capirne più a fondo i processi che lo hanno interessato durante la sua formazione. Questo vuole essere un approfondimento sulla missione, sui suoi obiettivi e sulla sua strumentazione.

InSight (Interior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) è un lander per la misura delle proprietà interne del Pianeta Rosso, attraverso l’analisi sismica, termica, e del nucleo planetario. Rispondere a molti interrogativi riguardo l’interno di Marte darebbe la possibilità di rispondere a molti interrogativi riguardo la formazione dei pianeti terrestri e del Sistema Solare in generale, grazie all’ampliamento di dati rispetto al solo caso della nostra Terra.

Oltre al lander, insieme ad InSight viaggiano anche due Mars Cube One, due piccoli satelliti cubici (dei cubesat) con l’obiettivo di testare nuove tecnologie miniaturizzate per l’analisi planetaria. La possibilità di utilizzare cubesat è estremamente interessante in quanto sarebbe possibile inviare attorno ad un pianeta intere flotte di questi satellitini a basso costo così da ottenere facilmente una rete globale di copertura della superficie o dell’atmosfera e da molti studiosi è ritenuto il futuro della ricerca interplanetaria. Sono i primi due cubesat ad operare in orbita intorno ad un altro pianeta e testeranno per primi una nuova tecnologia miniaturizzata per le comunicazioni attraverso lo spazio profondo (deep space communication equipement)

Tabella di Marcia

  • Lancio: 5 maggio 2018 alle 4:05 PDT dal Vandenberg Air Force Base in California a bordo di un Atlas V 401
  • Viaggio: 432 924 056 km durante i quali sono avvenute le misure di calibrazione e di controllo del funzionamento delle componenti
  • Atterraggio: 26 novembre 2018 alle 11:47 PST, vicino all’equatore a 4.5°N 135.9°E, nell’Elysium Planitia a 550 km da Curiosity, 2600 da Spirit, 8400 da Opportunity
  • Durata nominale: un anno marziano (circa due anni terrestri), fino al 24 novembre 2020

Obiettivi scientifici

InSight ha due obiettivi fondamentali:

  1. Comprendere la formazione e l’evoluzione dei pianeti terrestri attraverso l’analisi della struttura interna e dei processi che la interessano su Marte
  2. Determinare la presenza di attività tettonica e da impatto

Per conseguire tali obiettivi, la strumentazione di InSight si occuperà di

  • determinare lo spessore e la struttura della crosta di Marte;
  • determinare la composizione e la struttura del mantello;
  • determinare la dimensione, la composizione e lo stato fisico del nucleo;
  • determinare lo stato termico dell’interno del pianeta;
  • misurare il livello e la distribuzione geografica dell’attività sismica;
  • misurare il tasso di impatto delle meteoriti sulla superficie;

Il sito d’atterraggio

La posizione dei vari siti di atterraggio delle missioni marziane. Credits: NASA/JPL

InSight atterrerà nell’Elysium Planitia, la piana dei Campi Elisi, una regione pianeggiante selezionata principalmente per questioni di integrità della sonda. La presenza di massi o di un terreno irregolare rischierebbe infatti di compromettere la missione, danneggiando la sonda. Essendo l’obiettivo di InSight quello di studiare l’interno del pianeta, infatti, non è di interesse la composizione della superficie e delle rocce che la ricoprono. Il punto esatto di atterraggio è sito nella parte occidentale della Planitia, poco sopra l’equatore (a 4.5°N) e ad appena 600 km di distanza dal cratere di Gale, il sito di atterraggio di Curiosity.

Per selezionare questo punto di atterraggio sono stati valutati circa 22 candidati nel corso di vari workshops tra il 2013 ed il 2015. Tutti e 22 si trovavano nella Elysium Planitia, in quanto è uno dei pochissimi luoghi sulla superficie marziana che rispetta le due principali necessità della sonda: doveva infatti essere un punto vicino all’equatore per avere la giusta insolazione ai pannelli solari, ed inoltre serviva una bassa altitudine per avere sufficiente atmosfera per rallentare la sonda durante l’atterraggio.

Strumenti scientifici

Il lander di InSight ha tre strumenti scientifici principali: SEIS, HP3 e RISE.

  • SEIS: il Seismic Experiment for Interior Structure è uno strumento a forma di cupola che viene appoggiato dal lander direttamente sulla superficie marziana per ascoltare le sue vibrazioni sismiche, siano esse causate terremoti o da impatti di meteoriti. Un insieme di strumenti che analizzano i venti, la pressione, la temperatura ed i campi magnetici aiutano a rendere più precisa l’analisi dello strumento, rendendo possibile la separazione delle vibrazione legate all’ambiente esterno (ad esempio le vibrazioni dovute al vento) e non alla sismicità. L’analisi delle onde sismiche darebbe anche un forte contributo all’analisi dell’interno del pianeta, in quanto la loro propagazione è fortemente dipendente dalla composizione e dallo stato fisico delle rocce o di eventuali liquidi;
  • HP3 lo Heat Flow and Physical Properties Probe è una sonda che investiga a circa 5 metri di profondità nella superficie marziana, più a fondo di qualunque analisi precedentemente fatta dagli strumenti che hanno visitato e analizzato la superficie marziana. Il suo compito principale sarà quello di misurare il calore proveniente dall’interno del pianeta così da comprenderne anche le possibili sorgenti;
  • RISE: il Rotation and Interior Structure Experiment traccia precisamente la posizione del lander con estrema precisione in modo tale da poter misurare i moti del polo Nord di Marte durante la sua orbita attorno al Sole. L’analisi di queste osservazioni daranno anche informazioni sul nucleo di Marte, aiutando a comprendere se è liquido e quali elementi, oltre al ferro, possano essere presenti in esso;

Modalità d’atterraggio

InSight ospita in se l’esperienza delle precedenti missioni NASA verso il pianeta rosso. Come sappiamo, l’atmosfera marziana è densa solo l’1% di quella terrestre (con una pressione nell’ordine degli 0,8 kPa). Ciò significa che c’è molto poco spazio per effettuare la manovra di aerofreno e che sia la portanza e sia la resistenza aerodinamica offerta dall’atmosfera marziana sono molto inferiori rispetto quella terrestre, il che comporta al paracadute di avere meno effetto, soprattutto a basse velocità.

Per ovviare a questo problema si sono adottate delle modalità di atterraggio che prevedono oltre la manovra di aerofreno attraverso lo scudo termico del guscio e l’uso del paracadute supersonico degli ulteriori metodi per assorbire il resto dell’energia cinetica del veicolo, sia attivi che passivi, come retrorazzi ed ammortizzatori.

In questo caso, dopo l’apertura del paracadute supersonico e dell’aeroguscio (Aeroshell) attraverso il rilascio dello scudo termico, InSight verrà sganciato dal suo involucro e lasciato cadere verso il suolo sospinto dai suoi 6 retrorazzi.

Illustrazione dell’azione dei retrorazzi in prossimità del suolo marziano durante l’atterraggio. Credits: NASA/JPL-Caltech

Accoppiati 2 a 2 sui vertici di una geometria triangolare (due per ogni angolo) permettono alla sonda di decelerare gradualmente e finire la discesa a velocità costante, garantendone la stabilità. La residua energia cinetica verrebbe assorbita dagli ammortizzatori nelle zampe d’atterraggio.

Il sistema è stato progettato per operare anche in caso nel luogo d’atterraggio dovesse trovarsi una tempesta di sabbia, e ripropone la stessa tecnologia usata per la sonda Phoenix Mars Lander del 2008.

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