Progettazione e test del lander più pesante mai atterrato su Marte
Progettazione del lander per la missione Mars Sample Return
L’ingegnere Abel Dizon spiega come vengono condotti i test di caduta per un prototipo di lander progettato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA per la campagna Mars Sample Return. Il rover Perseverance della NASA continua a raccogliere tubi pieni di campioni di rocce per la pianificata campagna Mars Sample Return. Questo sforzo congiunto tra NASA e ESA (Agenzia Spaziale Europea) mira a riportare sulla Terra campioni scientificamente selezionati da Marte per essere studiati con attrezzature di laboratorio molto più complesse di quelle che potrebbero essere portate sul Pianeta Rosso. Gli ingegneri sono impegnati nella progettazione del Sample Retrieval Lander che aiuterebbe a portare quei campioni sulla Terra. Come parte di questo sforzo, stanno testando prototipi delle gambe e dei piedini del lander presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA in California meridionale.
• Atterraggio del lander più pesante su Marte
• Test e affinamento del design del lander
• Test di caduta e affinamento del design
• Test di resistenza e limiti di carico del lander
Atterraggio del lander più pesante su Marte
La NASA sta applicando ciò che ha appreso nel corso di decenni di atterraggi su Marte di successo al concetto di Sample Retrieval Lander, che sarebbe il veicolo spaziale più grande mai atterrato su Marte, pesante fino a 2.275 chilogrammi. Oltre a fare affidamento su paracadute di nuova generazione e 12 motori a razzo per rallentare la discesa del veicolo spaziale su Marte, il lander avrebbe bisogno delle sue gambe per aiutare ad assorbire l’impatto dell’atterraggio.
Il veicolo spaziale trasporterebbe un razzo che lancerà i campioni di Perseverance accuratamente confezionati verso un orbiter in attesa. Un braccio robotico di 2,5 metri, fornito dall’ESA, caricherebbe quei tubi di campioni nel razzo. Il lander potrebbe trasportare fino a due mini-elicotteri per fungere da backup per recuperare i tubi depositati in un deposito di campioni. Quindi, il lander deve essere robusto.
Test e affinamento del design del lander
Test di caduta e affinamento del design
Per capire come l’energia sarebbe assorbita durante l’atterraggio, gli ingegneri del JPL hanno condotto test di caduta all’inizio di quest’anno che informeranno il design e i test successivi. Una serie di test ha coinvolto la caduta di un modello di lander in scala 3/8 su un pavimento duro, mentre l’altra si è concentrata su un piedino a grandezza naturale che si schianta su un suolo marziano simulato. Il team può applicare ciò che osservano durante i test mentre affinano il design.
Test di resistenza e limiti di carico del lander
“C’è già una differenza notevole tra questo lander e il design con cui abbiamo iniziato”, ha detto Morgan Montalvo, un ingegnere del JPL che lavora sui test. Il team ha anche testato i “limitatori di carico” del lander – aste di acciaio che collegano il suo telaio alle sue gambe. Quando le gambe si muovono durante l’atterraggio, le aste sono costrette a piegarsi, assorbendo parte dell’impatto. I limitatori sono stati utilizzati su lander passati come InSight, ma sono più grandi su questo prototipo e saranno ancora più grandi sul design finale.
Test del piedino del lander
I test del piedino a grandezza naturale del lander sono stati condotti in una scatola riempita con 4.536 chilogrammi di suolo polveroso, simile a quello di Marte. Di circa 41 centimetri di diametro, il piedino piatto e rotondo si attacca a un montaggio con quasi mezza tonnellata di pesi in ferro.
Patrick DeGrosse, il responsabile del banco di prova, ha osservato durante un test come il piede del lander si è immerso nel suolo, lasciando un’indentazione profonda mentre sollevava una nuvola di polvere. L’impatto ha scosso le pareti dell’edificio. In seguito, le telecamere ad alta velocità hanno mostrato come l’energia si irradiava dal piedino.
“Non vogliamo che i piedi del lander affondino così tanto che il fondo del lander colpisca la superficie”, ha detto DeGrosse. “E vogliamo assicurarci che il lander sia molto stabile sulla superficie. Deve essere robusto perché il lander è anche una piattaforma per il decollo del razzo”.
Dopo ogni test, DeGrosse ricostruisce il letto di suolo 10 centimetri alla volta, compattando il materiale per assicurarsi che sia compresso come gli scienziati si aspettano che sia su Marte. Le condizioni devono anche essere coerenti per il team per capire come il piedino interagisce con il suolo. Quindi DeGrosse ripete questo processo che richiede tempo quattro volte al mese.
“Devi ricostruire Marte più volte per fare questo test”, ha detto.