Pronti al lancio i due satelliti della missione ESCAPADE della NASA su Marte

Due satelliti gemelli dell’UC Berkeley soprannominati Blue e Gold verranno lanciati all’inizio di novembre: la missione della NASA mapperà il campo magnetico e l’atmosfera di Marte in 3D, gettando le basi per l’esplorazione umana.

La prima missione a doppio satellite su un altro pianeta, ESCAPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) della NASA, è prevista per il lancio non prima di domenica 9 novembre da Cape Canaveral, in Florida.

I due veicoli spaziali identici sono gestiti e gestiti dall’Università della California, Berkeley, e voleranno in formazione per mappare i campi magnetici, l’atmosfera superiore e la ionosfera di Marte in 3D, fornendo la prima vista stereo dell’ambiente unico vicino allo spazio del Pianeta Rosso.

Ciò che troveranno aiuterà gli scienziati a capire come e quando Marte ha perso la sua atmosfera e fornirà informazioni chiave sulle condizioni del pianeta che potrebbero influenzare le persone che atterrano o si stabiliscono su Marte.

“Capire come varia la ionosfera sarà una parte davvero importante per capire come correggere le distorsioni nei segnali radio di cui avremo bisogno per comunicare tra di noi e per navigare su Marte”, ha detto il ricercatore principale di ESCAPADE Robert Lillis dello Space Sciences Laboratory (SSL) dell’UC Berkeley.

La coppia di satelliti, che arriverà su Marte nel 2027, è stata soprannominata Blue and Gold in onore dei colori scolastici dell’UC Berkeley. Saranno gestiti dal centro operativo di missione (MOC) di SSL sulle colline sopra il campus di Berkeley.

Gli strumenti scientifici, i bracci dispiegabili e i computer per l’elaborazione dei dati sono stati costruiti dalla UC Berkeley e dai suoi partner, mentre la navicella spaziale ESCAPADE è stata costruita da Rocket Lab USA, con sede a Long Beach, in California.

La missione della NASA sarà trasportata nello spazio da un razzo New Glenn costruito da Blue Origin, con sede nel Kent, Washington.

Mappare i campi magnetici del pianeta e la loro risposta alla meteorologia spaziale è importante perché Marte non ha né un campo magnetico globale come quello terrestre, né una spessa atmosfera per proteggere la superficie dalle dannose tempeste solari.

Di conseguenza, chiunque viva sulla superficie dovrà proteggersi dalle radiazioni di particelle ad alta energia che danneggiano il DNA, aumentando il rischio di cancro. Un livello di radiazione di fondo dalla nostra galassia, la Via Lattea, è sempre presente su Marte, ha detto Lillis, ma l’anno scorso il rover Curiosity della NASA ha documentato un’intensa tempesta solare che ha consegnato in un giorno l’equivalente di 100 giorni di questo fondo “normale”.

“Effettueremo le misurazioni meteorologiche spaziali di cui abbiamo bisogno per comprendere il sistema abbastanza bene da prevedere le tempeste solari le cui radiazioni potrebbero danneggiare gli astronauti sulla superficie di Marte o in orbita”, ha detto Lillis.

Oltre alle sue missioni principali, ESCAPADE sarà anche pioniere di una nuova rotta o traiettoria verso Marte. In genere, le missioni su Marte vengono lanciate in una finestra ristretta – solo poche settimane ogni 26 mesi – che consente al veicolo spaziale di prendere il percorso più efficiente in termini di consumo di carburante: un percorso ellittico che consente al veicolo spaziale di uscire dall’orbita terrestre e inserirsi nell’orbita di Marte al momento giusto per catturare il Pianeta Rosso mentre sfreccia.

Le traiettorie richiedono in genere tra i sette e gli 11 mesi. Tutte le missioni su Marte fino ad ora hanno utilizzato questo percorso, chiamato Hohmann Transfer, che ha limitato i lanci a questo allineamento una volta ogni due anni tra la Terra e Marte.

ESCAPADE si dirigerà invece prima verso un punto di Lagrange – un luogo in cui l’attrazione gravitazionale del sole e della Terra sono uguali – e girerà intorno ad esso in una pigra orbita a forma di fagiolo di 12 mesi che alla fine lo riporterà verso la Terra all’inizio di novembre 2026.

Al suo massimo avvicinamento, ESCAPADE accenderà i suoi motori per fiondare intorno alla Terra e dirigersi verso Marte durante il suo allineamento biennale con la Terra.

Se gli esseri umani hanno in programma di colonizzare Marte in futuro, centinaia di migliaia di navi con e senza equipaggio dovranno uscire durante ogni allineamento, ha detto Lillis.

Dal momento che la Terra ha un numero limitato di rampe di lancio e i ritardi meteorologici e tecnici sono comuni, la traiettoria flessibile che ESCAPADE sperimenterà potrebbe consentire a tutti questi veicoli spaziali di lanciare nel corso di molti mesi, “in coda” prima di sfrecciare su Marte durante l’allineamento planetario.

“Possiamo lanciarci su Marte quando i pianeti non sono allineati? ESCAPADE sta aprendo la strada a questo”, ha detto Jeffrey Parker di Advanced Space LLC, uno dei partner della NASA su ESCAPADE, in una conferenza all’inizio di quest’anno.

Obiettivi scientifici

Gli esperimenti costruiti presso l’UC Berkeley sono andati su Marte per quasi 60 anni, svelando la sua atmosfera, i campi magnetici e la meteorologia spaziale per capire cosa ha modellato il pianeta che vediamo oggi. Berkeley ha costruito gli strumenti per la missione Mars Global Surveyor della NASA, lanciata nel 1996 e che ha scoperto che Marte ha perso il suo campo magnetico globale circa 4 miliardi di anni fa. Berkeley ha ora gli strumenti per due missioni in corso – MAVEN della NASA, lanciata nel 2013, e la sonda Emirates Mars Mission Hope, lanciata nel 2020 – che stanno ancora monitorando l’atmosfera di Marte e scoprendo nuovi tipi di aurore.

Queste missioni hanno dimostrato che, sebbene Marte manchi di un campo magnetico globale come quello terrestre, ha campi magnetici localizzati causati dalla sua crosta fortemente magnetizzata.

Questi “campi crostali” sono i resti di un campo magnetico globale scomparso da tempo che magnetizzava le rocce mentre si raffreddavano o venivano alterate dall’acqua.

“Marte ha questo magnetismo crostale irregolare che si traduce in campi magnetici che sono localmente forti anche se generalmente molto più deboli del campo terrestre”, ha detto Lillis. “Sono efficaci nel spingere il vento solare fino a 1.500 km di distanza dalla superficie”.

Essendo la più recente missione guidata da Berkeley, le due sonde di ESCAPADE voleranno in orbite diverse attorno al pianeta, fornendo una visione 3D di come l’atmosfera marziana risponde ai cambiamenti del vento solare, un flusso rafficato di particelle cariche a un milione di miglia all’ora dal sole.

L’obiettivo è capire meglio come il vento solare energizza le particelle e le aiuta a fuggire nello spazio. La fuga di acqua e altri gas atmosferici negli ultimi 4 miliardi di anni ha portato a un’atmosfera sottile e sottile, meno dell’1% della densità di quella terrestre.

“Capire come il vento solare guidi diversi tipi di fuga atmosferica è un pezzo chiave del puzzle dell’evoluzione climatica di Marte. ESCAPADE ci offre quella che si potrebbe definire una prospettiva stereoscopica: due diversi punti di vista contemporaneamente”, ha detto Lillis.

I dati potrebbero aiutare a determinare cosa è successo all’acqua che un tempo riempiva laghi e fiumi su Marte, almeno episodicamente, fino a 2 miliardi di anni fa, e se è ancora disponibile nel sottosuolo per essere sfruttata dai futuri coloni marziani.

“Le prove geologiche mostrano che Marte una volta aveva dell’acqua su di esso, e per mantenere l’acqua, è necessaria un’atmosfera spessa”, ha detto il fisico spaziale Shaoxui Xu, vice ricercatore principale della missione.

“Quindi sappiamo che c’era un’atmosfera abbastanza densa su Marte una volta, ma ora è molto tenue. Ci sono solo due modi per l’atmosfera di andarsene: andare nel terreno o fuggire nello spazio, e ci sono molti studi che dimostrano che la fuga ha contribuito in modo molto significativo all’evoluzione dell’atmosfera”.

Capire come il vento solare influenza l’atmosfera superiore, o ionosfera, ha anche implicazioni per le comunicazioni sulla superficie del pianeta, dal momento che i segnali radio rimbalzanti sulla ionosfera consentono la comunicazione oltre l’orizzonte.

Un nuovo modo di fare le cose

Lillis e colleghi lavorano a ESCAPADE dal 2016, quando la NASA ha fornito i fondi iniziali per uno studio concettuale. Ciò ha portato alla proposta del programma SIMPLEx della NASA, o Small Innovative Missions for Planetary Exploration program, nel 2018, che mirava a finanziare le missioni per una frazione del costo delle missioni tipiche. ESCAPADE è stata selezionata per il finanziamento nel 2019.

Mentre gli ingegneri SSL progettavano e costruivano gli esperimenti, Rocket Lab USA, leader globale nei servizi di lancio e nei sistemi spaziali, progettava e costruiva il veicolo spaziale per trasportare gli strumenti e li integrava e li testava nel complesso dell’azienda a Long Beach.

Il costo per consegnare il veicolo spaziale alla rampa di lancio nel 2024 è stato di 49 milioni di dollari.

“ESCAPADE rappresenta un nuovo modo di fare le cose, con costi molto più bassi, un maggiore coinvolgimento commerciale e una tolleranza al rischio un po’ più elevata”, ha detto Lillis. “L’affidabilità dei singoli componenti e sottosistemi è migliorata, quindi è possibile inviare due veicoli spaziali su Marte per circa un decimo di quello che sarebbe costato 10 o 15 anni fa”.

Il lancio della missione era originariamente previsto durante una finestra di allineamento planetario nell’autunno del 2024 a bordo del lancio inaugurale del razzo New Glenn.

Quando questo è stato ritardato oltre la breve finestra di allineamento planetario, ESCAPADE è stato riprogrammato per il secondo volo di New Glenn questo autunno e una traiettoria completamente nuova verso Marte.

Una volta che i satelliti arriveranno su Marte, impiegheranno circa sette mesi per stabilirsi in orbite più basse che sono sincronizzate “in modo che siano essenzialmente nella stessa orbita, seguendosi l’un l’altra come un paio di perle su un filo”, ha detto Lillis.

“Questo è importante dal punto di vista scientifico perché ci consente di monitorare la variabilità del sistema su scala temporale breve. Non sappiamo cosa sia in questo momento perché le missioni che ci hanno preceduto, come MAVEN e l’europea Mars Express, hanno dovuto aspettare fino all’orbita successiva, circa quattro o cinque ore dopo, per vedere quali sono le condizioni in una particolare regione”, ha detto Lillis.

“Quando abbiamo due veicoli spaziali che attraversano quelle regioni in rapida successione, possiamo monitorare come queste regioni variano su scale temporali da due minuti a 30 minuti. Prima dovevamo aspettare diverse ore. Quindi questo ci permetterà di fare davvero misurazioni che non abbiamo mai fatto prima e di caratterizzare un sistema molto dinamico in un modo che non potevamo caratterizzare prima”.

Gli strumenti dell’UC Berkeley a bordo includono due analizzatori elettrostatici per misurare il flusso e l’energia delle particelle, sia atomi ionizzati che elettroni, che fuoriescono da Marte.

“Sapremo in quale direzione (le particelle) stanno andando e quali energie hanno, il che ci dice se stanno tornando su Marte o se sono in grado di lasciare Marte”, ha detto Gwen Hanley, membro del team scientifico di SSL.

“Possiamo imparare molto sul modo in cui le particelle fluiscono e sui campi elettrici che accelerano ioni ed elettroni e sull’ambiente locale di Marte”, ha aggiunto Phyllis Whittlesey, responsabile scientifico dell’analizzatore elettrostatico di elettroni.

Gli scienziati del Goddard Space Flight Center della NASA hanno contribuito con un rilevatore di campo magnetico, mentre i ricercatori della Embry-Riddle Aeronautical University della Florida hanno costruito un dispositivo per misurare le particelle cariche, o plasma, intorno al veicolo spaziale. Una fotocamera di bordo della Northern Arizona University fotograferà la polvere e l’aurora del pianeta.

Nonostante tutto il suo interesse per Marte, Lillis ammette che non vorrebbe visitarlo. Con una pressione atmosferica estremamente bassa, il sangue bollirebbe senza una tuta a pressione, ha detto.

E le persone dovrebbero probabilmente vivere e lavorare sottoterra per gran parte della giornata per ridurre al minimo l’esposizione alle radiazioni cosmiche che colpiscono la superficie.

“Sarà sicuramente una sfida stabilire un insediamento umano su Marte”, ha detto. “Ma, sai, gli esseri umani sono tenaci, giusto?”

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