È giunto il momento di fare un bilancio sereno ma rigoroso di Exomars 2016, la missione dell’Esa che ha portato in orbita marziana un satellite europeo. Un programma molto importante che ha visto uno sforzo italiano notevole dovuto alla nostra leadership in tutta la missione. Il satellite nell’orbita di Marte è il Trace Gas Orbiter (TGO), che ora sta compiendo le prime orbite, piuttosto ellittiche, che gli consentono di effettuare dei passaggi al pericentro, attraversando l’alta atmosfera di Marte, e quindi di rallentare progressivamente con una frenata aerodinamica fino a raggiungere l’orbita finale circolare a 400 Km di altezza. Un’operazione lunga conosciuta come aerobraking, ma che consente di risparmiare una grande quantità di combustibile. Gli strumenti di bordo, due europei e due russi, più il trasponder per le trasmissioni di prossimità con gli elementi sulla superficie, sono stati accesi e sono tutti in buona salute e daranno i loro primi dati a fine novembre.
IL LANDER SCHIAPARELLI
L’altro elemento fondamentale della missione era l’Entry-Descend and Landing Demostrator Module-Edm, chiamato Schiaparelli. Un dimostratore, appunto, progettato per acquisire in Europa la capacità di effettuare le tre manovre fondamentali necessarie per operare sulla superficie di un altro pianeta con atmosfera: l’ingresso, la discesa e l’atterraggio. L’enfasi sulla presenza di un’atmosfera è necessaria in quanto questo è l’elemento chiave che diversifica totalmente l’atterrare su un corpo come la Luna, dove le manovre sono determinate solo dalla velocità iniziale e dalla gravità locale, ovvero un processo del tutto deterministico, dall’atterrare in presenza di un elemento variabile sia per densità locale sia per i suoi possibili moti. Manovra ancora più complessa se si è in presenza di un’atmosfera molto rarefatta e difficile come quella di Marte. L’entry avviene a velocità ipersonica, nel caso di Schiaparelli era 21mila Km/h, ed è possibile solo utilizzando uno scudo aerodinamico protetto da un materiale ablativo a bassa conducibilità termica per preservare il lander dalle temperature che si sviluppano in questa fase. Quando la velocità si approssima alla subsonica, per Edm era di 1650 Km/h, si può attivare il meccanismo di espulsione del paracadute che frena il lander fino a qualche decina di metri al secondo.
IL PROBLEMA DELL’ATTERRAGGIO
A questo punto, le strategie di atterraggio si diversificano. Se si hanno masse contenute si può fare affidamento sugli airbag, altrimenti si devono usare retrorazzi. In effetti, non è solo una questione di peso, ma anche di precisone di atterraggio. Gli airbag fanno rimbalzare e rotolare il lander in maniera del tutto non controllata. Con i retrorazzi si può arrivare a scegliere la zona di atterraggio con precisione, come dimostrato dal sistema Sky Crane di Nasa. In altri termini, per future missioni nelle quali gli elementi di superficie dovranno poter essere accessibili, la scelta obbligata è quella dei retrorazzi. Scelta fatta fin dalla fase iniziale per l’Edm. Altro elemento importante per il successo dell’atterraggio è la selezione del landing site, che viene effettuata da un team di scienziati esperti di geologia marziana. L’Edm ha eseguito correttamente le due manovre iniziali, le più rischiose, ovvero l’entry e descent: il computer di bordo ha attivato i vari sottosistemi, aperto correttamente il paracadute, separato lo scudo termico, acceso i retrorazzi e, come previsto, trasmesso tutti i dati di discesa, che tra l’altro significa il successo dei due esperimenti scientifici, Amelia e Comar. Poi qualcosa lo ha ingannato, ha spento i retrorazzi, ha acceso Dreams come se fosse atterrato, trasmesso il suo segnale e si è messo in ibernazione. Purtroppo l’altezza era sbagliata. L’analisi tecnica di dettaglio è in corso, ma alcune conclusioni si possono anticipare. Il progetto dell’Edm è sostanzialmente corretto e i sistemi di bordo hanno funzionato regolarmente fino a circa 2.500 metri di altezza. Il sistema è diventato instabile ed è andato in errore con l’aumentare della densità atmosferica, quando i fattori a più alta variabilità diventano predominanti e dove diventano fondamentali i preventivi test end-to-end, mentre le simulazioni numeriche dicono poco. Per questa ben nota variabilità, con il pieno supporto degli Stati membri dell’Esa, si erano inseriti nel contratto industriale due test di verifica in ambiente analogo: un test da pallone stratosferico, nel quale si verificavano tutte le condizioni di discesa non ipersonica, il paracadute, i fattori aerodinamici e i retrorazzi; e un test da 3mila metri in giù per il radar di discesa.
GLI ERRORI DELL’ESA
Proprio su questi test cruciali si è evidenziata la scarsa esperienza del project team di Esa, sottraendo al controllo industriale l’esecuzione del test da pallone e provando a cancellare il test del radar di discesa. Inoltre, il test da pallone, che secondo l’industria doveva essere svolto da un’organizzazione esperta di lanci stratosferici, è stato da Esa prima assegnato per motivi di geo-ritorno a un’organizzazione non dotata di una competenza specifica sufficiente; ma dopo essere stato preparato è stato in seguito cancellato. Esa ha anche cercato di cancellare il test del radar su un analogo terrestre del suolo marziano, il centro italo-marocchino Ibn Battuta; dopo aver tentato di sostituirlo con un test presso un aeroporto militare italiano, solo alla fine, dopo fortissime pressioni da parte dell’Asi, si sono fatti sia i test iniziali in aeroporto, utili per capire se il radar funzionava, sia quelli fondamentali per capire come funzionava, effettuati da elicottero nel deserto marocchino. A oggi sappiamo che il radar ha funzionato correttamente.
VERSO EXOMARS 2020
Queste considerazioni sono fondamentali per capire che cosa non ha funzionato nell’ultimissima parte della missione di Schiaparelli. Del resto la missione 2020 è praticamente domani, con tutte le ambizioni scientifiche e tecnologiche che porta: atterraggio con un rover, trivellazioni a profondità mai raggiunte, alla ricerca di tracce di vita passata. E vista l’importanza degli obiettivi sarà necessario valutare bene la lesson learnt per imparare da essa per arrivare al 2020 con la ragionevole certezza di non aver trascurato aspetti critici che ne possano compromettere il risultato.
