Tra il 15 ed il 19 Marzo prossimi si svolgerà – in teleconferenza – la Lunar and Planetary Science Conference, importante appuntamento annuale di scienza planetaria. In questa sede, SpaceX ed il Jet Propulsion Laboratory della NASA presenteranno i risultati di alcuni studi svolti congiuntamente negli ultimi anni. Alcuni di essi riguardano i plausibili siti d’atterraggio per le missioni marziane di Starship degli anni ‘20.

Il sito d’atterraggio perfetto

Il sito d’atterraggio di una missione spaziale dipende fortemente dagli obiettivi primari della missione stessa. Si prenda ad esempio il rover Perseverance, recentemente giunto sul Pianeta Rosso. I suoi obiettivi primari sono astrobiologici, per cui la NASA ha deciso di farlo atterrare nel cratere Jezero, che miliardi di anni fa era un enorme lago potenzialmente in grado di ospitare la vita.

Quali sono dunque le caratteristiche che rendono un sito adatto a far atterrare Starship? I parametri principali da prendere in considerazione sono:

• Latitudine
• Elevazione
• Presenza di pendenze e/o rocce superficiali
• Capacità di sopportare carichi

Latitudine ed elevazione

La latitudine del sito d’atterraggio ha pesanti ricadute sulla quantità di radiazione solare che esso riceve durante l’anno marziano, della durata di 669 giorni terrestri. I siti presi in considerazione hanno tutti latitudini inferiori a 40°, così da garantire un adeguato irraggiamento alle grandi distese di pannelli solari cui le prime missioni dovranno fare affidamento. Inoltre, essere più vicini all’equatore marziano garantisce una minor escursione termica, preferibile per il mantenimento dei vari sistemi.

L’elevazione ha un’importanza considerevole. Marte, a differenza della Terra, non ha grandi distese d’acqua liquida, per cui le elevazioni non si possono identificare semplicemente con “metri sul livello del mare”. Sul Pianeta Rosso, il livello zero è definito dal cosiddetto geoide MOLA. MOLA è l’acronimo di Mars Orbiter Laser Altimeter, strumento del Mars Global Surveyor che tra il 1997 ed il 2001 mappò l’intero pianeta e le relative elevazioni.

SpaceX e la NASA mirano a siti con elevazione tra i -2 ed i -3 kilometri. La ragione dietro questi numeri negativi sta nel fatto che minore è l’altitudine, maggiore è il numero di strati atmosferici che Starship dovrà attraversare. Più atmosfera da attraversare significa più attrito, più attrito significa arrivare al suolo con velocità minore, dunque impiegare meno propellente per l’atterraggio, dunque poter portare un carico utile maggiore.

Rocce superficiali e solidità

La presenza di pendenze e rocce superficiali, come si può facilmente immaginare, è motivata dal fatto che si intende far atterrare Starship su terreni quanto più pianeggianti e regolari possibile. Questa sarà una caratteristica importantissima fino a che le prime missioni umane non costruiranno le prime superfici d’atterraggio. Passando ai numeri, i siti prediletti hanno un’inclinazione non superiore a 5° ogni 10 metri lineari ed una probabilità inferiore al 5% di atterrare su una roccia grande almeno mezzo metro.

Proprio al fine di evitare gli ostacoli sul terreno, e scegliere con precisione il punto di atterraggio, sappiamo che Starship sfrutterà la TRN (Terrain Relative Navigation), già in uso sul rover Perseverance nelle ultime fasi del rientro atmosferico.

Si prevede per Starship un atterraggio in un cerchio di raggio pari a soli 200 metri. Per contro, si pensi che l’ellisse di atterraggio del rover Curiosity, giunto su Marte nel 2012, misurava 20 x 7 kilometri. Per far sì che la TRN funzioni a dovere e senza interferenze, il suolo deve essere radar-riflettente. Altro requisito per i siti identificati da SpaceX-JPL.

Ultimo, ma non meno importante, la solidità del terreno. Questo è particolarmente importante, dal momento che il peso di una Starship all’atterraggio, considerando anche il carico utile, potrebbe tranquillamente attestarsi sulle 200 tonnellate. Per un confronto, si pensi che l’oggetto più pesante attualmente posato con precisione su Marte è il rover Perseverance, del peso di una tonnellata.

Su Marte, i siti che soddisfano in maniera più o meno aderente tutti i requisiti sono:

• Arcadia Planitia
• Erebus e Phlegra Montes
• Utopia Planitia
• Deuteronilus Mensae

Le fasi di scrematura

Molteplici incontri sono stati organizzati negli scorsi anni alla presenza di personale di SpaceX, NASA e della comunità scientifica in generale.

Il primo, tenutosi a Giugno 2019, ha escluso i siti di Utopia Planitia e Deuteronilus Mensae. Immagini satellitari scattate dallo strumento HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) del Mars Reconnaissance Orbiter hanno evidenziato una quantità di rocce non compatibili con un atterraggio di Starship. Altri due, a Maggio ed Agosto 2020, hanno ristretto le possibilità a 15 siti nell’Arcadia Planitia e negli Erebus Montes e a 7 siti negli Phlegra Montes. In particolare, la zona di interesse comprende l’Arcadia Planitia ed il suo confine sudorientale, dove inizia l’Amazonis Planitia.

Successivi incontri hanno ridotto il numero a sette: quattro primari e tre siti secondari. I 15 siti esclusi presentavano caratteristiche al limite per soddisfare alcuni requisiti: alcuni si trovavano a quasi 40° di latitudine, altri prossimi ai -2 kilometri rispetto al MOLA, altri ancora con pendenze vicine ai 5°. Vediamo dove si trovano i siti primari.

Dove atterreremo su Marte?

I migliori sembrano essere PM-1 (identificativo per Phlegra Montes 1): con una latitudine di poco superiore ai 30°, come Il Cairo sulla Terra, un’elevazione di -3.2 kilometri, chiare indicazioni di presenza di ghiaccio e dimensione accettabile per le rocce superficiali. Seguono i siti AP-1 e AP-9 (Arcadia Planitia 1 e 9) ed EM-16 (Erebus Montes 16). Questi tre caratterizzati da una elevazione di ben -3.9 kilometri, ma ad una latitudine più elevata di PM-1, dunque più lontani dall’Equatore.

*Elevazione rispetto al geoide MOLA

Questo studio non rappresenta che la prima pietra di un’investigazione ben più dettagliata, che proseguirà negli anni a venire. I prossimi studi indagheranno l’estensione dei depositi di ghiaccio nei pressi dei siti d’atterraggio, la fattibilità del loro raggiungimento e del loro sfruttamento.
Attenzione particolare sarà dedicata alla presenza di altri composti utili alla costruzione del primo avamposto umano. Dove atterreremo, con tutte le attenzioni del caso, lo si sta definendo. Non resta che da capire quando.

L’articolo scientifico completo: SPACEX STARSHIP LANDING SITES ON MARS

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