Esattamente due anni fa, il 19 aprile 2021, un piccolo elicottero dal peso di 1.8 kg si è sollevato in volo dalla superficie di un pianeta diverso dal nostro. Quel pianeta era Marte, e quel piccolo elicottero Ingenuity.

Il primo volo del drone marziano è stato breve, di soli 39.1 secondi. Gli ha permesso di raggiungere un’altezza di appena 3 metri e una sospensione in aria di circa mezzo minuto, prima dell’atterraggio. Numeri che ormai Ingenuity ha superato alla grande, ma che allora hanno rappresentato il primo volo motorizzato e controllato di un aerogiro su un altro mondo. Qualcosa di (quasi) incredibile.

Da quel primo, incerto viaggio, l’elicottero ha volato per più di 89 minuti in totale e percorso 11.6 chilometri. Nel farlo, ha esplorato un antico lago e un delta fluviale su Marte, accompagnando il rover Perseverance della NASA nel corso delle sue campagne scientifiche. Ingenuity ha raggiunto un record di altitudine in aria di ben 18 metri, pari a 6 volte l’altezza raggiunta al suo primo volo, e sta superando ogni aspettativa del team di missione.

L’immagine seguente è uno scatto di Ingenuity durante il suo primo volo. Credits: NASA/JPL-Caltech

Volare su un altro mondo

Eseguire un volo controllato su un pianeta diverso dal nostro non è poi così semplice, soprattutto se questo pianeta è decisamente diverso. Innanzitutto, la minore gravità di Marte, circa un terzo di quella terrestre, compensa solo parzialmente la poca densità dell’atmosfera di anidride carbonica del Pianeta Rosso. Ciò rende molto più difficile per un aereo generare un’adeguata portanza.

È proprio la densità atmosferica marziana, circa un centesimo di quella terrestre al livello del mare, a rappresentare la grande sfida.  Si tratta della stessa densità che l’atmosfera della Terra ha ad un’altitudine di 27.000 metri, mai raggiunta dagli elicotteri esistenti. E questa densità si riduce ancora di più negli inverni marziani.

Questo ha reso necessari una serie di accorgimenti. Per esempio, per mantenere Ingenuity sollevato dal suolo, le lame in schiuma di fibra di carbonio devono ruotare tra 2400 e 2900 giri al minuto, ovvero circa 10 volte più velocemente di quanto è necessario sulla Terra.

Ricordiamo anche che sebbene sia un mezzo volante, Ingenuity è stato costruito seguendo le specifiche di un veicolo spaziale, per sopportare l’accelerazione e le vibrazioni durante il lancio. Include anche sistemi resistenti alle radiazioni, in grado di operare nell’ambiente di Marte. Il campo magnetico marziano preclude l’uso di una bussola per la navigazione, quindi Ingenuity si affida a diversi sensori.

Di seguito, un video con il Mars Report di aprile 2023 in cui Teddy Tzanetos, team leader di Ingenuity presso il JPL, fornisce un aggiornamento sui risultati ottenuti dall’elicottero e sui piani futuri per sfruttare altri velivoli su Marte. Credits: NASA/JPL-Caltech/ASU

Doveva essere “solo” una dimostrazione tecnologica

Nonostante tutti gli sforzi dal punto di vista ingegneristico, Ingenuity è stato costruito utilizzando processori e fotocamere per smartphone standard, perché doveva essere una semplice dimostrazione tecnologica.

In 30 giorni, l’elicottero avrebbe dovuto effettuare cinque voli ad altitudini comprese tra 3 e 5 metri, per un massimo di 90 secondi ciascuno. L’obiettivo di distanza percorsa è stato superato al terzo volo, quello di tempo trascorso in aria è stato superato al quarto.

I voli hanno dimostrato la capacità dell’elicottero di volare nell’atmosfera estremamente rarefatta di Marte, a duecento milioni di chilometri dalla Terra, senza il diretto controllo umano. Poiché i segnali radio impiegano dai 5 ai 20 minuti per viaggiare tra la Terra e Marte, a seconda delle posizioni planetarie, Ingenuity deve operare in modo autonomo, eseguendo manovre pianificate, programmate e trasmesse dal JPL, il tutto grazie al collegamento con Perseverance.

E se il 19 aprile di due anni fa, il piccolo drone ha effettuato con successo il primo volo extraterrestre controllato, decollando verticalmente, librandosi e atterrando per un tempo totale di neanche 40 secondi, al suo 50° volo del 13 aprile 2023, l’elicottero è stato operativo e idoneo al volo per 728 giorni. E dovevano essere solo 30…

La tabella soprastante riporta i dati principali della missione finora. Credits: Astrospace.it. Dati: JPL-Caltech

I prossimi droni su altri pianeti

Grazie alle dimostrazioni di Ingenuity e a tutto ciò che il team di missione al JPL ha imparato e sta imparando con questo straordinario, piccolo elicottero, le future missioni interplanetarie della NASA partono già da una base solida per la costruzione di velivoli che andranno a esplorare ambienti planetari ostili.

Primi fra tutti, i due elicotteri per il recupero campioni durante la missione Mars Sample Return di ESA/NASA. Questi droni sono progettati per essere costruiti a partire dal design di Ingenuity, con aggiunta di ruote e capacità di presa per la raccolta dei tubi di campioni memorizzati nella cache e depositati sul suolo marziano da Perseverance.

Come backup del piano vero e proprio di MSR, il loro compito sarà quello di recuperare i campioni e trasportarli al Sample Retrieval Lander. Secondo il piano di recupero principale, invece, dovrebbe essere Perseverance a trasportare i campioni raccolti al lander.

Anche la missione Dragonfly della NASA verso Titano, satellite maggiore di Saturno, sfrutterà un drone. Il rotorcraft, che verrà lanciato nel 2026 e arriverà nel 2034, volerà verso diversi luoghi promettenti su Titano alla ricerca di processi chimici indicatori di vita comuni alla Terra.

Dragonfly segnerà un altra prima volta per la NASA, che farà volare un veicolo multirotore su un altro pianeta. Il veicolo, infatti, ha otto rotori e vola come un grosso drone. Sfrutterà la densa atmosfera di Titano, quattro volte più densa di quella terrestre, per diventare il primo veicolo in assoluto a trasportare il suo intero carico utile scientifico in nuovi luoghi per un accesso ripetibile ai materiali in superficie.