La NASA ha completato una prima serie di test su una nuova antenna radar progettata per la missione SkyFall, che utilizzerà tre piccoli elicotteri per esplorare Marte. L’antenna servirà a cercare depositi di ghiaccio d’acqua nei primi metri sotto la superficie, una regione difficile da studiare con gli strumenti radar utilizzati finora dall’orbita.
I test sono stati svolti al Jet Propulsion Laboratory (JPL) e hanno riguardato soprattutto la resistenza dell’antenna alle condizioni che incontrerebbe su Marte. Il componente pesa circa 150 grammi ed è realizzato con materiali flessibili, perché durante l’atterraggio dovrà potersi piegare a contatto con il terreno e tornare nella posizione corretta quando l’elicottero riprenderà il volo.
SkyFall nasce dall’esperienza di Ingenuity, l’elicottero che tra il 2021 e il 2024 ha effettuato 72 voli su Marte. A differenza di Ingenuity, però, utilizzato principalmente per dimostrare la possibilità del volo controllato nell’atmosfera marziana e successivamente come supporto a Perseverance, i tre elicotteri di SkyFall saranno progettati fin dall’inizio come piattaforme scientifiche. Ciascuno porterà quattro strumenti, e il radar sarà uno di questi.
Cercare il ghiaccio volando vicino alla superficie
Uno degli obiettivi di SkyFall sarà studiare il ghiaccio presente poco sotto il terreno marziano. I radar installati sulle sonde in orbita possono individuare grandi depositi a profondità di decine di metri, ma hanno difficoltà a ricostruire quello che accade immediatamente sotto la superficie.
È proprio questa zona a essere interessante in vista di future missioni umane. Il ghiaccio vicino alla superficie sarebbe infatti più semplice da raggiungere e potrebbe essere utilizzato per ottenere acqua, ossigeno e, attraverso ulteriori processi, propellenti.
Per osservarlo, gli elicotteri utilizzeranno un radar a penetrazione del suolo mentre volano lentamente a bassa quota. Lo strumento lavorerà tra 500 e 2500 MHz: le frequenze più basse potranno penetrare per alcuni metri nel terreno, mentre quelle più alte permetteranno di osservare con maggiore dettaglio gli strati più vicini alla superficie. Secondo il JPL, il radar è stato progettato per raggiungere profondità inferiori a circa 5 metri.
Volare così vicino al terreno permette di ottenere misure che sarebbero difficili da raccogliere dall’orbita. Il radar potrà ricostruire il passaggio tra il terreno asciutto e gli eventuali strati contenenti ghiaccio, seguendone anche la distribuzione lungo il percorso dell’elicottero.
Un’antenna che deve piegarsi a ogni atterraggio
Progettare l’antenna ha richiesto una soluzione particolare. Alle frequenze utilizzate dal radar, un’antenna tradizionale avrebbe dovuto essere lunga circa 48 centimetri, mentre tra la parte inferiore dell’elicottero e il terreno ci saranno appena 15 centimetri.
Gli ingegneri hanno quindi sviluppato una versione ridotta di un’antenna di tipo Vivaldi, realizzata con tessuti metallizzati e materiali flessibili. L’antenna sarà più lunga delle gambe dell’elicottero e toccherà quindi il terreno durante gli atterraggi. Dovrà piegarsi senza rompersi, anche nel caso in cui finisca sopra una roccia, per poi tornare alla propria forma durante il volo.
Per proteggerla sono stati utilizzati poliestere e diversi strati di Vectran, un materiale già impiegato negli airbag che permisero ai rover Spirit e Opportunity di atterrare su Marte. Piccole molle in fibra di vetro aiutano invece l’antenna a mantenere la forma quando è sospesa sotto l’elicottero.
Al JPL il prototipo è stato piegato ripetutamente e sottoposto a forti variazioni di temperatura per simulare i cicli tra giorno e notte su Marte. Durante la campagna gli ingegneri hanno controllato più volte anche la capacità di trasmettere e ricevere i segnali radar. Dopo l’equivalente di 200 atterraggi, non sono state rilevate perdite di prestazioni.
L’antenna non è ancora qualificata per il volo. Il team sta ora costruendo un nuovo modello che sarà sottoposto ad altri test, comprese prove di vibrazione e simulazioni delle condizioni marziane.
