La meraviglia marziana: test e sviluppo dell'elicottero su Marte Ingenuity

Parole di Paul Willis

Lo scorso aprile Ingenuity, un elicottero della NASA inviato su Marte nell'ambito della missione Mars 2020, ha effettuato il suo cinquantesimo volo sul Pianeta Rosso. Il volo ha coronato due anni straordinari per la piccola imbarcazione, che ha volato per la prima volta su Marte nell'aprile 2021, in un viaggio di 39 secondi che ha segnato il primo volo a motore e controllato di un velivolo ad ala rotante su un altro pianeta.

Da allora, Ingenuity ha superato di gran lunga le aspettative dei suoi sviluppatori, che intendevano che fosse una dimostrazione tecnologica progettata per soli cinque voli sulla superficie marziana. Il principale tra questi ingegneri è Bob Balaram, l'ideatore del concetto Ingenuity e ingegnere capo durante le sue operazioni di sviluppo, test e marziane.

Balaram è comprensibilmente orgoglioso dei risultati ottenuti dalla missione Ingenuity. "È davvero bello alzare lo sguardo nel cielo notturno e vedere il piccolo punto rosso di Marte e pensare che da qualche parte su quello c'è il nostro piccolo elicottero, che il nostro team ha messo insieme", dice.

È difficile sopravvalutare quale straordinaria impresa ingegneristica sia stata trasformare l'idea di Balaram in realtà, e negli annali dell'esplorazione spaziale Ingenuity potrebbe rivelarsi un momento spartiacque. Come dice Balaram, Ingenuity ha “aperto la porta” al futuro volo senza pilota su altri pianeti.

Nel caso di Marte, la NASA prevede di inviare altri due elicotteri sul pianeta come parte di una missione di ritorno di campioni provvisoriamente prevista per il 2026. Un'altra missione della NASA il cui lancio è previsto per l'anno successivo nel 2027 è Dragonfly, un aereo da 450 kg (990 libbre). aeromobile che verrà utilizzato per esplorare Titano, la luna di Saturno, alla ricerca di segni di vita.

Molto più grande di Ingenuity, che pesa solo 1,8 kg, gli sviluppatori di Dragonfly hanno grandi ambizioni. L'elicottero sarà un laboratorio scientifico mobile, che atterrerà in diverse località su Titano per studiare la chimica prebiotica presente sulla superficie di questa lontana luna.

Ralph Lorenz è l'architetto della missione Dragonfly, scienziato planetario e ingegnere presso il Johns Hopkins Applied Physics Lab (APL), che sta guidando lo sviluppo di Dragonfly per la NASA. Dice che le principali differenze tra gli obiettivi della missione di Ingenuity e Dragonfly e gli ambienti in cui opereranno significano che "c'è poca o nessuna eredità nell'hardware". Tuttavia lui e il suo team stanno traendo lezioni dalle operazioni di Ingenuity. Diversi membri del team Ingenuity hanno ricoperto un ruolo consultivo per Dragonfly.

Balaram ebbe per la prima volta l'idea di un volo in elicottero su Marte negli anni '90, anche se ammette di non essere stato l'unico. "L'American Helicopter Society ha persino indetto un concorso in cui gli studenti universitari potevano progettare un elicottero per Marte", afferma Balaram. “Era più o meno il periodo in cui la missione Pathfinder della NASA sbarcò su Marte con il piccolo rover Sojourner [1997]. Quindi a quel tempo c’era molta eccitazione riguardo a Marte”.

Anche così, il concetto rimase sullo scaffale per i successivi 15 anni fino a quando l'interesse per l'allora nascente tecnologia dei droni portò a chiedere a Balaram di produrre un breve dettaglio sulla fattibilità della tecnologia per una missione su Marte. "Ci hanno dato dei soldi iniziali e abbiamo progettato e costruito Ingenuity", afferma Balaram.

Il momento in cui Ingenuity ha sbloccato le pale del rotore il 7 aprile 2019, una pietra miliare prima del suo primo volo (Foto: NASA/JPL-Caltech)

Balaram e il suo team hanno dovuto superare alcune sfide complesse, la più significativa delle quali è stata l'atmosfera estremamente sottile su Marte. La densità dell'aria su Marte è circa l'1% della densità dell'aria al livello del mare sulla Terra.

Ciò rende molto più difficile creare il sollevamento per il decollo. Anche se l'attrazione gravitazionale marziana inferiore, che è circa un terzo di quella terrestre, aiuta in qualche modo, "stai ancora combattendo con una densità molto bassa", dice Balaram.

Di conseguenza, affinché Ingenuity potesse volare, la priorità era renderla il più leggera possibile. Tuttavia, questo criterio di progettazione si scontrava con un altro: rendere il velivolo abbastanza robusto da sopravvivere negli ambienti straordinariamente ostili di Marte.