ESA: i piani a lungo termine per l'esplorazione di Luna e Marte

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lesplorazione-di-luna-e-marte/

               ESA: i piani a lungo termine per
                l’esplorazione di Luna e Marte
DI GIANMARCO VESPIA ·

Credit: ESA.

È passato quasi un anno dall’approvazione del budget triennale dell’Agenzia
Spaziale Europea, che grazie a un sostanzioso aumento unanime da parte
delle nazioni contribuenti ha portato una boccata di ossigeno ai conti ESA, la
quale può permettersi di pianificare eventi con un orizzonte temporale più a
lungo termine. Ed è proprio di questo che ha bisogno l’esplorazione spaziale:
fondi, certezze e una visione di lungo termine. Soprattutto quando si parla di
Marte o della Luna, i due corpi celesti (oltre alla Terra) più studiati in assoluto,
dove una singola spedizione robotica ormai porta limitati benefici se non
inserita nel contesto di un programma internazionale.
In questa direzione si stanno muovendo molte delle maggiori agenzie spaziali
del nostro pianeta. Non più una singola missione, ma un framework, un
programma, un’infrastruttura o più semplicemente un contesto dove sfruttare
quanto fatto dalle missioni precedenti per porre una base per quelle future.
Qualcosa di simile a quello che ha fatto la ISS nell’ultimo ventennio per lo

sviluppo delle attività spaziali in orbita bassa, un esempio unico di infrastruttura
multifunzionale nata dalla partnership di diverse agenzie spaziali.
                                     Luna
Il Lunar Gateway, il programma Artemis e gli Artemis Accords, il Commercial
Payload Lunar Service, la base lunare cinese, sono tutti esempi di cosa ci potrà
riservare questo decennio per quanto riguarda l’esplorazione lunare. Si tratta
di grandi progetti, da realizzare in collaborazione e non in competizione, per
facilitare lo sviluppo di missione scientifiche (e non solo) sul nostro satellite
naturale, basati su infrastrutture e accordi multilaterali per semplificare, per
quanto possibile, le complesse attività lunari.
I tre moduli forniti da ESA a supporto del Lunar Gateway e del programma
Artemis: ESM, I-Hab, ESPRIT. Credit: ESA.
L’ESA contribuisce a questa spedizione sulla Luna in vari modi. Prima di tutto
collabora con i vecchi partner della stazione spaziale (quasi tutti) per la
realizzazione del Lunar Gateway. Il 14 ottobre l’ESA ha annunciato a tal
proposito importanti contratti assegnati in occasione dell’IAC 2020,
l’International Astronautical Congress, il più grande evento annuale di
astronautica, quest’anno realizzato solamente on-line. Sarà Thales Alenia
Space a occuparsi della costruzione di I-HAB e ESPRIT, due moduli del
Gateway.
Il primo, I-Hab, International Habitation Module, è un modulo abitativo che verrà
realizzato dalla divisione italiana di Thales Alenia Space con una commessa
dal valore di 327 milioni di euro. Non è un caso che questo contratto sia stato
assegnato proprio in Italia: è a Torino infatti che è stato costruito circa il 50%
dello spazio abitativo della Stazione Spaziale Internazionale. Le esigenze in
orbita lunare saranno leggermente diverse, per via delle condizioni ambientali
differenti, le radiazioni in primis, ma l’esperienza acquisita negli anni passati
costituirà un’ottima base da cui partire. Al momento si prevede che I-Hab verrà
lanciato nel 2026.
Il secondo, ESPRIT, European System Providing Refueling, Infrastructure and
Telecommunications, verrà realizzato dalla divisione francese della stessa
azienda. È un modulo più piccolo rispetto al precedente ma con diverse
funzionalità fondamentali, come i sistemi di telecomunicazione, che devono
essere inviati il prima possibile, per questo il modulo stesso verrà diviso e
lanciato in due parti, la prima programmata per il 2023, che verrà agganciata

temporaneamente al modulo HALO, la seconda solo nel 2027. ESPRIT avrà
anche una piccola finestra simile a quella della cupola della ISS.
Presentazione del ritorno sulla Luna con Artemis 3.
La collaborazione tra ESA e NASA per il programma Artemis, invece, è
incentrata sul modulo di servizio (ESM) della capsula Orion. Questa non è una
novità recente, infatti è già in costruzione il terzo di questi moduli. Orion verrà
lanciata con il lanciatore super-pesante SLS, di cui si attende da anni il debutto
che sfortunatamente viene posticipato con frequenza, e che per ora è
programmato per la fine del 2021. Il terzo volo del programma, Artemis 3,
pianificato per il 2024, riporterà per la prima volta dalle missioni Apollo un
equipaggio sulla superficie della Luna. Orion è importante anche per il
Gateway Lunare, in quanto sarà il taxi che farà da spola tra la Terra e l’orbita
lunare. In futuro l’ESA è intenzionata a sviluppare un proprio servizio cargo
verso questa destinazione, Cis-Lunar Transfer Vehicle (CLTV).
Un’altra iniziativa lunare tutta europea è EL3, European Large Logistic Lander.
Si tratta di un lander lunare in grado di portare 1,3 tonnellate sulla superficie
della Luna. Sarà indipendente dal Gateway e potrà essere lanciato
direttamente da un lanciatore Ariane 6 da Kourou. Il lander non è pronto, ma
sono state selezionate recentemente due aziende per il completamento del
design, Airbus e Thales Alenia Space. Successivamente ESA selezionerà il
miglior progetto per la realizzazione. Orientativamente l’Agenzia Spaziale
Europea programma di eseguire tra 3 e 5 missioni con il lander EL3 nel
prossimo decennio. In linea con la tendenza attuale, queste missioni non
saranno indipendenti dai programmi spaziali elencati sopra, ma ne forniranno
un supporto logistico prezioso.
Ricostruzione di un viaggio di EL3 verso la Luna con diversi scenari di
missione.
                                    Marte
Per il pianeta rosso le cose sono molto più complicate e fanno sembrare i
programmi precedenti una passeggiata. L’ESA ha attualmente solo un
programma di esplorazione robotica in corso, ExoMars, e uno pianificato, Mars
Sample Return.
ExoMars è in collaborazione con Roskosmos ed è stata lanciata nel 2016 con
l’orbiter TGO e lo sfortunato lander Schiaparelli, che per un errore software non
fece un atterraggio morbido. Per il 2022 è previsto il secondo lancio della
missione, con il lander Kazačok e il rover Rosalind Franklin.

Ben più complessa è la missione Mars Sample Return, che tecnicamente è già
iniziata, e si prefigge l’obiettivo finale di riportare a Terra campioni di suolo
marziano. Brevemente, in questo momento un rover NASA è in viaggio verso
Marte, Perseverance. Una volta atterrato, raccoglierà dei campioni di suolo che
metterà in delle provette e li lascerà sulla superficie in posti selezionati. In
futuro un altro rover, SFR, Sample Fetch Rover, raccoglierà le provette. Un
piccolo razzo di ritorno, MAV, Mars Ascent Vehicle, le porterà in orbita marziana
e una sonda in attesa, ERO, Earth Return Orbiter, le riporterà a Terra.
SFR avrà solo 4 ruote e dimensioni ridotte, comparabili a un vecchio classico
mezzo di locomozione usato sulla Terra. Copyright: Airbus.
Il ruolo di ESA in questa missione è la costruzione del rover per il recupero e
della sonda per il ritorno a Terra. Airbus è l’azienda incaricata di progettare e
costruire entrambi i veicoli per ESA. Il rover, ancora in fase di studio da parte
degli ingegneri di Airbus, sarà più piccolo e veloce di Perseverance e di
Rosalind Franklin. Avrà solo 4 ruote e non 6 come i suoi colleghi marziani in
quanto i campioni verranno depositati in posti facilmente accessibili e non sarà
necessaria la versatilità che danno le due ruote aggiuntive. Riuscirà a
percorrere fino a 200 metri al giorno in (quasi) completa autonomia. Sarà
alimentato a pannelli solari e dovrà svolgere il suo compito in soli 6 mesi. Verrà
lanciato nel 2026 da un razzo statunitense non ancora precisato, insieme con
il lander e il MAV, e atterrerà solo nel tardo 2028, seguendo un’orbita molto più
lunga del solito trasferimento alla Hohmann per arrivare su Marte dopo il
rischio previsto di tempesta di sabbia globale a inizio 2028.
L’altro contratto assegnato ad Airbus per questo programma è ERO, per un
valore di 491 milioni di euro. ERO è decisamente l’orbiter marziano più grande
mai progettato finora, con una massa totale di 6 tonnellate e pannelli
fotovoltaici estesi per ben 144 m². ERO avrà un compito mai tentato nella storia
dell’esplorazione planetaria: catturare una piccola sfera metallica in orbita
marziana e portarla a Terra. L’orbiter partirà a bordo di un razzo Ariane 6 da
Kourou nel 2026, leggermente dopo il lancio di SFR, ma arriverà prima su
Marte in quanto non è soggetto alle restrizioni climatiche di superficie che
limitano la traiettoria del rover. Farà da transponder principale per i mezzi di
superficie e attenderà che si compiano le attività, recupero dei campioni,
stoccaggio dentro l’OS, Orbiting Sample, e lancio col MAV in un’orbita marziana
a 300 km di quota.
Cattura e consegna a Terra dei campioni di suolo marziano da parte di ERO.

ERO dovrà afferrare l’OS, una palla delle dimensioni di quella da pallacanestro,
un gesto non semplice come quello di un cestista terrestre, in quanto dovrà
individuare l’oggetto da molto lontano ed eseguire una manovra di rendez-
vous, il tutto in modo completamente indipendente a milioni di chilometri dal
centro di controllo a Terra. Una volta catturato il bersaglio, dovrà inserirlo in un
involucro per la protezione da contaminazioni biologiche, e porre il tutto
all’interno dell’EEV, Earth Entry Vehicle, in tutto e per tutto un ulteriore
contenitore del preziosissimo carico alieno. Questo evento dovrebbe avvenire,
se tutto va bene, nel 2029.
ERO dovrà quindi aspettare l’allineamento planetario opportuno dettato dalle
leggi della meccanica orbitale per poter eseguire una manovra di inserimento
in orbita di trasferimento verso la Terra, nel tardo 2030. L’anno successivo
approccerà la Terra ed espellerà l’EEV che rientrerà in atmosfera e atterrerà
nello Utah (USA). ERO invece non rientrerà, ma continuerà a vagare nello
spazio in un orbita eliocentrica tra 1 e 1,5 unità astronomiche dal Sole.

L’affidabilità per questa missione è un punto chiave, da cui l’ESA non può
prescindere. Il contraente potrà usare solo tecnologie già sperimentate con
successo nello spazio (TRL 9, Technology Readiness Level). Verranno usate, tra
le altre cose, tecnologie di rendez-vous già usate da ATV per attraccare sulla
ISS e sistemi di navigazione ottica che verranno testati con la prossima
missione del programma Cosmic Vision, JUICE.
L’ESA quest’anno ha assegnato 1,3 miliardi di euro di contratti in totale per
queste iniziative, una somma che salirà fino a quasi 3 miliardi entro la fine
dell’anno prossimo, a sottolineare l’impegno europeo per l’esplorazione
planetaria.