Il più complesso sistema di paracadute mai dispiegato su Marte ha rallentato con successo un modello della piattaforma di atterraggio di ExoMars per un atterraggio sicuro sulla Terra. Un pallone stratosferico a elio ha sollevato un modulo di discesa ExoMars e lo ha rilasciato sopra il Circolo Polare Artico a un’altitudine di quasi 30 km, innescando il dispiegamento di due grandi paracadute dai loro sacchi a ciambella.
“Siamo felici di confermare che abbiamo un progetto di paracadute che può funzionare su Marte – un sistema ambizioso con il più grande paracadute mai volato al di fuori della Terra,” afferma Luca Ferracina, ingegnere di sistema dell’ExoMars Entry Descent and Landing Module dell’ESA. Questa campagna di test di caduta ad alta quota si è svolta presso il Centro Spaziale Esrange della Swedish Space Corporation a Kiruna, nel nord della Svezia, il 7 luglio.
Come testare, sulla Terra, un atterraggio su Marte
Per ottenere la combinazione di densità e velocità che la capsula sperimenterà quando si immergerà nella sottile atmosfera marziana – circa l’1% della densità dell’atmosfera terrestre a livello del mare – il pallone doveva volare molto in alto. I paracadute di ExoMars sono caduti da un’altezza di 29 km, circa 3 volte l’altitudine a cui viaggiano gli aerei commerciali.
La capsula fittizia è poi entrata in caduta libera per circa 20 secondi, raggiungendo quasi la velocità del suono, prima di dispiegare i paracadute a turno.
“La combinazione di velocità e bassa densità atmosferica di questo test è esattamente uguale a quella che i paracadute sperimenteranno su Marte. Fare dei test sulla Terra è un modo per acquisire fiducia e confermare che tutti gli elementi operano come previsto,” spiega Luca Ferracina.
I test di lancio ad alta quota richiedono una logistica complessa e condizioni meteorologiche rigorose per la sicurezza del volo. Le strutture uniche di Esrange e la lunga tradizione di missioni con palloni stratosferici, a partire dai primi anni ’70, rendono il Centro un luogo adatto per questa campagna.
Due sono meglio di uno
Atterrare su Marte è un’impresa ad alto rischio. In soli sei minuti, il modulo di discesa deve decelerare da 21 000 km/h da sopra l’atmosfera del pianeta fino a un atterraggio morbido al fine di mantenere il suo prezioso carico, il rover Rosalind Franklin, che servirà per esplorare la superficie.
Il rallentamento richiede uno scudo termico, due paracadute principali – ciascuno con il proprio paracadute pilota per l’estrazione – e un sistema di propulsione a retrorazzo attivato 20 secondi prima di toccare la superficie marziana.
La maggior parte della velocità supersonica diminuirà a causa della resistenza aerodinamica della capsula. Il modo più efficace per eliminare la velocità rimanente per un atterraggio sicuro è una combinazione di paracadute e retrorazzi.
“L’utilizzo di due paracadute ci permette di progettare un paracadute robusto e di medie dimensioni per decelerare la sonda a velocità supersonica e poi un paracadute molto più grande e leggero per la discesa finale,” spiega John Underwood, ingegnere principale di Vorticity, l’azienda britannica incaricata della progettazione del paracadute e dell’analisi dei test.
Lavorare in tandem
Il paracadute principale del primo stadio è largo 15 metri, simile al tipo di paracadute progettato per l’atterraggio della sonda Viking Mars della NASA nel 1972. Per ExoMars, i team utilizzano una variante progettata per la missione di successo Cassini-Huygens dell’ESA su Titano, la luna più grande di Saturno. Questo sistema di paracadute a tre stadi detiene ancora il record dell’atterraggio più lontano dalla Terra mai tentato.
Il paracadute principale del secondo stadio è largo 35 metri ed è formato da una serie di anelli con spazi vuoti tra di loro. Questo sarà il più grande paracadute mai inviato su Marte o in qualsiasi altro luogo del Sistema Solare oltre alla Terra. Realizzato con oltre 800 metri quadrati di tessuto e più di quattro chilometri di corda per le linee di sospensione, occorrono circa tre giorni per piegarlo all’interno della sua sacca.
La piegatura meticolosa di ogni paracadute all’interno della sua sacca è essenziale per garantire un corretto dispiegamento.
Sfide per lo stoccaggio e la progettazione
Il sistema di paracadute testato in Svezia era già qualificato per volare su Marte nel 2021, ma è stato archiviato quando la missione è stata interrotta a causa dell’invasione dell’Ucraina da parte della Russia. “Stiamo conducendo questa campagna per confermare che siamo pronti per Marte e per verificare che i paracadute funzionino ancora come previsto dopo il lungo stoccaggio,” spiega Luca Ferracina.
I paracadute sono realizzati in un tessuto molto leggero, con una densità di circa 40 grammi per metro quadro, circa la metà di un foglio di carta.
L’esperienza del paracadute che porta in alto l’Europa
Mentre la telemetria è arrivata in tempo reale durante il lancio, il team di Vorticity analizzerà ora i dati insieme a filmati ad alta velocità per valutare il profilo di decelerazione e i modelli di gonfiaggio.
“I test sulla Terra hanno il vantaggio di farci ottenere molti più dati e di poter recuperare i paracadute per ispezionarli dopo il test,” afferma John.
La maggior parte del sistema di paracadute è stata progettata e costruita in Europa, compresi i componenti provenienti dai Paesi Bassi (i mortai da lancio), dall’Italia (i paracadute) e dalla Repubblica Ceca (il contenitore del paracadute). La Thales Alenia Space in Francia ha supervisionato la campagna di test in qualità di responsabile del sistema di assemblaggio del paracadute.
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