Il rover Perseverance Mars 2020 della NASA conserverà campioni di roccia e suolo in tubi sigillati sulla superficie del pianeta per il recupero in missioni future, come mostrato in questa illustrazione. Credito: NASA/JPL-Caltech

NASAIn collaborazione con l’Agenzia spaziale europea, stanno sviluppando una campagna per restituire campioni di Marte sulla Terra.

Il 1° settembre, il rover Perseverance della NASA ha sollevato il braccio, ha posizionato un trapano sulla superficie di Marte e ha perforato circa 2 pollici, o 6 centimetri, per estrarre un nucleo roccioso. Il rover ha successivamente sigillato il nucleo di roccia nel suo tubo. Questo evento storico segna la prima volta che un veicolo spaziale ha imballato un campione di roccia proveniente da un altro pianeta che potrebbe essere riportato sulla Terra da un futuro veicolo spaziale.

Return of the Mars Sample è una campagna multi-missione progettata per recuperare i nuclei che la perseveranza raccoglierà nei prossimi anni. Attualmente, nella fase di concept design e sviluppo tecnologico, la campagna è uno degli sforzi più ambiziosi nella storia dei voli spaziali, che coinvolge più veicoli spaziali, più lanci e dozzine di agenzie governative.

Il foro di perforazione del secondo tentativo di raccolta di campioni di Perseverance può essere visto, in questo composto di due immagini scattate il 1 settembre 2021, da una delle telecamere di navigazione di Perseverance. Credito: NASA/JPL-Caltech

Restituisci un campione da Marte È stata una priorità per la comunità scientifica planetaria sin dagli anni ’80 e la potenziale opportunità di raggiungere questo obiettivo ha finalmente scatenato una valanga di creatività”, ha affermato Michael Mayer, capo scienziato del Mars Exploration Program della NASA con sede presso la sede della NASA a Washington.

Il vantaggio di analizzare i campioni sulla Terra, piuttosto che assegnare la missione a un rover su Marte, è che gli scienziati possono utilizzare molti tipi di sofisticate tecniche di laboratorio che sono troppo grandi e complesse per essere inviate su Marte. Possono eseguire analisi più velocemente in laboratorio fornendo più informazioni sull’esistenza o meno della vita su Marte.

“Ho sognato di prelevare campioni da Marte per l’analisi da quando ero uno studente laureato”, ha detto Meenakshi Wadua, scienziato principale per il Mars Sample Return Program, che è gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. “La raccolta di questi campioni ben documentati alla fine ci consentirà di analizzarli nei migliori laboratori qui sulla Terra una volta riportati indietro”.

Il primo campione carotato di roccia marziana (al centro) all’interno di un tubo di raccolta del campione di titanio è mostrato in queste immagini della fotocamera del sistema di campionamento e memorizzazione nella cache (nota come CacheCam) del rover Perseverance della NASA. Queste immagini sono state scattate il 6 settembre 2021 (il 194° giorno marziano della missione, o giorno di Marte), prima che il sistema attaccasse e sigillasse un cappuccio di metallo al tubo. Credito: NASA/JPL-Caltech

Il ritorno del campione di Marte includerà diverse iniziative volte a risolvere una questione aperta: la vita si è stabilita in qualche parte del sistema solare oltre alla Terra? “Ho lavorato tutta la mia carriera per avere la possibilità di rispondere a questa domanda”, ha detto Daniel Glavin, un astrobiologo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. Glavin aiuta a progettare sistemi per proteggere i campioni marziani dalla contaminazione durante il loro viaggio da Marte alla Terra.

La raccolta di campioni da Marte e il loro ritorno sulla Terra sarà un progetto storico iniziato con il lancio del rover Persevere della NASA il 30 luglio 2020. Perseverance ha raccolto i suoi primi campioni di roccia nel settembre 2021. Credito: NASA / ESA /Laboratorio di propulsione a reazione– Caltech

Essendo sviluppato in collaborazione con l’Agenzia spaziale europea (ESA), la restituzione di un campione di Marte richiederà il lancio di un prezioso razzo extraterrestre carico di carica dalla superficie di Marte. Gli ingegneri dovranno assicurarsi che la traiettoria del razzo sia in linea con quella del veicolo spaziale in orbita su Marte in modo che il campione della capsula possa essere trasferito all’orbiter. La sonda riporterà quindi la capsula campione sulla Terra, dove gli scienziati aspettano di contenerla in sicurezza prima di spostarla in una struttura sicura per il rischio biologico, una struttura ora in fase di sviluppo.

Prima di portare campioni da Marte sulla Terra, scienziati e ingegneri devono superare diverse sfide. Ecco uno di loro:

Proteggere la Terra da Marte

Conservare i campioni chimicamente incontaminati per uno studio rigoroso sulla Terra e sottoporre il loro contenitore a misure di sterilizzazione estreme per garantire che nulla di pericoloso venga consegnato sulla Terra è un compito che rende il ritorno del campione marziano davvero senza precedenti.

Miliardi di anni fa, il Pianeta Rosso potrebbe aver avuto un ambiente confortevole per far prosperare la vita in condizioni calde e umide. Tuttavia, è improbabile che la NASA restituisca campioni di organismi marziani, sulla base di decenni di dati provenienti da orbiter, lander e rover su Marte. Invece, gli scienziati sperano di trovare materia organica fossilizzata o altri segni di antica vita microbica.

Sebbene i rischi di portare qualcosa di vivo sulla Terra siano bassi, l’abbondanza di cautela sta spingendo la NASA ad adottare misure importanti per garantire che i campioni di Marte rimangano ermeticamente sigillati durante il loro viaggio. Dopo aver raccolto le carote di roccia in tutto il cratere Jezero e averle collocate all’interno di tubi realizzati principalmente in titanio, uno dei metalli più resistenti al mondo, Perseverance sigilla ermeticamente i tubi per impedire il rilascio involontario anche delle particelle più piccole. I tubi vengono quindi conservati nella pancia del rover fino a quando la NASA non decide quando e dove farli cadere sulla superficie di Marte.

La campagna di restituzione dei campioni includerà un campione dell’ESA che verrà prelevato dalla Terra alla fine di questo decennio per catturare questi campioni raccolti da Perseverance. Gli ingegneri del Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio, progettano le ruote del Fetch Wagon. Il rover trasporterà i campioni su un lander in fase di sviluppo presso il Jet Propulsion Laboratory. Un braccio robotico sulla sonda imballa campioni nella punta di un razzo progettato dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama.

Questa illustrazione mostra un concetto per un gruppo di futuri robot che lavorano insieme per trasportare campioni dalla superficie di Marte raccolti dal Mars Perseverance Rover della NASA. Credito immagine: NASA/ESA/JPL-Caltech

Il razzo trasporterà il campione della capsula nell’orbita di Marte, dove l’orbiter dell’Agenzia spaziale europea è in attesa di riceverlo. All’interno della navicella, la capsula sarà equipaggiata per la consegna sulla Terra da un carico utile sviluppato da un team guidato dalla NASA Goddard. Questa preparazione includerà la sigillatura della capsula del campione all’interno di un contenitore pulito per intrappolare qualsiasi materiale marziano all’interno, la sterilizzazione del sigillo e l’utilizzo di un braccio robotico sviluppato a Goddard per posizionare il contenitore sigillato nella capsula di ingresso della Terra prima del volo di ritorno sulla Terra.

Uno dei compiti principali degli ingegneri della NASA è capire come sigillare e sterilizzare il contenitore del campione senza rimuovere importanti marcatori chimici nei nuclei di roccia all’interno. Tra le tecnologie che il team sta attualmente testando c’è la brasatura, che prevede la fusione del metallo lingotto In un liquido che si attacca principalmente ai metalli. La brasatura può sigillare il contenitore del campione a una temperatura sufficientemente alta da sterilizzare l’eventuale polvere che potrebbe rimanere a contatto.

“Una delle maggiori sfide tecniche che affrontiamo ora sono quei pollici di distanza dal metallo che si scioglie a circa 1.000 gradi F (o 538 gradi CentigradoBrendan Fehan, ingegnere di Goddard Systems per il sistema che catturerà, conterrà e consegnerà campioni sulla Terra a bordo della navicella spaziale dell’Agenzia spaziale europea. “I risultati iniziali dei test sulla nostra soluzione di saldatura hanno confermato che siamo sulla strada giusta.”

L’attenta progettazione di Feehan e colleghi consentirà di applicare il calore solo dove è necessario il rame, limitando il flusso di calore ai campioni. Inoltre, gli ingegneri possono isolare i campioni in un materiale che assorbe il calore e poi rilasciarlo molto lentamente, oppure possono installare conduttori che dirigono il calore lontano dai campioni.

Qualsiasi tecnologia sviluppata dal team sarà fondamentale non solo per i campioni di Marte, ma per le future missioni di restituzione dei campioni in Europa o Encelado, ha affermato Glavin, “dove possiamo raccogliere e restituire campioni di pennacchi oceanici freschi che potrebbero contenere organismi extraterrestri. Quindi dobbiamo sapere . che “.

I rigorosi sforzi della NASA per eliminare la minaccia di contaminazione dannosa della Terra risalgono al Trattato internazionale sullo spazio esterno del 1967, che invita le nazioni a prevenire la contaminazione dei corpi celesti con oggetti provenienti dalla Terra e a prevenire la contaminazione della Terra da campioni restituiti. Per restituire in sicurezza un campione marziano sulla Terra, la NASA sta collaborando non solo con l’Agenzia spaziale europea, ma anche con almeno 19 dipartimenti e agenzie del governo degli Stati Uniti, inclusi i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie e il Dipartimento per la sicurezza interna degli Stati Uniti.