SMART-1: inizia l’avventura sulla Luna

Da un lato SMART-1 sperimenterà dispositivi e tecniche allo stato dell’arte fondamentali per le ambiziose future missioni interplanetarie, come ad esempio un sistema primario di propulsione solare-elettrica. Dall’altro, cercherà le risposte a quesiti scientifici tutt’ora irrisolti, affrontando argomenti chiave quali la formazione della Luna, la sua esatta composizione mineralogica e accertando presenza e quantità d’acqua. Questi dati aiuteranno i ricercatori a comprendere il sistema Terra-Luna ed i pianeti come la Terra e inoltre forniranno informazioni di valore inestimabile nell’ottica di una presenza umana di lungo termine sulla Luna.

Il 15 luglio 2003, SMART-1 è stato trasportato alla base di lancio europea di Kourou, Guiana Francese, dove è in fase di preparazione per il lancio che avverrà il 29 agosto 2003 (ora legale CET), utilizzando un lanciatore Ariane 5.

Per la prima volta, SMART-1 combinerà l’energia ottenuta dalla propulsione solare-elettrica, mai utilizzata prima in Europa come sistema di propulsione principale, con la gravità lunare. Non seguirà una rotta diretta per coprire la distanza di 400.000 km che separano la Terra dalla Luna, bensì compirà un volo a spirale che lo porterà ogni mese sempre più vicino alla Luna; in particolare, SMART-1 amplierà gradualmente l’orbita ellittica intorno alla Terra alla quale il lanciatore lo porterà. Alla fine, La Luna catturerà il veicolo spaziale nel suo campo gravitazionale. SMART-1 non “allunerà” ma effettuerà le osservazioni dall’orbita al fine di ottenere una visione globale. Raggiunta la destinazione nel dicembre 2004, entrerà in orbita intorno alla Luna ed eseguirà una serie di rilevamenti per un periodo di sei mesi che potrebbe prolungarsi fino ad un anno.

Perché sulla Luna? Acqua, minerali e un’origine violenta

“La nostra conoscenza della Luna è ancora sorprendentemente incompleta,” afferma Bernard Foing, ricercatore per il progetto ESA SMART-1. “Siamo ancora interessati a conoscere origini ed evoluzione del sistema Terra-Luna, a comprendere il ruolo dei processi geofisici, quali il vulcanismo, la tettonica, i crateri o l’erosione nella conformazione lunare. E, ovviamente, in preparazione a una futura esplorazione lunare e planetaria è necessario trovare risorse e siti per l’allunaggio.”

Dunque sono diversi i quesiti irrisolti che riguardano la Luna, anche se sei missioni Apollo della NASA e tre veicoli spaziali sovietici senza equipaggio sono atterrati e hanno raccolto campioni di roccia. La zona più lontana della Luna, quella che non si mostra mai alla Terra, e i poli rimangono inesplorati. Anche la presenza dell’acqua sulla Luna non è mai stata confermata, sebbene due veicoli orbitali negli anni ’90 ne abbiano rilevato prove indirette. Non siamo sicuri nemmeno delle sue origini. Secondo la teoria maggiormente accreditata, 4,5 miliardi di anni fa un asteroide delle dimensioni di Marte entrò in collisione con il nostro pianeta e i detriti vaporizzati dispersi nello spazio si condensarono formando la Luna.

SMART-1 rileverà la topografia della Luna e la distribuzione dei minerali sulla superficie, quali pirogeni, olivine e feldspati. Inoltre, un rivelatore di raggi X identificherà gli elementi chimici della sua superficie. Questi dati consentiranno ai ricercatori di ricostruire l’evoluzione geologica della Luna e ricercare le tracce dell’impatto con l’asteroide gigante. Se la teoria della collisione è corretta, la Luna dovrebbe contenere meno ferro della Terra, rispetto ad elementi più leggeri quali il magnesio e l’alluminio. Rilevando per la prima volta in modo esauriente le quantità relative degli elementi chimici, SMART-1 potrà contribuire in modo significativo a risolvere il quesito.

Se poi l’acqua esistesse, dovrebbe essere sotto forma di ghiaccio in aree sempre nascoste al sole, dove la temperatura non aumenta mai oltre -170ºC. Queste aree non illuminate potrebbero trovarsi sul fondo di piccoli crateri ai poli. Analizzare questi crateri rappresenta forse l’attività più complessa che i ricercatori di SMART-1 si sono prefissati. Cercheranno segni di acqua ghiacciata nell’infrarosso dell’acqua-ghiaccio. Sarà difficoltoso dato che la luce diretta del sole non raggiunge queste aree ma i raggi di sole che colpiscono i bordi del cratere potrebbero illuminare il ghiaccio in modo sufficiente da essere rilevato dagli strumenti di SMART-1.

Nuove tecnologie per preparare le future missioni interplanetarie

Le future missioni scientifiche trarranno grandi vantaggi dalle tecnologie collaudate su SMART-1. La propulsione primaria solare-elettrica rappresenta una nuova tecnica di propulsione, che si basa sui cosiddetti ‘motori ionici’ in grado di funzionare grazie all’elettricità derivata dai pannelli solari. Questa é una tecnica che non è mai stata utilizzata in precedenza. La spinta generata dai motori è molto piccola ma è costante per anni mentre i lanciatori chimici convenzionali anche se più potenti sono attivi solo per qualche minuto.

I motori ionici offrono vantaggi chiave. Il consumo di propellente è considerevolmente inferiore a quello richiesto dalla propulsione chimica; questo si traduce in un minore peso al momento del lancio e in una maggior massa a disposizione per strumenti scientifici e carico utile. I motori ionici sono la chiave di volta per un’esplorazione davvero approfondita dello spazio. Essi riducono drasticamente i tempi dei voli interplanetari: è infatti vero che la spinta fornita è minore ma può durare per anni. Così, alla fine la tartaruga ionica supererà la lepre chimica. Inoltre, un ulteriore vantaggio della piccola spinta generata con la propulsione elettrica è consentire un controllo di assetto del veicolo spaziale estremamente preciso, una funzionalità che sarà utile nelle missioni scientifiche che richiedono un puntamento molto preciso e senza interferenze. Le future missioni scientifiche dell’ESA sfrutteranno la tecnologia dei motori ionici.

SMART-1 testerà anche le nuove tecniche di miniaturizzazione che consentono risparmio di spazio e di massa: nello spazio, una massa minore per strumento permette un numero maggiore di strumenti a bordo e quindi maggiori risorse scientifiche. Il carico utile di SMART-1 è costituito da una dozzina di esperimenti tecnologici e scientifici effettuati da sette strumenti del peso complessivo di soli 19 kg. Se consideriamo ad esempio il telescopio a raggi X, DCIXS, è costituito da un cubo di 15 cm di lato e pesa meno di 5 kg. La videocamera elettronica supercompatta, AMIE, non ha un peso superiore a quello di un apparecchio amatoriale.

Verranno sperimentate anche nuove tecniche di navigazione e di comunicazione. Un esperimento, chiamato OBAN, che si basa su immagini derivanti dalla videocamera in miniatura AMIE e degli sensori solari rappresenta il primo vero passo verso futuri veicoli spaziali ‘autonomi.’ In un futuro non troppo lontano, i satelliti scientifici saranno in grado di ‘trovare la strada da soli’ con solo un minimo controllo da terra e utilizzeranno le stelle e altri corpi celesti come punti di riferimento lungo rotte predefinite.

Per le comunicazioni, invece, i tecnici devono sviluppare nuove ed efficaci modalità di comunicazione con la Terra dallo spazio profondo, per missioni interplanetarie che durano a lungo o si spingono a grandi distanze. SMART-1 testerà sia le onde radio molto corte (dette banda Ka, con lo strumento KaTE) sia un esperimento laser per provare a comunicare con la Terra, utilizzando un fascio laser invece delle tradizionali frequenze radio. ESA ha già collegamenti laser con satelliti per le telecomunicazioni da una stazione ottica a Tenerife, in una delle Isole Canarie, in Spagna. Puntare il fascio diventa molto più difficile se, come nel caso di SMART-1, il veicolo spaziale si trova ad enormi distanze e si sposta rapidamente. I ricercatori sperano che la videocamera di bordo AMIE veda Tenerife illuminata dalla luce del laser.

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