Spazio

Ingenuity: 6 cose da sapere sul drone elicottero su Marte

Il martecottero Ingenuity sta per sollevarsi più volte nell'atmosfera marziana: 6 curiosità da raccontare agli amici su questo pioniere del volo.

Al riparo nella pancia di Perseverance ha sopportato il lancio, un viaggio di quasi sette mesi nello Spazio e il delicato atterraggio sul Pianeta Rosso. Poi, con le sole proprie forze, ha superato una manciata di notti marziane a -90 °C, in condizioni capaci di addormentare per sempre batterie e componenti elettroniche di una qualunque sonda spaziale. Dopo tutte queste fatiche, il drone-elicottero Ingenuity è pronto a conquistarsi un posto nella storia spiccando il primo volo autonomo controllato su un altro pianeta, nella sottile atmosfera marziana. Ecco alcune curiosità per conoscere meglio questo esploratore marziano.

1. Il suo unico scopo è funzionare. Ingenuity - che, per la cronaca, significa ingegnosità e non ingenuità, come si potrebbe pensare - è un dimostratore tecnologico e non è stato pensato per supportare in alcun modo la ricerca di vita marziana del rover Perseverance. Il suo obiettivo primario è volare su Marte, una missione già parecchio complicata che non lascia altro spazio per la scienza (non a caso non ci sono strumenti scientifici a bordo). Se saremo fortunati, il drone scatterà un paio di foto in volo, ma il valore della missione è - "semplicemente" - provare che volare nell'atmosfera estremamente rarefatta di Marte è possibile.
 
Possiamo pensare a Ingenuity come a un pioniere del volo marziano: non a caso il velivolo ospita a bordo, proprio sotto i piccoli pannelli solari, un frammento del tessuto che rivestiva l'ala dell'aereo dei fratelli Wright, pionieri del volo terrestre.

Ingenuity fotografato nel 45esimo Sol marziano dalle telecamere zoomabili Mastcam-Z, gli
Ingenuity fotografato nel 45esimo giorno marziano (quello di Marte si chiama Sol, ed è di circa 40 minuti più lungo di quello terrestre) dalle telecamere zoomabili Mastcam-Z, gli "occhi" del rover Perseverance. © NASA/JPL-Caltech/ASU

2. È esile ma molto resistente. Perché è così difficile far volare un drone su Marte? Perché l'atmosfera marziana ha una densità pari ad appena l'1% di quella dell'atmosfera terrestre e poco si presta a sostenere il volo. Per questo Ingenuity è estremamente leggero (pesa appena 1,8 kg), e ha rotori (gli elementi composti da più pale) molto più larghi dei soliti droni: nell'atmosfera marziana, questi elementi dovranno ruotare otto volte più velocemente di quelli di un elicottero sulla Terra per ottenere la stessa spinta. In preparazione al primo volo, i rotori di Ingenuity sono stati testati e avviati a una lenta rotazione di 50 giri al minuto. Hanno funzionato perfettamente.

La gravità marziana, pari a un terzo di quella terrestre, per fortuna aiuta: con un singolo giro si riesce a sollevare una quantità di massa maggiore. Un altro problema non indifferente è il freddo all'interno del cratere Jezero: i -90 °C portano al limite la sopravvivenza delle componenti del martecottero, che è alimentato a energia solare e - una volta staccatosi da Perseverance - si ricarica da sé. Le sei batterie agli ioni di litio di Ingenuity devono bastare per sopravvivere alla notte marziana e affrontare le prove di volo. Sulla Terra ha funzionato, ma non era scontato che su Marte andasse altrettanto liscia.

Ingenuity su Marte fotografato dalla Hazard Camera del rover Perseverance, il 4 aprile 2021, nel 44esimo giorno marziano della missione.
Ingenuity su Marte fotografato dalla Hazard Camera del rover Perseverance, il 4 aprile 2021, nel 44esimo giorno marziano della missione. © NASA/JPL-Caltech

3. Volerà in solitaria (più o meno). Un'altra sfida è l'assenza di comunicazioni con il controllo di Terra: tra andata e ritorno del segnale ci sono attualmente circa 22 minuti di ritardo nel botta e risposta tra il nostro Pianeta e Marte. Ingenuity deve pertanto operare in totale autonomia... o quasi. Gli scienziati del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA hanno scritto una sequenza di comandi che hanno caricato nel software di guida del drone: al momento del via, Ingenuity li eseguirà in sequenza.
 
Come ha spiegato a IEEE Spectrum Tim Canham, ingegnere di volo del JPL, non si tratta di "vera" autonomia, perché il drone esegue traiettorie preimpostate e non compie ragionamenti autonomi per centrare un obiettivo. Deve però comunque riuscire a rispettare il piano di volo nonostante le raffiche di vento marziano, regolare il suo termostato per mantenere una temperatura accettabile quando quella esterna non lo è, analizzare i dati dei sensori e le immagini del suolo per assicurarsi di rimanere nella rotta programmata, comunicare via wireless con la sua base sul rover Perseverance.

4. Sta affrontando un mese impegnativo. Dopo aver spacchettato e dispiegato le ali e aver trascorso un paio di giorni a raccogliere informazioni sui sistemi di controllo termico e sulla tenuta delle batterie nella rigida notte marziana, il 7 aprile Ingenuity ha avviato una serie di test preliminari ai rotori, all'elettronica che misura l'orientamento e l'angolazione del drone, ai computer di bordo e allo stato di carica elettrica.
 
La finestra di volo si aprirà l'11 aprile e durerà 30 giorni marziani o Sol (31 giorni terrestri): i voli programmati sono tre, di 90 secondi, e tutti prevedono che l'elicottero decolli e atterri dallo stesso punto, considerato "sicuro". Il primo tentativo di decollo avverrà da una "pista" di 10 metri per 10, scelta per la superficie piatta priva di ostruzioni. Sarà un volo molto semplice, con decollo verticale fino a 3 metri, una trentina di secondi in aria, una rotazione su se stesso e l'atterraggio. I due voli successivi potrebbero alzare un po' l'asticella rimanendo però entro limiti sicuri. Se anche questi andassero bene si potrebbe pensare di concludere in bellezza con qualcosa di un po' più "avventuroso", come un volo di un centinaio di metri, o una rotazione più ampia.

5. Una sfida tecnologica l'ha già vinta. Ingenuity è anche un dimostratore di tecnologie di volo miniaturizzate. Per renderlo in grado di volare su Marte è stato necessario ricorrere a computer di bordo ed elettronica ultraleggeri. Il processore di bordo prodotto da Qualcomm è uno Snapdragon 801: in pratica un processore da cellulare, una tecnologia moderna con una potenza di calcolo di un paio di ordini di grandezza maggiore di quella usata per il rover Perseverance. Un di più necessario per mantenere il controllo del drone in atmosfera, catturare immagini e analizzarle.

Illustrazione - In futuro vedremo astronauti al lavoro su Marte? Sullo sfondo, un drone simile a Ingenuity in volo nell'atmosfera marziana. © NASA

6. Potrebbe essere il primo di una serie di droni spaziali. Questi primi voli potrebbero servire a progettare la nuova generazione di droni marziani, destinati ad avere un ruolo attivo di supporto nelle future missioni sul Pianeta Rosso: i martecotteri di domani potrebbero fornire uno sguardo dall'alto di zone interessanti dal punto di vista geologico, trasportare strumenti scientifici, raggiungere aree troppo impervie e accidentate per i rover. E persino accompagnare nell'esplorazione futuri pionieri.

10 aprile 2021 Elisabetta Intini
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