Fonti citate

Chi è chi

Cassini è l'orbiter, costruito da NASA e JPL. Non atterra mai: entra in orbita attorno a Saturno e resta lì a osservare.

Huygens è la sonda di ingresso atmosferico, costruita dall'Agenzia Spaziale Europea. Era un disco imbullonato sul fianco di Cassini. Si è staccata, è entrata nell'atmosfera di Titano e ci è atterrata.

Il nome della missione intera è Cassini-Huygens. Lancio il 15 ottobre 1997 da Cape Canaveral su un Titan IVB/Centaur, arrivo a Saturno nel 2004.

La separazione di Huygens

Il 25 dicembre 2004 il meccanismo chiamato SED (Spin/Eject Device) ha separato Huygens da Cassini a una velocità relativa di 0,35 metri al secondo e con una rotazione di 7,5 giri al minuto. L'intera operazione è durata circa 0,15 secondi.

Il meccanismo: bulloni pirotecnici liberano tre molle caricate che spingono via la sonda; rampe e rulli le imprimono la rotazione; e insieme si sganciano i tre connettori elettrici da 19 pin che collegavano sonda e orbiter.

La rotazione serve a stabilizzare la sonda lungo la traiettoria, come una palla da football lanciata a spirale. Huygens è stata puntata verso un ingresso atmosferico ripido, con un angolo di -65° (±3°).

Huygens è atterrata su Titano il 14 gennaio 2005: primo e unico atterraggio mai realizzato nel sistema solare esterno.

I risultati della missione

Dal 2004 al 2017 Cassini ha compiuto oltre 200 orbite attorno a Saturno, percorrendo più di 3 miliardi di chilometri nel sistema saturniano, con oltre 100 sorvoli ravvicinati di Titano e 23 di Encelado. Ha trasmesso più di 300.000 immagini.

Encelado. Cassini ha scoperto che questa luna ghiacciata ha un oceano d'acqua liquida sotto la crosta, e che lo spruzza nello spazio: sono stati individuati almeno 101 punti di eruzione, concentrati lungo le fratture del polo sud chiamate «strisce di tigre». Cassini è passata attraverso quei pennacchi e li ha analizzati sul posto, trovando acqua, sali, molecole organiche e indizi di attività idrotermale sul fondo dell'oceano.

Titano. Oltre 1,6 milioni di km² della superficie — quasi il 2% — sono coperti di liquido: mari e laghi di metano ed etano. Cassini ne ha seguito le variazioni stagionali.

Gli anelli. Sono risultati giovani: tra 10 e 100 milioni di anni. Scoperte anche 6 nuove lune e 2 nuovi anelli.

Il Grand Finale

Il 15 settembre 2017 Cassini è stata fatta tuffare deliberatamente nell'atmosfera di Saturno, dove si è disintegrata, continuando a trasmettere dati fino all'ultimo.

Il motivo è la protezione planetaria: la sonda stava finendo il carburante e non sarebbe più stata governabile. Distruggerla ha impedito che finisse per schiantarsi su una delle lune — in particolare su Encelado, con il suo oceano sotterraneo, che si vuole mantenere incontaminato per le esplorazioni future.

La fase finale è consistita in 22 orbite che passavano tra il pianeta e gli anelli, in uno spazio dove nessuna sonda era mai transitata, fornendo le prime misure del nucleo di Saturno, del campo gravitazionale e della massa degli anelli.

La scelta tra due concetti

Per l'atterraggio erano stati considerati due approcci: quello tradizionale della discesa propulsiva, come aveva fatto Viking nel 1976, e un'idea azzardata — usare giganteschi airbag per attutire l'impatto, lasciando poi che l'atterratore rimbalzasse e rotolasse fino a fermarsi.

Alla NASA dissero che la propulsione era «il vecchio modo di fare le cose» e che con quella «non finirete mai il lavoro: costa troppo».

Razzi e airbag, non razzi o airbag

Pathfinder non ha abbandonato i retrorazzi. Il sistema di atterraggio era composto da un gruppo di retrorazzi montati su una briglia più il sistema di attenuazione dell'impatto ad airbag: i razzi rallentano la discesa, e gli airbag proteggono l'atterratore dalle irregolarità locali del terreno — dossi, crateri, rocce, colline.

I margini del sistema

L'impatto poteva arrivare fino a 25 metri al secondo con un angolo radente di 30 gradi rispetto al terreno. L'atterratore poteva rimbalzare fino a 12 metri d'altezza e percorrere 100-200 metri tra un rimbalzo e l'altro. I collaudi hanno verificato che il sistema reggeva impatti anche superiori e rimbalzi più lunghi.

Gli airbag furono costruiti con l'aiuto di un fornitore del Delaware più noto per le tute spaziali che per gli atterraggi interplanetari.

Dove sono stati collaudati

Il sistema ad airbag fu testato alla Plum Brook Station di Sandusky, in Ohio, parte del Glenn Research Center della NASA. È lo stesso impianto dove Adam torna anni dopo, nel capitolo 7, per i test degli airbag di MER nella camera a vuoto più grande del mondo — usando gli airbag di riserva di Pathfinder, fatti restituire dallo Smithsonian.

I fatti

Seconda missione del programma Discovery. Lanciata il 4 dicembre 1996, atterrata il 4 luglio 1997 nella Ares Vallis, un'antica pianura alluvionale scelta perché relativamente sicura e ricca di rocce da analizzare.

L'atterratore è stato poi ribattezzato Carl Sagan Memorial Station.

Sojourner, il rover: 10,6 kg, il primo veicolo a operare fuori dal sistema Terra-Luna. Ha percorso circa 100 metri in 83 giorni.

Il mandato

Alla squadra era stato chiesto di mandare un lander e un rover su Marte in metà del tempo e con un quattordicesimo del budget rispetto agli standard precedenti.

Il mandato del JPL: tre anni di sviluppo e circa 150 milioni di dollari per arrivare al lancio del dicembre 1996. Costo finale: circa 265 milioni, inclusi lancio e operazioni.

Termine di paragone: l'atterratore di Pathfinder è costato meno del solo esperimento per la ricerca della vita montato su Viking.

I risultati

L'atterratore era progettato per 30 giorni, il rover per 7. Hanno funzionato per 83 giorni: il primo quasi il triplo della durata prevista, il secondo dodici volte tanto.

Sono stati inviati 2,3 miliardi di bit di informazioni: oltre 16.500 immagini dall'atterratore e 550 dal rover, più di 15 analisi chimiche di rocce e suolo, e dati estesi su venti e altri fattori meteorologici.

Le tre fasi

• Entry — l'ingresso nell'atmosfera marziana a oltre 21.000 km/h, con lo scudo termico esposto a temperature di circa 2.100 °C
• Descent — l'apertura del paracadute supersonico, lo sgancio dello scudo termico, l'accensione dei retrorazzi
• Landing — il contatto con la superficie: airbag per Pathfinder e MER, Sky Crane per Curiosity

La sigla resta in inglese anche nella traduzione italiana, come si usa al JPL.

L'aeroshell

Il guscio rigido che protegge la sonda durante l'ingresso è composto da due metà:

• lo scudo termico (heat shield), la metà anteriore, che assorbe il calore dell'ingresso e viene sganciata dopo il picco di riscaldamento
• il guscio posteriore (backshell), la metà posteriore, che contiene il paracadute e — su Pathfinder — i retrorazzi

L'atterratore viaggia dentro. Il guscio non atterra mai: viene abbandonato a pezzi lungo la discesa.

Come erano fatte

Due sonde gemelle, Viking 1 e Viking 2, lanciate nel 1975. Ciascuna era composta da un orbiter e un atterratore: arrivate in orbita marziana si separavano, l'atterratore scendeva e l'orbiter restava a osservare il pianeta dall'alto.

Gli atterratori erano fissi. Non avevano ruote e non si sono mai spostati dal punto di atterraggio: fotografavano e scavavano intorno a sé con un braccio robotico.

Gli obiettivi

Tre: ottenere immagini ad alta risoluzione della superficie, caratterizzare la struttura e la composizione dell'atmosfera e del suolo, e cercare prove di vita su Marte.

Gli esperimenti di biologia

Ogni atterratore portava tre esperimenti progettati per cercare segni di vita. Nell'esperimento Labeled Release, il braccio raccoglieva terreno marziano e lo mescolava con una goccia d'acqua contenente sostanze nutritive e atomi di carbonio radioattivo. L'ipotesi: se nel suolo ci fossero microbi, questi metabolizzerebbero i nutrienti rilasciando anidride carbonica o metano radioattivi, misurabili da un rilevatore a bordo.

Il risultato è rimasto ambiguo. Gli esperimenti hanno rivelato un'attività chimica inattesa ed enigmatica nel suolo marziano, ma nessuna prova definitiva della presenza di microrganismi viventi vicino ai siti di atterraggio. Se ne discute ancora oggi.

Date, siti e durata

• Viking 1: atterrata il 20 luglio 1976 nella Chryse Planitia, «la pianura dorata», nella regione equatoriale settentrionale
• Viking 2: atterrata il 3 settembre 1976 nella Utopia Planitia, un grande bacino da impatto a nord dell'equatore

Gli ultimi dati di Viking 2 sono arrivati a Terra l'11 aprile 1980; Viking 1 ha chiuso la missione il 13 novembre 1982.

Il costo

I costi del progetto sono stati stimati fino a 2 miliardi di dollari degli anni Settanta. La cifra più usata nei confronti è 935 milioni di dollari del 1974, equivalenti a circa 3,5 miliardi di dollari del 1997.