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Mars Sample Return, ecco i segreti dei due bracci meccanici "Made in Italy"

di Marco Innocenti

La progettazione è stata affidata al settore robotica spaziale di Leonardo

"Questo è un piccolo passo per l'uomo, un gigantesco balzo per l'umanità". Con queste parole, Neil Armstrong celebrò l'arrivo del primo uomo sulla superficie della Luna, il 21 luglio 1969. Parole che sarebbero però ancora perfette per descrivere l'arrivo, oltre 50 anni dopo, della missione "Mars Sample Return" sulla superficie del pianeta rosso, divenuto ormai la vera grande frontiera della conquista dello spazio. Una missione che, in realtà, è solo agli inizi ma che pre la prima volta nella storia dell'umanità riporterà sulla Terra campioni prelevati dal suolo marziano. Una missione che ha anche un pizzico di tecnologia italiana.

"La missione "Mars Sample Return" è una missione in collaborazione tra Nasa e Agenzia Spaziale Europea - ci spiega l'ingegnere Guido Sangiovanni, responsabile della robotica spaziale di Leonardo - Ha l’ambizioso programma di raggiungere Marte, raccogliere dei campioni di suolo marziano e portarli a terra per la prima volta nella storia. Questo avverrà con una serie di lanci: il primo è avvenuto lo scorso 18 febbraio dove la sonda Perseverance, lanciata nel luglio 2020, che è arrivata su Marte e tutti abbiamo assistito con grande emozione al momento in cui il rover è stato rilasciato. Ora inizierà la sua missione e andrà in giro per il pianeta rosso, raccoglierà dei campioni di suolo marziano e li inserirà in alcune provette chiamati semplicemente 'Tubi' dalla Nasa stessa, che verranno lasciati sul terreno".

"Nel 2026 poi ci sarà un secondo lancio - prosegue Sangiovanni - Verrà inviata una sonda che arriverà su Marte l’anno dopo e depositerà al suolo un lander, con sopra un altro rover. Questo rover, che sarà europeo, si chiama Sample Fetch Rover e inizierà ad andare letteralmente in giro per Marte a raccogliere con un braccio robotico i Tubi, queste provette lasciate da Perseverance e le porterà con sé, riponendole in un apposito contenitore. Finita la raccolta il rover ritornerà indietro verso il lander dove un secondo braccio, più grande, di circa 2 metri, prenderà le provette dal contenitore e le inserirà in un'apposita sonda che verrà lanciata in orbita intorno al pianeta, dove un successivo satellite li raccoglierà per il rientro sulla Terra previsto nel 2031".

Ed è proprio in queste due fasi successive che entrerà in causa la tecnologia italiana, con il settore robotica spaziale di Leonardo prescelto dall'Esa come partner con il delicato compito di progettare e sviluppare i due bracci meccanici: "Leonardo è stata selezionata dall’Agenzia Spaziale Europea in virtù del suo background tecnologico acquisito nel corso degli anni - commenta Sangiovanni - grazie all’investimento dell’Agenzia Spaziale Italiana su tutta quella che è la robotica, in particolare i bracci. Sin dagli anni '90 l’Asi sostiene Leonardo in questo sviluppo quando sono nati i primi prototipi, le prime realizzazioni di modelli di bracci robotici".

Ma quali sono le particolarità di questi due gioielli della tecnologia e quali sono le sfide principali da superare? "Attualmente, siamo in fase di progettazione preliminare e i due bracci che stiamo progettando qui a Nerviano, vicino Milano, sono ancora dei prototipi. Il primo è un braccio che ha 6 gradi di libertà, è molto leggero e flessibile ma con un rapporto tra massa e carico vagante (quello che verrà messo poi in fondo al braccio) estremamente elevato. Il secondo braccio invece è più grande, sarà quello che trasferirà i campioni dal rover al lander. Ha 7 gradi di libertà, è più massiccio, più grande e ha una caratteristica di complessità maggiore. Le sfide? Abbiamo un ambiente estremamente ostile, abbiamo la polvere che si depositerà sui meccanismi, abbiamo il vento che causerà dei problemi nella gestione del braccio. Ci sarà poi il problema della temperatura perché la notte marziana è particolarmente fredda. I materiali, i processi, tutto l’aspetto della qualità della qualifica dei processi è importante soprattutto se parliamo dell’elettronica che di solito nello spazio lavora fino a -55° di temperatura. Su Marte invece si parla di scendere al di sotto dei -100° fino a temperature anche di -130° quindi bisognerà studiare l’elettronica di questi oggetti in maniera molto attenta e dimostrare che questi componenti sopravviveranno al freddo più intenso".

Un'altra particolarità dei due bracci robotici è che dovranno lavorare in maniera autonoma, senza cioé ricevere comandi dalla Terra. "Non possiamo lavorare in teleoperazione a causa del ritardo, fino a 20 minuti, causato dalla distanza del segnale che viene rimandato dalla Terra a Marte, poi viene decodificato dalla reti di satelliti intorno al pianeta prima di arrivare al rover e lender. Qui deve essere gestito dai computer di bordo, che poi li invia ai componenti e poi li rimanda indietro. Questa catena di invio è estremamente lunga quindi bisogna progettare i bracci robotici affinché funzionino in condizioni di autonomia. Non soltanto per la gestione nominale, quindi con le telecamere che dovranno individuare il tubo, dare comandi al computer per raggiungerlo, gestire il movimento del braccio che arriva per prendere il tubo e poi per riportarlo indietro. Non soltanto nella fase nominale, cioé se tutto va bene ma anche come quelli che potrebbero esserci come una lettura sbagliata del sensore, se ci sono dei problemi di disallineamento oppure ci sono problemi che potrebbero intervenire nello svolgere quest’esecuzione".