Sono troppi gli argomenti interessanti di questo periodo di fine anno quindi mi limiterò a parlarvi delle notizie che ritengo meritino attenzione per importanza strategica, peculiarità e proiezione nel 2022.

Davanti a tutti vi è sicuramente il lungo viaggio del JWST, che è decollato il giorno di Natale dalla base di lancio ESA del Centro spaziale guyanese, sito a Kourou nella Guyana francese con un Ariane 5. Un lancio perfetto!

Ma non mi voglio dilungare oltre anche perché per saperne di più abbiamo il nostro Roberto Castagnetti che ci tiene continuamente aggiornati sulla complicatissima missione da 10 miliardi di dollari, che culminerà con l’arrivo in L2 a oltre 1,5 milioni di km da Terra.

Trovate tutti gli aggiornamenti sul nostro canale Telegram “Il COSMo News” a cui vi rimando.

Poi vorrei anche aggiornarvi sugli eventi in fase di sviluppo che sono attesi nel 2022 e che determineranno una svolta nella esplorazione spaziale.

1. L’evento più attesa sarà sicuramente la “prima luce” del JWST, le prime immagini che promettono di farci vedere galassie mai viste prima createsi quando il nostro universo era appena nato e forse anche qualche primo piano di pianeti extrasolari o quantomeno la composizione della loro eventuale atmosfera.
2. Poi abbiamo spero finalmente a marzo la prima missione Artemis1, che vedrà il lancio dello SLS della NASA. Il mitico Space Launch System, che ha collezionato ritardi ed extracosti da record, porterà la navicella ORION, con un manichino a bordo, a fare qualche orbita intorno alla Luna. SLS Sarà il vettore statunitense che riporterà gli astronauti sulla Luna a metà decennio. Artemis 1 avrà il compito di validare i mezzi (SLS non ha mai volato mentre la ORION ha già fatto un volo a 5000 km di quota), le comunicazioni e le nuove strategie. Sarà il più grande razzo mai costruito, almeno fino a che non arriverà la Starship della SpaceX.

3) Infatti, l’altro evento sarà il primo volo orbitale della Starship di Elon Musk, che dovrebbe avvenire in primavera. La Starship verrà portata in orbita bassa dal possente razzo Super Heavy, sempre della SpaceX. Questo evento assumerà particolare importanza dato il fatto che la NASA avrebbe scelto questo mezzo, cioè la Starship, come sistema di allunaggio per il progetto Artemis. Se tutto andrà come previsto, questa “navetta” di una cinquantina di metri verrà caricata sopra ad un SLS (o su un Super Heavy) e spedita sulla Luna, con astronauti a bordo. Un altro grande passo per l’umanità, direbbe Neil Armstrong.

4) Prevista a settembre la partenza per l’orbita terrestre del nuovo razzo pesante New Glenn della Blue Origin (di Jeff Bezos) che conta di entrare nel ricco mondo dei lanciatori con questo nuovo razzo pesante di ultima generazione. Ne parleremo approfonditamente nel corso del 2022.

5) Avremo poi finalmente il debutto come contractor per la NASA dello Starliner, la navetta della Boeing, che insieme alla Crew Dragon della SpaceX fornirà il servizio taxi da e per la Stazione Spaziale Internazionale. Lo Starliner, chiamato anche CST-100, è già stato in orbita senza equipaggio ma per problemi di software non riuscì ad agganciarsi alla ISS, quindi, dovette tornare sulla Terra dove atterrò senza problemi come previsto. A maggio e poi a settembre 2022 la Starliner inizierà i voli per il trasporto di materiali e uomini alla ISS. Un programma che ha subito ritardi incredibili ma che sono convinto porterà una alternativa valida perché con questo mezzo, per la prima volta dopo gli Space Shuttle, gli astronauti torneranno sulla terra nel deserto e non in acqua come la Orion o la Crew Dragon. In realtà già lo fanno sia la Virgin Galactic che la Blue Origin, ma con equipaggi di voli suborbitali.

• 6) Andrà finalmente in orbita il mitico DREAM CHASER. I primi lanci sono previsti per marzo, giugno, agosto e novembre 2022. Costruito da Sierra Space con grandi ambizioni, Dream Chaser è un mini Space Shuttle: lungo nove metri (circa la metà degli Shuttle), è lanciato da un razzo e atterra su pista. Nel 2022 effettuerà una serie di voli di prova programmati verso l’ISS, per missioni di rifornimento e recupero di esperimenti scientifici per conto della NASA. Nessuna di queste missioni sarà pilotata, ma Dream Chaser può ospitare sette astronauti che, probabilmente, inizieranno a prendere posto sulla navetta tra il 2023 e il 2024.

• 7) La sonda Juno della NASA catturerà un primissimo piano di Europa, una delle lune di Giove, a febbraio e a settembre 2022. La sonda, in orbita attorno a Giove dal 2016, ha già avuto un incontro a distanza ravvicinata con Europa nell’ottobre 2021. Tuttavia nel 2022 la navicella, costata 1,1 miliardi di dollari, osserverà Europa da una distanza di 47.000 chilometri a febbraio, per poi arrivare a soli 355 chilometri dalla superficie a settembre.
• 8) Partirà verso Giove anche la sonda europea: JUICE. La partenza della sonda dell’ESA è fissata per maggio. Dopo il lancio, la JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) dovrà sostenere un lungo viaggio verso il pianeta gigante del Sistema Solare: l’arrivo è previsto per il 2029. A quel punto, per almeno tre anni e mezzo JUICE ci permetterà di studiare le lune di Giove: Ganimede, Europa e Callisto.

9) Comincerà sul serio la ricerca mineraria sugli asteroidi. Con la missione Psyche, in partenza nell’agosto 2022, l’ente spaziale americano vuole un primo piano di uno degli oggetti più intriganti e forse tra i più preziosi che conosciamo, l’asteroide 16 Psyche. Il lanciatore della missione che sarà completamente robotica e a basso costo sarà uno SpaceX Falcon Heavy. Con questa missione la NASA ha l’obiettivo di scoprire se quell’oggetto è davvero composto di ferro e nichel (e se vale la pena aprire lì una miniera) e per capire come si è formato.

• 10) ExoMars: Europa e Russia su Marte. Dopo numerosi ritardi la partenza è fissata per il 20 settembre 2022. l’Agenzia spaziale europea e quella russa (Roscosmos) avviano infine la missione congiunta – ExoMars – verso il Pianeta Rosso. Una finestra di lancio di 12 giorni si aprirà il 20 settembre 2022 e si prevede che il rover, battezzato Rosalind Franklin, possa atterrare su Marte il 10 giugno 2023.
• 11) Il 2 ottobre 2022 il Double Asteroid Redirection Test (DART) della NASA e dell’Agenzia spaziale europea andrà a impattare contro Dimorphos, piccola luna dell’asteroide 65803 Didymos. Un esperimento importante per trovare il modo più corretto per deviare un asteroide nel caso fosse in rotta di collisione con la Terra.
• 12) Partirà il primo modulo del Gateway, in orbita tra la Terra e la Luna. Non solo: la Luna nel 2022 diventerà oggetto di una decina di missioni private. Alcune saranno composte solamente da sonde che rimarranno in orbita lunare, altre porteranno sul nostro satellite esperimenti di vario tipo. Se non si regolamenterà a livello internazionale che vincoli anche i provati la Luna diventerà un nuovo far west.

• 13) Poi abbiamo i cinesi con la loro Tiangong 3, la nuova stazione spaziale che sarà completamente operativa nel 2023, ma che nel 2022 vedrà il maggior impegno nell’assemblaggio in orbita.

• 14) Infine, ma non meno importanti, abbiamo un gran da fare su Marte, ormai con 3 Rover attivi: due americani ed uno cinese, ed una fitta rete di orbiter europei, americani, arabi e cinesi. Il 2022 potrebbe essere l’anno della svolta nella ricerca di tracce di vita passata nel sottosuolo marziano.

NUOVE TECNOLOGIE

Come dicevo, oltre ai fatti eclatanti che caratterizzeranno il prossimo anno e sperando che il covid stia sparando le sue ultime cartucce, vi voglio parlare anche di una notizia che ritengo interessante perché riguarda una tecnologia veramente innovativa: la levitazione sulla Luna!

Gli ingegneri del MIT testano un’idea per un nuovo rover lunare a levitazione

Da un articolo di Jennifer Chu per MIT News, Boston MA (SPX) 27 dicembre 2021; https://www.moondaily.com/reports/MIT_engineers_test_an_idea_for_a_new_hovering_Lunar_rover_999.html

Questa illustrazione mostra un’immagine concettuale del rover.

Gli ingegneri aerospaziali del MIT stanno testando un nuovo concetto per un rover sospeso che levita sfruttando la carica naturale della luna.

Poiché non hanno un’atmosfera, la luna e altri corpi senz’aria come gli asteroidi possono creare un campo elettrico attraverso l’esposizione diretta al sole e al plasma circostante. Sulla luna, questa carica superficiale è abbastanza forte da far levitare la polvere a più di 1 metro dal suolo, proprio come l’elettricità statica può far rizzare i capelli di una persona. La bassa magnitudine del campo elettrico superficiale naturale (ordine 10 V / m) limita comunque fortemente la capacità di un veicolo di sfruttare la levitazione elettrostatica come strategia di manovra, in particolare su grandi corpi planetari, come la Luna

Gli ingegneri della NASA e altrove hanno recentemente proposto di sfruttare questa carica superficiale naturale per far levitare un aliante con ali in Mylar, un materiale che mantiene naturalmente la stessa carica delle superfici dei corpi senz’aria. Hanno ragionato che le superfici con carica simile dovrebbero respingersi, con una forza che solleva l’aliante da terra. 

Ma un tale progetto sarebbe probabilmente limitato a piccoli asteroidi, poiché i corpi planetari più grandi avrebbero un’attrazione gravitazionale più forte e contrastante.

Il rover levitante del team del MIT potrebbe potenzialmente aggirare questo limite di dimensioni. 

Il concept, che ricorda un disco volante in stile retrò, utilizza minuscoli fasci di ioni per caricare il veicolo e aumentare la carica naturale della superficie. L’effetto complessivo è progettato per generare una forza repulsiva relativamente grande tra il veicolo e il suolo, in un modo che richiede pochissima potenza. 

In uno studio di fattibilità iniziale, i ricercatori mostrano che un tale aumento di ioni dovrebbe essere abbastanza forte da far levitare un piccolo veicolo da 2 libbre sulla luna e grandi asteroidi come Psiche.

I risultati del team appaiono nell’ultimo numero del Journal of Spacecraft and Rockets. I coautori di Jia-Richards sono Paulo Lozano, il professore di aeronautica e astronautica M. Aleman-Velasco e direttore dello Space Propulsion Lab del MIT; e l’ex studente in visita Sebastian Hampl, ora alla McGill University.

Forza ionica.

Il design levitante del team si basa sull’uso di propulsori ionici in miniatura, chiamati sorgenti ioniche ioniche-liquide. Questi piccoli ugelli microfabbricati sono collegati a un serbatoio contenente liquido ionico sotto forma di sale fuso a temperatura ambiente. Quando viene applicata una tensione, gli ioni del liquido vengono caricati ed emessi come un raggio attraverso gli ugelli con una certa forza.

Il team di Lozano ha aperto la strada allo sviluppo di propulsori ionici e li ha utilizzati principalmente per spingere e manovrare fisicamente piccoli satelliti nello spazio. Recentemente, Lozano aveva visto una ricerca che mostrava l’effetto levitante della superficie carica della luna sulla polvere lunare. 

Ha anche preso in considerazione il progetto dell’aliante elettrostatico della NASA e si è chiesto: un rover dotato di propulsori ionici potrebbe produrre abbastanza forza repulsiva ed elettrostatica da librarsi sulla luna e su asteroidi più grandi?

Per testare l’idea, il team ha inizialmente modellato un piccolo rover a forma di disco con propulsori ionici che caricavano da solo il veicolo. Hanno modellato i propulsori per irradiare ioni caricati negativamente fuori dal veicolo, il che ha effettivamente conferito al veicolo una carica positiva, simile alla superficie caricata positivamente della luna. 

Ma hanno scoperto che questo non era abbastanza per far decollare il veicolo.

Puntando poi ulteriori propulsori a terra ed emettendo ioni positivi per amplificare la carica della superficie, il team ha pensato che il boost potesse produrre una forza maggiore contro il rover, sufficiente a farlo levitare da terra. 

Hanno elaborato un semplice modello matematico per lo scenario e hanno scoperto che, in linea di principio, potrebbe funzionare.

Sulla base di questo semplice modello, il team ha previsto che un piccolo rover, del peso di circa due libbre, potrebbe raggiungere una levitazione di circa un centimetro da terra, su un grande asteroide come Psiche, utilizzando una sorgente di ioni da 10 kilovolt. Per ottenere un simile decollo sulla luna, lo stesso rover avrebbe bisogno di una sorgente da 50 kilovolt.

Questo tipo di design ionico utilizza pochissima energia per generare molta tensione.

In sospensione.

Per essere sicuri che il modello rappresentasse ciò che potrebbe accadere in un ambiente reale nello spazio, hanno eseguito un semplice scenario nel laboratorio di Lozano. 

I ricercatori hanno prodotto un piccolo veicolo di prova esagonale del peso di circa 60 grammi e delle dimensioni del palmo di una mano. Hanno installato un propulsore ionico rivolto verso l’alto e quattro verso il basso; quindi, hanno sospeso il veicolo su una superficie di alluminio da due molle calibrate per contrastare la forza gravitazionale terrestre. L’intera configurazione è stata collocata all’interno di una camera a vuoto per simulare l’ambiente senz’aria della luna e degli asteroidi.

I ricercatori hanno anche sospeso un’asta di tungsteno dalle molle dell’esperimento e hanno usato il suo spostamento per misurare la forza prodotta dai propulsori ogni volta che venivano attivati. Hanno applicato varie tensioni ai propulsori e misurato le forze risultanti, che hanno poi usato per calcolare l’altezza che il solo veicolo avrebbe potuto levitare. Hanno trovato questi risultati sperimentali abbinati alle previsioni dello stesso scenario dal loro modello, dando loro la certezza che le sue previsioni per il volo di un Rover su Psiche e sulla luna fossero realistiche.

Il modello attuale è progettato per prevedere le condizioni richieste per ottenere semplicemente la levitazione, che si trovava a circa 1 centimetro da terra per un veicolo da 2 libbre. 

I propulsori ionici potrebbero generare più forza con una tensione maggiore per sollevare un veicolo più in alto da terra. Ma Jia-Richards afferma che il modello avrebbe bisogno di essere rivisto, poiché non tiene conto di come si comporteranno gli ioni emessi ad altitudini più elevate.

“In linea di principio, con una migliore modellazione, potremmo levitare ad altezze molto più elevate”, afferma.

In tal caso, Lozano afferma che le future missioni sulla luna e sugli asteroidi potrebbero schierare rover che utilizzano propulsori ionici per librarsi e manovrare in sicurezza su terreni sconosciuti e irregolari.

Con un Rover levitante, non ci si deve preoccupare delle ruote e il percorso potrebbe essere totalmente irregolare, tipico di un asteroide o della Luna.

Gli esperimenti vengono condotti in un ambiente di laboratorio per dimostrare la fattibilità dell’utilizzo di sorgenti ioniche ioniche-liquide per la ricarica combinata di veicoli e superfici creando una forza elettrostatica di 1 mN attraverso il trasporto di carica e richiedendo solo 0,2 mW di potenza in ingresso.

Questa ricerca è stata supportata, in parte, dalla NASA.

Commentato da Luigi Borghi

Rapporto di ricerca: “Levitazione elettrostatica su corpi planetari privi di atmosfera con sorgenti ioniche liquido-ioniche”

https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/1.A35001

https://news.mit.edu/2021/moon-hovering-rover-1221 https://www.tomshw.it/scienze/il-mit-prepara-un-rover-lunare-a-levitazione-elettrostatica/

È il momento giusto per augurare a tutti i nostri follower un

magnifico 2022!