Ecco le priorità scientifiche della NASA per le missioni Artemis

Ecco le priorità scientifiche della NASA per le missioni Artemis

Nell’ottobre del 2024, la NASA invierà gli astronauti sulla Luna per la prima volta dall’era Apollo. Dopo aver stabilito l’orbita con la loro navicella spaziale Orion, un team di due astronauti (“la prima donna e il prossimo uomo”) atterreranno nella regione polare meridionale della Luna. Nel corso di una settimana, questi astronauti esploreranno e investigheranno uno dei numerosi crateri permanentemente oscurati della regione.

Come prima missione lunare con equipaggio in oltre cinquant’anni, questa missione e quelle che seguiranno avranno una solida serie di obiettivi scientifici. Questi obiettivi sono stati definiti nella Artemis III Science Definition Team Reportche è stato reso pubblico all’inizio di questo mese. Questo rapporto è una sintesi del piano scientifico preparato su richiesta della NASA Direzione della missione scientifica (SMD) per il Artemide III missione.

La strada per tornare sulla Luna

Il processo di definizione di questi obiettivi è iniziato già a settembre, quando la Divisione Scienze Planetarie dell’SMD della NASA ha riunito il Science Definition Team (SDT). Questo team è stato incaricato di valutare gli obiettivi per il Artemide III missione che consentisse di raggiungere gli obiettivi scientifici articolati dalla NASA e che raccomandasse gli approcci investigativi, le attività chiave della scienza di superficie e i concetti operativi richiesti.

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Schema della missione Artemis III e dei suoi obiettivi. Credito: NASA

Le loro valutazioni si sono basate sui quattro Documenti Guida della Comunità, che consistevano in Tabella di marcia per l’esplorazione lunare degli Stati Uniti, il Contesto scientifico per l’esplorazione della Luna (2007), il LEAG Avanzare la scienza della Luna, e il Visioni e viaggi per la scienza planetaria nel decennio (2013-2022).

L’SDT ha anche preso in considerazione le raccomandazioni del Sondaggio decennale di scienza planetaria (2013 – 2022), così come i white paper presentati dalla comunità scientifica. Questi documenti raccomandano quasi ogni tipo di scienza lunare e di esperimento immaginabile, che vanno dal rilevamento della materia oscura e gli effetti della gravità lunare sui topi, alla radioastronomia e ai ritorni di campioni di ghiaccio lunare.

Nel loro rapporto finale, presentato il 6 novembre e reso disponibile al pubblico il 4 dicembre, l’SDT ha individuato sette obiettivi generali che comprendono tutti gli obiettivi scientifici individuati. Questi obiettivi includono:

  • Comprendere i processi planetari
  • Capire il carattere e l’origine dei volatili polari lunari
  • Interpretare la storia dell’impatto del sistema Terra-Luna
  • Rivelare la storia dell’antico sole e del nostro ambiente astronomico
  • Osservare l’universo e l’ambiente spaziale locale da una posizione unica
  • Condurre la scienza sperimentale nell’ambiente lunare
  • Indagare e mitigare i rischi di esplorazione
Impressione dell’artista di astronauti che raccolgono campioni di ghiaccio lunare. Credito: NTL/HeroX

Come hanno affermato gli autori nel Introduzione sezione del loro rapporto:

“L’esperienza raccolta dalle sei spedizioni Apollo del 1969-1972 – collettivamente, la geologia di campo, l’istituzione di pacchetti sperimentali sulla superficie lunare e i campioni portati sulla Terra per l’analisi – ha ridefinito la nostra comprensione del Sistema Solare. Nel XXI secolo, c’è stata una rinascita di interesse internazionale per la Luna.

“Questi risultati del 21° secolo dimostrano che la Luna non è un mondo arido e dormiente – è un mondo con impareggiabili opportunità di nuove scoperte scientifiche e ricche opportunità di attività commerciali.

Le scoperte rivoluzionarie… hanno rafforzato lo status della Luna come pietra angolare della scienza planetaria, e aumentato la necessità di un programma completo di esplorazione e utilizzo della Luna che guiderà la crescita economica, promuoverà la collaborazione internazionale ed espanderà la conoscenza umana”.

Campione-Ritorno

Sulla base di questi obiettivi, gli autori del rapporto hanno pubblicato 15 risultati e le corrispondenti raccomandazioni per Artemide III. In particolare, si sottolinea un “programma ottimale di ritorno del campione” che permetterebbe di riportare le rocce lunari sulla Terra per le analisi. Da questo, la prima raccomandazione afferma che:

“Gli astronauti dovrebbero partecipare ad un corso in stile Apollo in geologia e scienze planetarie, che includa sia componenti di campo che di classe, al fine di fornire una caratterizzazione geologica ottimale in situ dei siti di raccolta dei campioni lunari. Un team dedicato di scienziati dovrebbe servire in un Centro di Missione Scientifica Artemis III sulla Terra con audio bidirezionale in tempo reale e video a senso unico tra l’equipaggio e il Centro di Missione Scientifica”.

Illustrazione degli astronauti di Artemide sulla Luna. Crediti: NASA

Questo è coerente con il Riunione annuale 2020 dei risultati del LEAGdove si raccomandava che il Artemide III missione procurarsi campioni di materiale lunare che superano la massa media di ciò che gli astronauti dell’Apollo hanno portato con sé – almeno 150 kg (~330 libbre). Studi precedenti hanno concluso che un campione di questa massa sarebbe necessario per supportare numerose analisi e massimizzare i risultati scientifici.

Essi sottolineano anche come avere un “catalogo di campioni accuratamente curato” sulla Terra permetterebbe di fare future scoperte scientifiche man mano che la tecnologia avanza e vengono resi disponibili nuovi strumenti e tecniche analitiche. Le rocce lunari restituite dagli astronauti dell’Apollo ne sono la prova. Decenni dopo, l’analisi di questi campioni sta ancora rivelando cose sulla formazione e l’evoluzione della Luna!

Sottolineano inoltre che i campioni prelevati devono essere di natura diversa e “ampiamente rappresentativi della complessa geologia della regione del polo sud”. Pertanto, si raccomanda che il Artemide III Gli astronauti devono essere addestrati ed equipaggiati per raccogliere una varietà di campioni di superficie e sottosuolo. Questo è particolarmente importante se si considera che i depositi di ghiaccio lunare sono stati trovati estendersi sotto la profondità della superficie.

Successivamente, si raccomanda di coordinare attentamente l’analisi in situ e la raccolta dei campioni per massimizzare i risultati scientifici. In sostanza, questo significa che gli astronomi dovrebbero dare priorità ai campioni volatili in base a come la loro rimozione, trasporto e cura porterà alla perdita di questi elementi. Concordemente, essi sottolineano anche la necessità di contenitori sottovuoto leggeri e a doppia tenuta per il trasporto a casa.

La NASA ha già lanciato un concorso di incentivazione attraverso HeroX per soluzioni a questa sfida – la NASA Lunar Deep Freeze Challenge. La NASA ha anche investito in 14 società per soluzioni nell’ambito della quinta sollecitazione competitiva “Tipping Point”.. Chiaramente, la NASA e le sue affiliate stanno dando notevole importanza al recupero di campioni di ghiaccio lunare.

Operazioni in situ

Il rapporto formula anche una serie di raccomandazioni per le operazioni di superficie durante la missione. Queste includono la creazione di capacità di alimentazione e di comunicazione di lunga durata nel bacino del Polo Sud di Aitken, che consentirà il monitoraggio geofisico e ambientale dopo che gli astronauti avranno fatto i bagagli e saranno tornati a casa.

Successivamente, hanno raccomandato alla NASA di stabilire capacità di comunicazione ad alta larghezza di banda e di trasmissione dati in tempo reale per il sito della missione. Ciò consentirebbe a una squadra di supporto del centro operativo sulla Terra di monitorare e fornire supporto agli astronauti mentre conducono attività extraveicolari (EVA).

Ci sono state anche preoccupazioni riguardo alle assegnazioni di massa che saranno disponibili a bordo del sistema di atterraggio umano (HLS). In breve, gli autori del rapporto ritengono che il lander utilizzato per traghettare due astronauti tra la capsula spaziale Orion e la superficie non sarà in grado di trasportare abbastanza strumenti o carichi utili per raggiungere tutti gli obiettivi scientifici della missione.

Impressione dell’artista di un sistema di atterraggio umano Artemis (HLS). Credito: NASA

In quanto tale, gli autori del rapporto raccomandano alla NASA di sollecitare lo sviluppo di strumenti che siano in grado di affrontare più di una forma di analisi o di indagine alla volta. In alternativa, raccomandano alla NASA di preposizionare strumenti scientifici in prossimità del sito di atterraggio di Artemis III in modo che l’HLS non debba trasportare tutto fino al sito.

“Questo potrebbe consistere in una cache inerte di strumenti/attrezzature a cui l’equipaggio può accedere all’arrivo, e/o uno o più lander o rover strumentati per il monitoraggio ambientale”, scrivono. Si raccomandava anche il posizionamento dei pacchetti in più siti di atterraggio per raccogliere dati e consentire future missioni in questi siti, in modo simile a quanto è stato realizzato con il Pacchetti di esperimenti sulla superficie lunare Apollo (ALSEP).

Preoccupazioni logistiche

Altre importanti considerazioni che vengono sottolineate sono la mobilità dell’equipaggio sulla superficie lunare. Pertanto, gli autori del rapporto raccomandano alla NASA di inviare un rover o un altro veicolo sulla superficie lunare prima dell’arrivo del Artemide III astronauti. Anche la trasmissione fedele dei dati dalla superficie è fondamentale, scrivono, così come la necessità di stabilire parametri coordinati di mappatura e di cronometraggio.

Durante i preparativi per Artemide IIIGli autori sottolineano che tutti i dati lunari esistenti dovrebbero essere prontamente disponibili per gli scienziati e i pianificatori di missioni. A tal fine, essi raccomandano di continuare a fornire finanziamenti sufficienti per mantenere il Sistema di dati planetari (PDS), un archivio digitale a lungo termine e una serie di strumenti online che consente agli utenti di accedere a tutti i dati esistenti sulle missioni e le ricerche della NASA.

Illustrazione degli astronauti della NASA al Polo Sud lunare. Credito: NASA

Raccomandano inoltre che le nostre mappe della regione polare del sud ricevano un serio sputo e una lucidatura! Ciò consisterebbe nel creare mosaici e modelli topografici utilizzando i dati più attuali e di migliore qualità disponibili – cioè quelli ottenuti da missioni come la Orbiter da ricognizione lunare (LRO), il Esploratore SELenologico e Ingegneria (SCELTA), e Chandrayaan-1.

Hanno anche raccomandato di effettuare un’ulteriore mappatura dei siti di atterraggio dei candidati, e su una scala di quanto è stato fatto in preparazione dell’Apollo Landings. Questo è particolarmente importante perché, come affermano, “[t]l ritorno scientifico della missione Artemis III sarà intrinsecamente legato al sito di atterraggio di Artemis III”, e che i risultati scientifici desiderati “dovrebbero essere una considerazione importante durante il processo di selezione del sito”.

Cooperazione

Un’altra grande preoccupazione è stata la necessità di integrazione tra le varie direzioni che hanno una partecipazione nella Artemide III missione e l’eventuale costruzione della Campo Base Artemis. Questo include la NASA Direzione delle missioni di esplorazione umana e delle operazioni (HEOMD), la Direzione della Missione Scientifica (SMD), la Direzione della missione di tecnologia spaziale (STMD), e tutte le comunità scientifiche e commerciali esterne.

Per garantire ciò, raccomandano di creare un gruppo di lavoro permanente di scienziati di Artemis con l’SMD e di lavorare a stretto contatto con i rappresentanti dell’STMD e dell’HEOMD. Pensano anche che il LEAG, il Team di pianificazione della cura e dell’analisi dei materiali extraterrestri (CAPTEM), e altri gruppi di analisi dei programmi dovrebbero sfruttare la loro esperienza nel trattare con più stakeholder e nel sintetizzare gli obiettivi.

Impronta dell’artista delle operazioni di superficie sulla Luna. Credito: NASA

Questi obiettivi e raccomandazioni vanno ben oltre la garanzia che i risultati scientifici per il Artemide III missione sono massimizzati. Nel lungo periodo, definire ciò che il Programma Artemis dovrebbe realizzare (e gettare le basi per raggiungere tutto ciò) è essenziale per la creazione da parte della NASA di un “programma sostenibile di esplorazione lunare”.

Oltre Artemide IIIQuesto piano prevede la creazione di infrastrutture permanenti sulla Luna e in orbita attorno alla Luna entro il 2030. Questo include il Artemis Gateway (alias il Porta Lunare, o solo Gateway), un habitat orbitale che consentirà l’accesso regolare alla Luna, e il Campo Base Artemis – una struttura che permetterà missioni esplorative di lunga durata in superficie. Come sintetizzano gli SDT nel loro rapporto:

“La missione di Artemide III, una sola missione sulla superficie lunare, è solo un inizio. Artemis III non si occuperà di ciascuno degli obiettivi del Piano scientifico di Artemis, e non affronterà tutte le questioni scientifiche aperte sulla Luna – ma sarà una solida base per la scoperta futura”.

Potete leggere il rapporto completo e il materiale correlato cliccando su uno dei link in basso. Se siete interessati, potete consultare il municipio della comunità Artemis III SDT qui sotto, per gentile concessione della NASA Istituto virtuale di ricerca sull’esplorazione del sistema solare (SSERVI):

Ulteriori letture: