Lo straordinario sistema robotico di raccolta dei campioni del Perseverance Mars Rover della NASA

Per raccogliere le rocce lunari nella missione Apollo 11 sono bastati due astronauti Saranno invece necessari tre sistemi robotici che lavorino insieme per raccogliere i primi campioni di roccia da Marte che in seguito verranno spediti sulla Terra.
I campioni prelevati dal suolo lunare dagli astronauti dell’Apollo 11 furono i primi a essere prelevati da un altro corpo celeste. la missione NASA del rover Mars 2020 Perseverance raccoglierà i primi campioni da un altro pianeta che verranno riportati sulla Terra nelle missioni successive. Il rover Perseverance farà affidamento sul meccanismo più complesso, capace e più pulito mai inviato nello spazio, il Sample Caching System.
Le ultime 39 delle 43 provette di campionamento nel cuore del sistema sono state caricate, insieme al gruppo di archiviazione che le custodirà, a bordo del rover Perseverance il 20 maggio 2020 al Kennedy Space Center in Florida. (Gli altri quattro tubi erano già stati caricati in posizioni diverse nel sistema di memorizzazione nella cache dei campioni).
Come ha detto Adam Steltzner, ingegnere capo della missione rover Perseverance Mars 2020 al Jet Propulsion Laboratory della NASA:
“Anche se non puoi fare a meno di meravigliarti di ciò che è stato raggiunto ai tempi di Apollo, avevano una cosa da fare per loro noi non abbiamo: stivali a terra. Per poter raccogliere i primi campioni di Marte per il ritorno sulla Terra, al posto di due astronauti abbiamo tre robot che devono lavorare con la precisione di un orologio svizzero”.
Il rover Perseverance non è solo un robot, in realtà è un insieme di robot che lavorano all’unisono. Situato sulla parte anteriore del rover Perseverance, lo stesso Sample Caching System è composto da altri tre robot, il più in vista è il braccio robotico del rover lungo 2 metri. Fissato alla parte anteriore del telaio del rover, il braccio a cinque snodi porta una grande torretta con un trapano rotante a percussione in grado di raccogliere campioni di roccia e regolite.
Il secondo robot sembra un piccolo disco volante installato nella parte anteriore del rover. Chiamato carosello di bit, questo apparecchio è l’intermediario definitivo per tutte le transazioni di campioni di Marte: fornirà punte da trapano e tubi di campionamento vuoti al trapano e successivamente sposterà i tubi pieni nello chassis del rover per la valutazione e l’elaborazione.
Il terzo robot nel sistema di memorizzazione nella cache dei campioni è il braccio di manipolazione dei campioni lungo 0,5 metri (che il team chiama “braccio del T. rex”). Situato nel ventre del rover, riprende da dove si ferma il carosello di bit, spostando i tubi contenenti i campioni.
Tutti questi robot devono funzionare con una precisione simile a un orologio. Ma se il tipico cronometro svizzero ha meno di 400 parti, il Sample Caching System ne ha più di 3.000.
“Sembra molto, ma inizi a capire la necessità di complessità se consideri che il Sample Caching System ha il compito di perforare autonomamente la roccia di Marte, estrarre campioni di carote intatti e quindi sigillarli ermeticamente in vasi iper-sterili che sono essenzialmente privo di qualsiasi materiale organico originario della Terra che potrebbe ostacolare le analisi future “, ha affermato Steltzner. “In termini di tecnologia, è il meccanismo più complicato e sofisticato che abbiamo mai costruito, testato e preparato per il volo spaziale”.
L’obiettivo della missione è raccogliere una dozzina o più di campioni. Quindi, come funziona meticolosamente questa raccolta labirintica di motori, riduttori epicicloidali, encoder e altri dispositivi delle dimensioni di un baule di tre robot per prenderli?
“Essenzialmente, dopo che il nostro trapano rotante a percussione ha prelevato un campione di carota, si girerà e si attraccherà con uno dei quattro coni di aggancio del carosello di punte”, ha detto Steltzner. “Quindi la giostra delle punte ruota quella punta piena di Marte e un tubo di campionamento all’interno del rover in una posizione in cui il nostro braccio di manipolazione del campione può afferrarlo. Quel braccio estrae il tubo campione riempito dalla punta elicoidale e lo porta ad essere ripreso da una telecamera all’interno del Sample Caching System”.
Dopo che la provetta con i campioni verrà sottoposta a imaging, il piccolo braccio robotico la sposta verso la stazione di valutazione del volume, dove una bacchetta spinge verso il basso il campione per misurarne le dimensioni. “Poi torniamo indietro e prendiamo un’altra immagine”, ha detto Steltzner. “Dopodiché, prendiamo un sigillo, un piccolo tappo, per la parte superiore del tubo del campione e torniamo indietro per scattare un’altra immagine”.
Successivamente, il Sample Caching System inserisce la provetta nella stazione di sigillatura, dove un meccanismo sigilla ermeticamente la provetta con il tappo. “Quindi estraiamo il tubo”, ha aggiunto Steltzner, “e lo rimettiamo in deposito dal punto in cui è iniziato”.
Il sistema progettato, prodotto e quindi integrato in Perseverance è stato un lavoro lungo sette anni. E il lavoro non è ancora finito. Come per tutto il resto sul rover, ci sono due versioni del Sample Caching System: un modello per i test ingegneristici che rimarrà qui sulla Terra e il modello di volo che viaggerà su Marte.
“Il modello ingegneristico è identico in ogni modo possibile al modello di volo, ed è nostro compito cercare di romperlo”, ha affermato Kelly Palm, ingegnere di integrazione del sistema di caching dei campioni e test lead di Mars 2020 del JPL. “Lo facciamo perché preferiremmo vedere le cose consumarsi o rompersi sulla Terra piuttosto che su Marte. Quindi abbiamo messo alla prova il modello di test ingegneristico per informare il nostro utilizzo del suo gemello di volo su Marte “.
A tal fine, il team utilizza diverse rocce per simulare i tipi di terreno. Perforandole da varie angolazioni per anticipare qualsiasi situazione immaginabile in cui potrebbe incappare il rover in cui il team scientifico potrebbe voler raccogliere un campione.
“Ogni tanto devo prendermi un minuto e riflettere su quello che stiamo facendo”, ha detto Palm. “Solo pochi anni fa ero al college. Ora sto lavorando al sistema che sarà responsabile della raccolta dei primi campioni da un altro pianeta per il ritorno sulla Terra. È davvero fantastico”.
Perseverance è uno robot scienziato del peso di circa 1.025 chilogrammi. La missione di astrobiologia del rover cercherà i segni della vita microbica nel passato del pianeta rosso. Studierà il clima e la geologia del pianeta, raccoglierà campioni che verranno spediti sulla Terra e aprirà la strada all’esplorazione umana di Marte. Perseverance è decollato il 30 luglio 2020 e atterrerà al cratere Jezero di Marte il 18 febbraio 2021.
Le due successive missioni necessarie per riportare i campioni raccolti dalla missione sulla Terra sono attualmente in fase di pianificazione dalla NASA e dall’Agenzia spaziale europea.
La missione del rover Mars 2020 Perseverance fa parte di un programma di più ampio respiro che include missioni sulla Luna per preparare l’esplorazione umana del Pianeta Rosso. Incaricata di riportare gli astronauti sulla Luna entro il 2024, la NASA stabilirà una presenza umana sostenuta su e intorno alla Luna entro il 2028 attraverso i piani di esplorazione lunare elle missionii Artemis.
Fonte: https://scitechdaily.com/the-extraordinary-robotic-sample-gathering-system-of-nasas-perseverance-mars-rover/