Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Esplorare i laghi polari di Titano

Il nome ricorda i Titani, figli di Crono (Saturno per i Romani), protagonisti della lotta contro Zeus e altri dei dell’Olimpo per la conquista del trono celeste. Lotta strenua, ma che li vide perdenti e sprofondati nelle viscere della terra, il Tartaro, come racconta Esiodo nella sua Titanomachia. Da qui il termine titanismo, con cui si intende l’atteggiamento di ribellione contro tutte le forze superiori che dominano e opprimono gli slanci vitali e la libertà stessa, ribellione pur nella consapevolezza di essere destinati alla sconfitta. Forse è proprio nella speranza che Titano capitoli, prima o poi, sotto la conquista da parte di una qualche missione che ne sveli i più profondi segreti, il motivo per cui gli scienziati hanno chiamato così questo massiccio satellite di Saturno.
fig.1_piano proposte missioni su TitanoFatto sta che questo corpo celeste  è oggetto di molte  ambiziose indagini da parte dei ricercatori, da quando nel 2005 la sonda Cassini e il lander Huygens, da essa trasportato, iniziavano a raccogliere informazioni che testimoniavano  la presenza di laghi di idrocarburi. Questi si presentano sempre più come luoghi favorevoli allo studio della formazione di molecole prebiotiche, in conseguenza delle trasformazioni fisiche e chimiche nei cicli di metano ed etano che si sviluppano su di esso. Ed è per questo che sono numerose le proposte di esplorazione presentate (ben sedici!) (fig.1), di cui solo quattro sono state prese in considerazione dalla Commissione che valuta le proposte delle missioni spaziali, in quanto le altre erano risultate troppo costose anche a fronte di risultati molto apprezzabili. La ricerca è stata condotta dal team Titan Lake Probe Study presso il Jet Propulsion Laboratory, una delle strutture più importanti della NASA.
Quattro sono gli obiettivi principali che si prefiggono tutte le missioni dirette a Titano:

  1.  lo studio della formazione ed evoluzione del satellite e della sua atmosfera attraverso l’analisi della composizione dei laghi, in particolare il lago Kraken;

  2.  l’osservazione delle interazioni tra superficie liquida e atmosfera per determinare il ruolo dei laghi  nel ciclo del metano;

  3.   lo studio dei laghi quale luogo-laboratorio per la formazione di composti chimici solubili in acqua e di quelli non solubili;

  4.  la ricerca di un oceano di acqua al di sotto della superficie e la presenza in esso di eventuali modifiche mareali nel corso dei 16 giorni di rotazione del satellite.

fig. 2_floating lander with relay communicationDelle quattro missioni prescelte, tre sono incluse nella classe New Frontiers, piuttosto ampia e generica, adatta quindi a comprendere le missioni più diverse, in grado di conseguire molti obiettivi scientifici utilizzando tecnologie  già disponibili come ad esempio il razzo Atlas V. E’ comunque necessario effettuare un adeguamento della parte strumentale e dei sistemi di campionatura per renderli idonei all’ambiente lacustre tipico delle zone polari di Titano. La possibilità di utilizzo di sistemi già in uso abbassa notevolmente i costi di realizzo e quindi queste missioni potrebbero essere attivate già dal 2022. Tutte prevedono l’impiego di un AeroShell a doppio guscio rigido e schermato: la parte anteriore protegge il corpo principale del lander dall’aumento di pressione e calore dovuto all’attrito, durante l’ingresso nell’atmosfera titana; quella posteriore, cioè la piattaforma, insieme ad altri componenti, quali paracadute, motori a razzo ed elettronica di controllo. I sistemi di propulsione di tutti i moduli prevedono l’utilizzo di generatori a radioisotopi di tipo Stirling (ASRG) che  sono incaricati anche di mantenere costante la temperatura interna della sonda. Diversi, invece, sono le strutture e i metodi di trasmissione dei dati.

1. Il floating lander with DTE communication è una piattaforma galleggiante che, dopo un volo interplanetario di 6 anni, dovrebbe discendere sulla superficie del lago Kraken, quando questo è rivolto verso la Terra in modo da inviare direttamente su di essa i dati raccolti con il sistema di comunicazione DTE (Direct-To-Earth). Mentre il lander galleggia sulla superficie del lago, giroscopi, accelerometri e sensori solari definiscono il senso della rotta.

2. Il submersible with relay communication è una sonda sommergibile che, dopo circa 9 anni di volo, dovrebbe compiere rilevamenti dapprima a livello della superficie del lago per 2 giorni, poi immergersi per circa 6 ore per misurazioni e campionature in profondità e quindi riemergere per inviare i dati raccolti al carrier in flyby o ad un satellite trasmittente.

3. Il floating lander with relay communication (fig.2) consiste in un lander galleggiante dotato solo di tre strumenti: uno spettrografo di massa con cromatografo, strumenti per la valutazione delle proprietà del lago e una fotocamera da immersione, responsabili della raccolta dei dati da inviare, come nel precedente modello, al carrier in flyby o ad un satellite trasmittente.

fig.3_flagshipMa il sistema di Saturno, e Titano sopratutto, rappresentano uno dei luoghi del Sistema Solare più importanti dal punto di vista scientifico ed è quindi logico e giustificato che la NASA stia preparando, anche senza troppo parlarne, progetti per raggiungere il gigante gassoso con almeno una missione di classe Flaghsip (la maggiore, cioè con un budget massimo intorno ai 2 miiardi ollari, da lanciare presumibilmente dopo il 2025. La sonda sarebbe articolata nelle classiche due sezioni, l’orbiter e il lander, con la differenza (non da poco!) che il lander sarebbe un natante, separabile anch’esso in due sezioni e incaricato di una missione di 32 giorni sul lago Kraken.

Il lander dovrebbe essere costituito da due elementi, il galleggiante e il sommergibile(fig.3a). Il primo, progettato con una base ampia a sufficienza per distribuire il peso della piattaforma sulla superficie di impatto e rimanere in galleggiamento nello strato più superficiale, è mantenuto opportunamente a temperatura costante grazie a generatori di calore ai radioisotopi e ad un doppio isolamento a vuoto. Un ulteriore isolamento dovrebbe essere garantito sulla superficie di immersione con uno strato di aerogel per mantenere costante la temperatura interna. Dovrebbe essere dotato, inoltre, di strumentazione idonea alla rilevazione di tutte le variazioni atmosferiche per correggere la navigazione in galleggiamento. Il sistema di alimentazione dovrebbe essere assicurato da due generatori ASRGs, uno per il lancio e uno per la crociera, e da un sistema di batterie a ioni di Litio per le parti impegnate nella raccolta e nell’immagazzinamento dei dati. Anche il sistema di telecomunicazione dovrebbe essere doppio: uno in X-band verso l’orbiter intorno a Saturno ed uno in VHF verso il sommergibile. La missione dovrebbe operare durante la notte titana per eliminare l’uso dei sensori solari e rendere ininfluenti le variazioni termiche interne al lander emerso. Il sommergibile, ermeticamente isolato grazie al vuoto creato tra l’involucro interno ed esterno e ulteriormente protetto da strati di materiale isolante, dovrebbe raccogliere un numero limitato di informazioni durante la discesa, quali ad esempio le modifiche di composizione al variare della profondità, e inviarli al lander con il sistema VHF. Una volta sul fondo, dovrebbe raccogliere ed analizzare campioni di sedimenti e acquisire dati con il sonar per 30 giorni, prima di tornare in superficie e inviare questi all’orbiter intorno a Saturno durante il suo secondo flyby intorno a Titano.
Come si può ben comprendere da quanto detto, l’esplorazione del laghi di Titano offre una ricca opportunità per fare luce su questo enigmatico satellite e molte sono le possibilità da seguire per metterla in atto ma…

fig.3a_flagship configuration2013/11/15 04:06 CST
Oggetto: FY2014 NASA bilancio, politica spaziale, RTG, tecnologia futura, Concetti Future Missioni, Plutonio-238.

In uno sbalorditivo annuncio di oggi Jim Green, Direttore della Divisione Scienze Planetarie della NASA, ha annunciato che i lavori sul Generatore avanzato ai Radioisotopi Stirling avrebbe cessato la sua attività a causa di tagli di bilancio:
Con un adeguato approvvigionamento di plutonio-238, e considerando le attuali restrizioni di bilancio, la NASA ha deciso di interrompere l’approvvigionamento di materiale ASRG per il  volo. Abbiamo dato indicazioni per il Dipartimento di Energia, che gestisce l’approvvigionamento, per finire il lavoro sulle unità di volo. L’hardware procurato nell’ambito di questa attività verrà trasferito al Glenn Research Center per continuare lo sviluppo e la sperimentazione della tecnologia Stirling.
http://www.planetary.org/blogs/casey-dreier/2013/20131115-nasa-just-cancelled-its-asrg-program.html

Quindi tutto è sospeso!
Sospese le missioni New Frontiers, pur essendo quelle a più basso costo.
Sospesa la Flagship Mission, pur essendo la più consistente per risultati scientifici previsti.
E sospese anche le missioni TiME, Titan Mare Explorer e AVIATR (Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance), già segnalate in precedenti articoli.

Per il momento… vince ancora Titano!

SIMONETTA ERCOLI

 

 

FONTI

  1. In-Situ Missions for the exploration of Titan’s lake, Johm O. Elliott and J. Hunter Waite, JBIS, Vol. 63, pp. 376-383, 2010
  2. California Institute of Technology/Jet Propulsion Laboratory, “Titam Saturn System Mission Final Report”,
    http://opfm.jpl.nasa.gov/file/08_TSSM+Final+Report_public+Version.pdf
  3. http://www.planetaryprobe.org/sessionfiles/Session5/Presentations/2_Waite_Titan_Lake_Probe.pdf
  4. http://www.planetary.org/blogs/casey-dreier/2013/20131115-nasa-just-cancelled-its-asrg-program.html

 

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29 aprile 2014 - Posted by | Planetologia, Scienze dello Spazio | , , ,

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