Dopo un viaggio di quasi sette mesi su Marte, Il rover Perseverance della NASA dovrebbe atterrare al cratere Jezero del pianeta rosso il 18 febbraio. 2021, una distesa aspra scelta per la sua ricerca scientifica e le possibilità di raccolta di campioni.

Ma le stesse caratteristiche che rendono il sito affascinante per gli scienziati lo rendono anche un luogo relativamente pericoloso in cui atterrare, una sfida che ha motivato test rigorosi qui sulla Terra per il sistema di visione del lander (LVS) su cui il rover conterà per atterrare in sicurezza.

"Jezero è largo 28 miglia, ma all'interno di quella distesa ci sono molti potenziali pericoli che il rover potrebbe incontrare:colline, campi di roccia, dune, le pareti del cratere stesso, per citarne solo alcuni, "ha detto Andrew Johnson, principale ingegnere di sistemi robotici presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. "Così, se atterri su uno di quei pericoli, potrebbe essere catastrofico per l'intera missione".

Inserisci la navigazione relativa al terreno (TRN), la tecnologia mission-critical al centro dell'LVS che cattura foto del terreno di Marte in tempo reale e le confronta con le mappe di bordo dell'area di atterraggio, dirigendo autonomamente il rover a deviare intorno a pericoli e ostacoli noti, se necessario.

"Per marzo 2020, LVS utilizzerà le informazioni sulla posizione per capire dove si trova il rover rispetto ai punti sicuri tra questi pericoli. E in uno di quei punti sicuri è dove il rover atterrerà, " ha spiegato Johnson.

Se Johnson sembra sicuro che LVS lavorerà per far atterrare Perseverance in sicurezza, questo perché consente al rover di determinare la sua posizione rispetto al suolo con una precisione di circa 200 piedi o meno. Il basso margine di errore e l'alto grado di garanzia sono di progettazione, e il risultato di test approfonditi sia in laboratorio che sul campo.

"Abbiamo quello che chiamiamo la tripletta di test, " ha spiegato Swati Mohan di JPL, guida, navigazione, e le operazioni di controllo guidano per Mars 2020.

Mohan ha affermato che le prime due aree di test, hardware e simulazione, sono state eseguite in laboratorio.

"Ecco dove testiamo ogni condizione e variabile che possiamo. Vuoto, vibrazione, temperatura, compatibilità elettrica:mettiamo alla prova l'hardware, " disse Mohan. "Poi con la simulazione, modelliamo vari scenari che gli algoritmi software possono incontrare su Marte:una giornata troppo soleggiata, giornata molto buia, giornata ventosa e ci assicuriamo che il sistema si comporti come previsto indipendentemente da tali condizioni."

Ma il terzo pezzo della tripletta, i test sul campo, richiedono voli effettivi per mettere i risultati di laboratorio sotto ulteriore rigore e fornire un alto livello di preparazione tecnica per le missioni della NASA. Per i primi test di volo di LVS, Johnson e il team hanno montato l'LVS su un elicottero e lo hanno utilizzato per stimare automaticamente la posizione del veicolo mentre volava.

"Questo ci ha portato a un certo livello di prontezza tecnica perché il sistema poteva monitorare un'ampia gamma di terreni, ma non ha avuto lo stesso tipo di discendenza che avrà la Perseveranza, " ha detto Johnson. "C'era anche la necessità di dimostrare LVS su un razzo".

Questa esigenza è stata soddisfatta dal programma Flight Opportunities della NASA, che ha facilitato due voli 2014 nel deserto del Mojave su Xombie di Masten Space Systems, un sistema di decollo e atterraggio verticale (VTVL) che funziona in modo simile a un lander. I test di volo hanno dimostrato la capacità di LVS di dirigere Xombie a cambiare rotta autonomamente ed evitare i pericoli in discesa adottando un percorso appena calcolato verso un sito di atterraggio sicuro. I voli precedenti sul sistema VTVL di Masten hanno anche aiutato a convalidare algoritmi e software utilizzati per calcolare le traiettorie ottimali per il carburante per gli atterraggi planetari.

"I test sul razzo hanno messo a tacere praticamente tutti i dubbi rimanenti e hanno risposto affermativamente a una domanda fondamentale per l'operazione LVS, " ha detto Nikolas Trawny di JPL, un ingegnere dei sistemi di controllo del carico utile e del puntamento che ha lavorato a stretto contatto con Masten nei test sul campo del 2014. "Fu allora che sapevamo che LVS avrebbe funzionato durante la discesa verticale ad alta velocità tipica degli atterraggi su Marte".

Johnson ha aggiunto che i test suborbitali di fatto hanno aumentato il livello di prontezza della tecnologia per ottenere il via libera finale di accettazione nella missione Mars 2020.

"Il test che Flight Opportunities è impostato per fornire era davvero senza precedenti all'interno della NASA in quel momento, " ha detto Johnson. "Ma si è dimostrato così prezioso che ora ci si aspetta che faccia questo tipo di test di volo. Per LVS, quei voli a razzo sono stati la pietra miliare del nostro sforzo di sviluppo tecnologico".

Con la tecnologia accettata per Mars 2020, il team della missione iniziò a costruire la versione finale di LVS che sarebbe volata su Perseverance. Nel 2019, una copia di quel sistema ha volato su un'altra dimostrazione di elicottero nella Valle della Morte, California, facilitato dal programma Technology Demonstration Missions della NASA. Il volo in elicottero ha fornito un controllo finale su oltre sei anni di molteplici prove sul campo.

Ma Mohan ha sottolineato che anche con queste dimostrazioni di successo, ci sarà più lavoro da fare per garantire un atterraggio sicuro. Sarà al Controllo Missione per l'atterraggio, monitorare lo stato di salute del sistema in ogni fase del processo.

"La vita reale può sempre lanciarti palle curve. Quindi, monitoreremo tutto durante la fase di crociera, controllare l'alimentazione della fotocamera, assicurandosi che i dati fluiscano come previsto, " Disse Mohan. "E una volta ricevuto quel segnale dal rover che dice, 'Sono atterrato e sono su un terreno stabile, ' allora possiamo festeggiare".