I campioni dell'Apollo 11 riportati sulla Terra dalla Luna sono stati i primi dell'umanità da un altro corpo celeste. La prossima missione del rover Perseverance Mars 2020 della NASA raccoglierà i primi campioni da un altro pianeta (quello rosso) per il ritorno sulla Terra tramite missioni successive. Al posto degli astronauti, il rover Perseverance farà affidamento sui più complessi, meccanismo capace e più pulito che sia mai stato inviato nello spazio, il sistema di memorizzazione nella cache di esempio.

Sono stati caricati gli ultimi 39 dei 43 tubi di campionamento nel cuore del sistema di campionamento, insieme al gruppo di stoccaggio che li conterrà, a bordo del rover Perseverance della NASA il 20 maggio al Kennedy Space Center in Florida. (Gli altri quattro tubi erano già stati caricati in posizioni diverse nel sistema di memorizzazione dei campioni.) L'integrazione dei tubi finali segna un altro passo fondamentale in preparazione all'apertura del periodo di lancio del rover il 17 luglio.

"Anche se non puoi fare a meno di meravigliarti di ciò che è stato realizzato ai tempi di Apollo, avevano una cosa da fare per loro noi non abbiamo:stivali per terra, " ha detto Adam Steltzner, capo ingegnere per la missione rover Perseverance Mars 2020 presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. "Per noi 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".

Mentre molte persone pensano al rover Perseverance come a un robot, è in realtà simile a una collezione di robot che lavorano insieme. Situato sulla parte anteriore del rover Perseverance, lo stesso Sample Caching System è composto da tre robot, il più visibile è il braccio robotico del rover lungo 7 piedi (2 metri). Imbullonato alla parte anteriore del telaio del rover, il braccio a cinque snodi porta una grande torretta che include un trapano a percussione rotante per raccogliere campioni di roccia e regolite di Marte (roccia rotta e polvere).

Il secondo robot sembra un piccolo disco volante integrato nella parte anteriore del rover. Chiamato il 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 in seguito sposterà i tubi pieni di campione nel telaio del rover per la valutazione e l'elaborazione.

Il terzo robot nel sistema di memorizzazione dei campioni è il braccio per la manipolazione dei campioni lungo 1,6 piedi (0,5 metri) (noto dal team come "braccio T. rex"). Situato nel ventre del rover, riprende da dove finisce il carosello di bit, spostamento dei tubi campione tra le stazioni di archiviazione e documentazione, nonché il carosello bit.

Precisione simile a un orologio

Tutti questi robot devono funzionare con una precisione simile a un orologio. Ma dove il tipico cronometro svizzero ha meno di 400 parti, il sistema di memorizzazione nella cache dei campioni ha più di 3, 000.

"Sembra molto, ma inizi a realizzare la necessità di complessità quando 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 ipersterili che sono essenzialmente privi di qualsiasi materiale organico di origine terrestre che potrebbe intralciare le analisi future, " ha detto Steltzner. "In termini di tecnologia, è il più complicato, meccanismo più sofisticato che abbiamo mai costruito, testato e pronto per il volo spaziale."

L'obiettivo della missione è raccogliere una dozzina o più di campioni. Allora come funziona questo robot a tre, labirintica collezione di motori delle dimensioni di un baule di vapore, riduttori epicicloidali, codificatori e altri dispositivi lavorano tutti meticolosamente insieme per prenderli?

"Essenzialmente, dopo che il nostro trapano a percussione rotante ha prelevato un campione di carota, si girerà e attraccherà con uno dei quattro coni di aggancio del carosello di bit, ", ha detto Steltzner. "Quindi il carosello di bit ruota la punta del trapano piena di Marte e un tubo campione all'interno del rover in un punto in cui il nostro braccio di manipolazione del campione può afferrarlo. Quel braccio estrae il tubo del campione pieno dalla punta del trapano e lo porta a essere ripreso da una telecamera all'interno del sistema di memorizzazione dei campioni".

Dopo che la provetta del campione è stata sottoposta a imaging, il piccolo braccio robotico lo sposta verso la stazione di valutazione del volume, dove una bacchetta spinge verso il basso nel campione per misurarne le dimensioni. "Poi torniamo indietro e prendiamo un'altra immagine, " disse Steltzner. "Dopo di che, prendiamo un sigillo, un piccolo tappo, per la parte superiore della provetta del campione e torniamo indietro per scattare un'altra immagine."

Prossimo, il Sample Caching System posiziona il tubo nella stazione di sigillatura, dove un meccanismo sigilla ermeticamente il tubo con il tappo. "Poi tiriamo fuori il tubo, " ha aggiunto Steltzner, "e lo riportiamo al magazzino da dove è iniziato per la prima volta."

Ottenere il sistema progettato e realizzato, poi integrato in Perseverance è stato un impegno di sette anni. E il lavoro non è finito. Come con tutto il resto sul rover, ci sono due versioni del Sample Caching System:un modello di test ingegneristico 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 detto Kelly Palm, l'ingegnere di integrazione del sistema di memorizzazione nella cache di esempio e il test lead di Mars 2020 presso 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 uso del suo gemello di volo su Marte".

A quello scopo, il team utilizza diverse rocce per simulare i tipi di terreno. Li perforano da varie angolazioni per anticipare qualsiasi situazione immaginabile in cui potrebbe trovarsi il rover in cui il team scientifico potrebbe voler raccogliere un campione.

"Ogni tanto, Devo prendere un minuto e contemplare 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 scienziato robotico che pesa circa 2, 260 libbre (1, 025 chilogrammi). La missione di astrobiologia del rover cercherà segni di vita microbica passata. Caratterizzerà il clima e la geologia del pianeta, raccogliere campioni per il futuro ritorno sulla Terra, e spianare la strada all'esplorazione umana del Pianeta Rosso. Indipendentemente dal giorno in cui Perseverance decolla durante il suo 17 luglio-agosto. 11 periodo di lancio, atterrerà al cratere Jezero di Marte il 18 febbraio, 2021.