Leonardo sta progettando bracci robotici in grado di operare su Marte, nel suo stabilimento di Nerviano, Milano.
Uno degli ambienti più ostili che si possano immaginare: l’atmosfera composta principalmente da anidride carbonica e bombardata senza sosta dalle radiazioni. La temperatura è quasi sempre ben al di sotto dello zero, con brutali sbalzi di temperatura che scendono fino a meno 130 gradi Celsius. Nuvole di polvere circondano e consumano ogni cosa, sollevandosi occasionalmente nell’atmosfera rarefatta in vortici di diversi chilometri di diametro.
Benvenuti su Marte, dove bracci robotici altamente avanzati stanno lavorando a un compito incredibilmente impegnativo, raccogliendo campioni di superficie, che, per la prima volta nella storia, verranno riportati sulla Terra per essere studiati in un laboratorio.
I robot non possono contare su alcun aiuto esterno, e nemmeno essere telecomandati, poiché impiegano 20 minuti affinché i segnali percorrano l’immensa distanza che separa il Pianeta Rosso dalla Terra. Ciò significa che i robot richiedono un grande grado di indipendenza e si affidano a sofisticati algoritmi intelligenti.
Nell’ambito dell’ambizioso programma Mars Sample Return – una partnership tra la NASA e l’Agenzia spaziale europea (ESA) – Leonardo sta progettando bracci meccatronici in grado di operare su Marte, nel suo stabilimento di Nerviano, Milano. Il programma decennale segue l’atterraggio del rover Perseverance della NASA su Marte il 18 febbraio 2021. Nel corso delle esplorazioni in corso, Perseverance raccoglierà campioni, li sigillerà in contenitori tubolari e li metterà per la raccolta in un secondo momento.
Una storica missione partirà nel 2026 per recuperare i campioni. Un modulo di atterraggio – il Sample Retrieval Lander della NASA – sarà lanciato per atterrare su Marte nel 2027. Il lander rilascerà un veicolo robotico realizzato dall’ESA – il Sample Fetch Rover – che seguirà le tracce della Perseveranza. Il Lander e il Rover saranno entrambi dotati di speciali bracci robotici; che Leonardo sta progettando in qualità di capofila di un consorzio che riunisce diverse industrie europee.
Questi sistemi non devono solo sopravvivere alle dure condizioni di Marte, ma devono resistere allo shock del lancio dalla Terra, ai lunghi mesi di viaggio nello spazio e, soprattutto, alla rischiosa discesa a terra sul Pianeta Rosso. Devono essere il più possibile compatti e leggeri, perché è essenziale per qualsiasi lancio nello spazio contenere peso e volume, ed essere anche in grado di operare con il minimo consumo di energia e a proprio agio in un ambiente in cui la gravità è circa un terzo di quella è sulla Terra.
Devono avere una presa salda ma delicata, con capacità di manipolazione molto più sofisticate di quelle utilizzate nelle passate missioni su Marte, il cui utilizzo era limitato ai “bracci di posizionamento” per depositare strumenti a terra.
Leonardo ha dimostrato di essere all’altezza di queste sfide con la creazione di DEXARM , un braccio robotico e dimostratore tecnologico per un possibile utilizzo sulla Stazione Spaziale Internazionale, e DELIAN , una pietra miliare della meccatronica che funge da prototipo per i bracci che verranno utilizzati in la missione su Marte.
La scelta di Leonardo da parte dell’ESA per questo compito è motivo di orgoglio non solo per la nostra azienda, ma per l’intera Italia.
Grazie al suo sistema di controllo, e sulla base delle immagini acquisite dalle telecamere di bordo, il braccio robotico del Sample Fetch Rover cercherà i campioni e li recupererà, riponendoli in un apposito contenitore fornito sul Rover. Il braccio avrà un’estensione di circa 1,2 me un’articolazione con sei gradi di libertà grazie a sei giunti avanzati: questo è il numero necessario per orientare i tubi in qualsiasi direzione nello spazio cartesiano, e per consentirne il recupero e lo stivaggio in qualsiasi circostanza.
Un secondo braccio del Sample Retrieval Lander, il Sample Transfer Arm (STA), sarà lungo due metri e dotato di un settimo grado di libertà per garantire un numero infinito di possibili combinazioni di movimenti per raggiungere un tubo in qualsiasi posizione finale, senza collisioni .
Il braccio della Rover ha una sola videocamera aggiuntiva rispetto a quelle presenti sul resto del sistema, e richiederà un’intelligenza artificiale avanzata in grado di riconoscere i tubi nascosti nella polvere del suolo marziano. La STA impiegherà videocamere monocromatiche in grado di resistere all’ambiente; verranno montate due telecamere per garantire la ridondanza a freddo: se una si guasta, l’altra prenderà il sopravvento.
La precisione del controllo STA sarà un fattore cruciale, poiché questo braccio “pescherà” i tubi riportati dal Sample Fetch Rover e li inserirà in un contenitore speciale.
Questo contenitore è il motivo dell’aggiunta di un piccolo razzo – il Mars Ascent Vehicle – che verrà eretto e lanciato dal Lander al momento opportuno: per la prima volta nella storia, un razzo decollerà da Marte e lancerà lo speciale contenitore contenente in orbita i preziosi campioni. Per riportarli indietro, l’ESA lancerà un orbiter nell’ottobre 2026, per il quale la joint venture Thales Alenia Space fornirà il sistema di comunicazione che consentirà la trasmissione dei dati tra la Terra, l’Orbiter e Marte. Thales Alenia Space fornirà anche la progettazione dell’Orbit Insertion Module, che utilizzerà speciali propulsori per entrare gradualmente in un’orbita bassa attorno al Pianeta Rosso, che raggiungerà nel 2027. È qui che avverrà il delicato incontro con il container, mirava a catturarlo e poi riportarlo sulla Terra nel 2031.
Questa complessa missione internazionale stabilirà una serie di record. Per la prima volta nella storia, ci offrirà l’opportunità di studiare campioni di suolo da Marte, migliorando le nostre conoscenze scientifiche.
In combinazione con la missione ESA ExoMars del 2022 , questi studi potrebbero offrirci risposte sulla storia di Marte, ad esempio se possono essere esistite forme di vita. Leonardo fornirà anche un componente chiave di questa missione: una speciale esercitazione spaziale che, per la prima volta, consentirà di prelevare campioni di terreno marziano, misurando fino a due metri di profondità. Superare il primo metro di materiale della superficie, contaminato da radiazioni e quindi sterile, potrebbe potenzialmente scoprire tracce della presenza di organismi viventi nel passato.
Il ritorno di una capsula da Marte alla Terra sarà una pietra miliare significativa nello sviluppo delle tecnologie di cui avremmo bisogno per una futura missione con equipaggio sul Pianeta Rosso. Straordinarie anche le ripercussioni tecnologiche immediate di questo programma di robotica spaziale, con l’opportunità di applicare sistemi sviluppati per missioni spaziali negli angoli più ostili del nostro pianeta.
