Come testare lo sbarco sulla Luna dalla Terra

Nuovo satellite spaziale El Dorado

Molte società commerciali e altre agenzie spaziali nazionali stanno prendendo di mira o prenderanno di mira la Luna nei prossimi anni. Questa maggiore esplorazione può essere spiegata da diversi fattori.

Da un lato, la Luna è vista come una potenziale fonte di risorse preziose come l’elio-3, che potrebbe essere utilizzato come combustibile per la fusione nucleare, mentre materiali come l’acqua ghiacciata potrebbero essere convertiti in ossigeno e idrogeno per il futuro supporto spaziale. Missioni.

La luna fornisce un ambiente unico per la ricerca scientifica. Lo studio della loro formazione, struttura geologica e storia può fornire importanti informazioni sull'evoluzione del Sistema Solare e della Terra.

Inoltre, l’esplorazione lunare consente lo sviluppo e il test delle tecnologie di base necessarie per i viaggi spaziali a lunga distanza. Ciò include sistemi di supporto vitale, metodi di generazione di energia, tecniche di atterraggio e decollo, ecc. Il nostro satellite potrebbe quindi fungere da trampolino di lancio per missioni verso destinazioni più lontane, come Marte.

Combinando questi fattori, l’esplorazione lunare diventa un passo fondamentale per la continua espansione dell’esplorazione spaziale umana e robotica.

Ambiente molto complesso

Tuttavia, nonostante le crescenti ambizioni lunari in tutto il mondo, un atterraggio riuscito rimane una sfida formidabile.

La luna rappresenta in realtà un ambiente molto ostile. Le missioni lunari devono affrontare sbalzi di temperatura estremi, dal freddo estremo al caldo estremo, nonché la mancanza di un’atmosfera significativa, rendendo le manovre di atterraggio più complesse.

I ritardi di comunicazione tra la Terra e la Luna possono anche creare sfide durante le fasi critiche dell’atterraggio. Pertanto, le missioni lunari richiedono sofisticati sistemi autonomi per rispondere in tempo reale ai cambiamenti delle condizioni.

L’atterraggio dolce sulla Luna richiede anche tecnologie di atterraggio avanzate, inclusi sistemi di propulsione precisi, sensori di navigazione precisi e algoritmi di controllo complessi. Le sottigliezze dell'atterraggio devono essere attentamente calcolate per evitare qualsiasi incidente.

Naturalmente, ogni missione è unica e le sfide possono variare a seconda del luogo specifico e degli obiettivi della missione. Tuttavia, il punto da ricordare è che l’atterraggio morbido sulla Luna è molto complicato. Inoltre, molti ne hanno recentemente pagato il prezzo. Infatti, quattro degli otto tentativi di atterraggio sulla Luna negli ultimi cinque anni sono falliti.

Qui sorge una domanda: quali sono i principali test e sfide coinvolti nella preparazione del lander lunare per la sua missione?

La superficie della Luna prima e dopo il fallito atterraggio del lander israeliano Beresheet, osservata dal Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA. Crediti: NASA/GSFC/Arizona State University

Preparazione per il lancio

Da un lato, ricorda che i lander lunari, come altri veicoli spaziali, affrontano condizioni estreme durante il lancio. Il processo prevede già intense vibrazioni e alti livelli sonori generati dai motori del razzo. Queste condizioni possono essere dannose per i delicati componenti meccanici ed elettronici del lander.

Per garantire prestazioni adeguate e l'integrità strutturale del veicolo spaziale, vengono eseguiti test approfonditi prima del lancio.

I lander lunari vengono appositamente posizionati in speciali camere acustiche durante i test pre-lancio. Queste camere sono dotate di trombe grandi e potenti sotto forma di altoparlanti stereo che imitano gli alti livelli sonori sperimentati durante il lancio. Questi altoparlanti emettono potenti onde sonore per produrre il rombo dei motori a razzo. Ciò verifica la resistenza del lander a livelli sonori estremi e garantisce che i componenti interni non vengano danneggiati o alterati dalle vibrazioni acustiche.

Oltre ai test acustici, i lander lunari vengono sottoposti a test di vibrazione su tavole vibranti. Queste tabelle riproducono le vibrazioni generate durante il lancio del razzo. Gli ingegneri regolano la frequenza, l'ampiezza e la durata per simulare accuratamente le condizioni del mondo reale. Questi test assicurano che la struttura del lander sia progettata per resistere allo stress meccanico causato dalle vibrazioni e che i componenti interni rimangano operativi.

Intuitive Machines afferma che il lander lunare IM-1 dovrebbe essere lanciato il 14 febbraio e un test di rifornimento è previsto per il 7 febbraio. Credito: SpaceX

Sopravvivi all'atterraggio

Testare i lander lunari non riguarda solo le condizioni di lancio. Include anche simulazioni dei carichi sperimentati durante l'atterraggio sulla Luna. Questi test sono necessari per garantire che le gambe e le strutture di atterraggio possano resistere alle forze e alle velocità associate a un atterraggio sulla Luna.

In particolare, gli scienziati eseguono test di caduta su superfici lunari simulate. L'obiettivo principale è verificare la capacità delle gambe di atterraggio di resistere a un'elevata velocità verticale fino a diversi metri al secondo.

Alcune aziende conducono questi test anche direttamente sul cemento, che è più duro della superficie della Luna destinata all’atterraggio. Questi test, eseguiti su superfici più dure, aiutano a garantire che le gambe possano resistere a impatti maggiori e continuare a funzionare in situazioni difficili.

Altri test includono test dell'antenna per valutare le apparecchiature di comunicazione, nonché test ottici per esaminare le prestazioni della fotocamera.

In preparazione per l’imminente missione del rover VIPER della NASA, che cerca di esplorare il terreno roccioso al polo sud della Luna alla ricerca di ghiaccio d’acqua, l’agenzia ha anche guidato una replica del suo rover attraverso il terreno simulato. Questo terreno presenta diversi pendii e formazioni rocciose per testare elementi come slittamento, abbassamento e trazione delle ruote. Questi test sono stati fondamentali per valutare le prestazioni del veicolo e identificare eventuali miglioramenti necessari.

Un'immagine del lander giapponese SLIM che atterra in sicurezza sulla luna, ma si è ribaltato sulla parte anteriore. Fonte: Japan Aerospace Exploration Agency/Takara Tomy/Sony Group Corporation/Doshisha University

Nel frattempo è necessario anche sopportare il viaggio

I lander lunari devono già affrontare sfide uniche legate al duro ambiente spaziale in cui operano.

I lander sono particolarmente esposti al vuoto dello spazio, alle orbite veloci e all'intensa luce solare che non viene attenuata dall'atmosfera terrestre. Queste condizioni possono portare a rapidi e grandi cambiamenti di temperatura, nonché a danni ai componenti elettronici dovuti alle radiazioni. Per simulare queste condizioni, i lander trascorrono del tempo in camere a vuoto termico, simulando il vuoto dello spazio, i cambiamenti di temperatura e la luce solare utilizzando lampade e specchi allo xeno.

Sappiamo anche che i lander contengono computer e sistemi elettronici dotati di componenti “resistenti alle radiazioni”. Ancora una volta, questi componenti vengono testati per garantire che non solo possano resistere alle elevate sollecitazioni meccaniche dei viaggi spaziali, ma anche funzionare correttamente anche se esposti ai livelli di radiazioni previsti per ciascuna missione.

Quando non è possibile testare fisicamente i dispositivi, gli ingegneri colmano questa lacuna utilizzando simulazioni.

I team di missione simulano quindi le tappe fondamentali, come l'ingresso nell'orbita lunare, per identificare i problemi che il lander può risolvere in modo indipendente che richiedono l'intervento del controllo della missione sulla Terra. Alcuni dati in tempo reale di una missione in corso vengono inseriti nelle simulazioni per testare i controlli critici prima di essere inviati al lander. Questo approccio offre agli ingegneri un'idea più affidabile del comportamento previsto e delle risposte del lander nelle situazioni del mondo reale.