Quando il presidente degli Stati Uniti Donald Trump ha reso pubblica la propria proposta di bilancio qualche mese fa, gli amanti dello spazio sono rimasti sgomenti nel non vedere alcun finanziamento dedicato alla missione della NASA sul satellite Europa. Nonostante si tratti solo di una delle 67 lune di Giove, Europa è unico nel suo genere, perché sembra possedere un oceano di acqua allo stato liquido sotto la crosta ghiacciata e venata di rosso che copre la sua superficie, il che lo rende il miglior candidato nel sistema solare per ospitare forme di vita aliena.
Ma la speranza di esplorare la sottosuperficie di Europa non sono perdute del tutto. Di recente, un ricercatore francese ha suggerito che NASA ed ESA potrebbero unire le forze in una missione lander su Europa, in sostituzione di quella in solitaria della NASA. Un portavoce della NASA ha detto che né l’una né l’altra agenzia stanno sviluppando piani del genere, al momento.
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Si tratta di una notizia particolarmente buona per gli amici di Stone Aerospace, che hanno passato gli ultimi anni a sviluppare ARTEMIS, un sottomarino autonomo che apre la strada per la tecnologia che sperano sia prima o poi impiegata per esplorare l’oceano di Europa. Nel 2015, ARTEMIS ha completato il suo primo test al largo della costa antartica e i risultati sono stati presentati alla conferenza di astrobiologia della NASA a maggio. Da qualsiasi punto di vista, la missione è stata un successo clamoroso.
Il sottomarino sviluppato da Stone come parte di un fondo multi-milionario della NASA è lungo quasi quattro metri e mezzo e pesa oltre 1200 kg, ed è capace di viaggiare per quasi cinque chilometri da solo, prima di tornare indietro e attraccare al punto di ritiro. Ovviamente, un veicolo così grosso sarebbe proibitivo per qualsiasi missione verso Europa. ARTEMIS è stato realizzato con parti industriali e l’obiettivo era testare la navigazione autonoma e i sistemi di raccolta campioni. Il vero sottomarino usato su Europa dovrebbe essere realizzato appositamente per ridurre al minimo la sua massa.
I sistemi su ARTEMIS sono stati progettati tenendo conto dell’ambiente particolarmente ostico di Europa. La luna non ha un’atmosfera, il che significa che usare paracaduti per far atterrare la sonda sulla sua superficie sarebbe completamente inutile. Ha una temperatura di superficie che non supera mai i 162°C sottozero ed è ricoperta da una crosta ghiacciata dallo spessore ignoto (anche se la NASA ritiene che si aggiri tra i 15 e i 25 chilometri di profondità). Inoltre, nessuno può conoscere la composizione chimica dell’oceano sotto il guscio di ghiaccio finché la missione Europa Clipper non sorvolerà il satellite alla fine degli anni 20 del 2000.
Il primo problema tecnico che un lander si troverà ad affrontare per arrivare all’oceano liquido di Europa è dato quindi dal riuscire a superare la coperta di ghiaccio. Per farlo, Stone sta sviluppando un cryobot autonomo chiamato SPINDLE. Il cryobot non sarà altro che uno strumento di saldatura alimentato a nucleare che ospiterà il sottomarino e scaverà un buco attraverso il ghiaccio fino all’oceano sottostante, usando un laser molto potente.
La spedizione VALKYRIE del 2014 su un ghiacciaio dell’Alaska. Immagine: Stone Aerospace, Inc. Usata previo permesso.
Per ora, un primo prototipo del cryobot SPINDLE chiamato VALKYRIE ha compiuto due viaggi di successo per testare la tecnologia penetrativa su un ghiacciaio dell’Alaska. Stando a Evan Clark, un esperto di robotica a Stone, ottenere il permesso per gettare un reattore nucleare in un ghiacciaio in Alaska è “praticamente impossibile” per cui il bot VALKYRIE ha utilizzato un laser da 5 kilowatt per fondere il ghiaccio.
“Da un punto di vista energetico, c’è solo un modo per passare attraverso il guscio ghiacciato di Europa ed è il nucleare,” ha detto Clark alla conferenza di astrobiologia della NASA. “Se ottieni l’energia che ti serve dal nucleare, poi come la usi? C’è la fusione da contatto, che la usa per far funzionare una trivella, o, come il progetto SPINDLE ha scoperto, basta sparare il laser direttamente contro il ghiaccio.”
Per ora, il ritmo massimo di penetrazione raggiunto dal cryobot di Stone è di circa 21 metri all’ora, ma capire come penetrare lo strato di ghiaccio di Europa è solo metà del problema. Date le temperature gelide della superficie del satellite, il foro di trivellazione non farebbe che chiudersi dietro lo SPINDLE mentre il macchinario fonde il ghiaccio per avanzare più in profondità nella crosta. Le onde elettromagnetiche non si propagano bene attraverso il ghiaccio, cosa che renderebbe impossibile recuperare i dati importanti raccolti dal sottomarino cacciatore di vita aliena trainato da un cryobot.
ARTEMIS sotto il ghiaccio dell’Antartide. Immagine: Bill Stone/Stone Aerospace, Inc. Usata previo permesso.
Per eludere il problema, Kristof Richmond, il project manager di ARTEMIS, ha detto che un cryobot su Europa dovrebbe depositare boe-radio nel ghiaccio dal retro del veicolo, man mano che scende in profondità. Nonostante i ricevitori finirebbero per restare incastonati nel ghiaccio, sarebbero a una distanza uno dall’altro abbastanza stretta da permettere ai segnali radio di saltare da un ricevitore a quello successivo fino a raggiungere la superficie, dove sarebbero poi trasmessi a un modulo orbitante e inviati verso la Terra.
Una volta che il rompighiaccio del cryobot raggiunge l’acqua liquida, dispiegherà un sottomarino autonomo. Il sottomarino deve essere autonomo per via della differita tra Giove e la Terra (tra i 30 minuti e l’ora) e delle difficoltà di comunicazione con un veicolo sommerso in acqua. Per cui Richmond e i suoi colleghi a Stone stanno sviluppando un sistema di guida automatica estremamente sofisticato, che permette al veicolo di navigare in modo sicuro nell’oceano sottostante la crosta, e di raccogliere allo stesso tempo campioni dal ghiaccio e dall’acqua circostante.
Dato che le onde radio non si propagano bene neanche sott’acqua, un sottomarino autonomo su Europa non dovrebbe ricorrere alle comunicazioni radio standard o a satelliti GPS. Per aggirare questi limiti, il team di Stone si è concentrato su un sistema di navigazione che sfrutta un giroscopio per determinare la direzione del sottomarino e un Doppler Velocity log, per misurare la velocità del veicolo in relazione allo strato di ghiaccio sovrastante. Questo metodo di navigazione funziona abbastanza bene, ma per via della deriva nell’oceano tanti piccoli errori si sommano nel corso di un viaggio e il sottomarino è in grado di tornare indietro con un grado di precisione di al massimo un chilometro dal punto di partenza — un piccolo buco in un enorme strato di ghiaccio.
A questo punto, entra in scena la seconda parte del sistema di navigazione di Artemis: un faro acustico sulla docking station che permette al veicolo di navigare tra i 6 e i 10 metri di distanza dalla docking station. Sarà in grado di vedere una luce bianca attaccata alla docking station, anche nel buio pesto dell’oceano sotto la superficie ghiacciata, e usare un algoritmo di visione artificiale per portarsi verso la luce.
Immagine: Peter Kimball/Stone Aerospace
Per il momento, il team di ARTEMIS sta ancora lavorando sui dati provenienti dalla missione in Antartide, che è finita a dicembre 2015. Ci sono ancora svariati problemi da risolvere nello sviluppo di un futuro sottomarino spaziale, ma c’è tempo per farlo. La missione lander su Europa più recente è arrivata solo alla fase iniziale di pianificazione, per cui, anche se la NASA e l’ESA sposassero davvero l’idea di una missione comune sulla superficie della luna di Giove, è improbabile che il lancio avvenga prima della fine degli anni 20 del 2000. E Richmond spera che il loro sottomarino possa unirsi all’avventura.
“Stiamo cercando di spingere al massimo per avere tutte queste cose a livelli base di sviluppo e di tecnologia,” mi ha detto Richmond. “Poi quando riceveremo tutte le informazioni che ci mancano dalla missione lander e di flyby su Europa, potremo dare il via alle danze e prepararci a partire.”
Il campo base della missione SIMPLE in Antartide vicino alla Stazione McMurdo. Immagine: Evan Clark/Stone Aerospace, Inc. Usata previo permesso.
Il team di Stone Aerospace guarda un video inviato in diretta da ARTEMIS, mentre il veicolo naviga sotto la piattaforma ghiacciata di McMurdo in Antartide. Immagine: Peter Kimball/Stone Aerospace
ARTEMIS, viene sollevato fino alla superficie attraverso il foro d’accesso nel ghiaccio dopo una missione di successo. Immagine: Peter Kimball/Stone Aerospace
Un sommozzatore di Stone Aerospace emerge da sotto lo strato di ghiaccio dopo aver monitorato un test di ARTEMIS. Immagine: Peter Kimball/Stone Aerospace
Un’immagine che ritrae ciò che ARTEMIS vede mentre si avvicina alla luce della docking station durante un test monitorato da un sommozzatore. Immagine Stone Aerospace, Inc. Used previo permesso
