Dove sarebbe il sito di atterraggio ideale per l’equipaggio dell’Artemis III nel Sistema di Atterraggio Umano (HLS) di SpaceX? Questo è l’argomento di uno studio recente presentato ad Acta Astronautica, in cui un team internazionale di scienziati ha esaminato siti di atterraggio plausibili nella regione del polo sud lunare. Questo studio viene dopo che la NASA ha selezionato 13 regioni candidate per l’atterraggio nell’agosto 2022, aprendo la strada a nuovi metodi per determinare i siti di atterraggio per missioni future.
Qui, Universe Today discute di questa ricerca con Dr. Juan Miguel Sánchez-Lozano dell’Università Tecnica di Cartagena e Dr. Eloy Peña-Asensio del Politecnico di Milano riguardo alla motivazione dietro lo studio, ai risultati significativi, alle ragioni per determinare il sito di atterraggio finale, alla posizione rispetto al Cratere Shackleton e se un modulo di atterraggio più piccolo dell’HLS avrebbe cambiato il risultato. Quale è quindi stata la motivazione alla base dello studio?
Il Dr. Sánchez-Lozano afferma a Universe Today: “La nostra motivazione era contribuire al processo di selezione del sito di atterraggio per l’Artemis III introducendo metodi ben consolidati in altri ambiti di studio nel contesto dell’esplorazione spaziale per la prima volta. Specificamente, abbiamo identificato che i Sistemi Informativi Geografici combinati con metodologie di Decision-Making Multi-Criterio (GIS-MCDM) potrebbero fornire un valore significativo nella valutazione e prioritizzazione dei siti di atterraggio candidati. Pertanto, il nostro obiettivo era dimostrare l’utilità di questi metodi alla NASA e applicarli nella pratica identificando e raccomandando le località di atterraggio più adatte.”
Per lo studio, i ricercatori hanno utilizzato questi metodi per analizzare 1.247 località all’interno delle 13 regioni candidate per l’atterraggio nei pressi del polo sud lunare precedentemente individuate dalla NASA, al fine di determinare i siti di atterraggio più precisi per l’HLS. Hanno realizzato questo combinando le loro metodologie GIS-MCDM con un algoritmo chiamato Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) per analizzare criteri specifici: visibilità della superficie lunare, linea di vista per gli astronauti dell’HLS, Regioni Permanentemente in Ombra (PSR), esposizione al sole, comunicazione diretta con la Terra, unità geologiche e abbondanza di materiali mafic (rocce vulcaniche ricche di ferro o magnesio). Quali sono stati quindi i risultati più significativi di questo studio?
Il Dr. Peña-Asensio dice a Universe Today: “Oltre a dimostrare l’applicabilità del MCDM a queste sfide, la nostra analisi ha identificato il Sito DM2 (Nobile Rim 2) come il sito di atterraggio ottimale basato su criteri quali visibilità, illuminazione solare, comunicazione diretta con la Terra, diversità geologica e presenza di materiali mafic. Le nove migliori località identificate nel nostro studio si trovano tutte all’interno di questa regione. Sorprendentemente, questo sito non è tra le regioni più favorite nella comunità scientifica.”
Il Sito DM2 è una delle regioni di atterraggio più lontane delle 13 regioni candidate, situato a circa 250 chilometri (150 miglia) dal Cratere Shackleton, di cui una parte si trova direttamente sul polo sud lunare. I ricercatori hanno identificato la posizione esatta del sito di atterraggio ottimale in 84°12’5.61” S e 60°41’59.61” E, che si trova vicino a un cratere PSR. La ragione per cui i crateri PSR sono importanti per l’esplorazione è che sono così profondi che nessun raggio di sole ha raggiunto i loro fondali per forse miliardi di anni, il che potrebbe comportare la loro potenziale capacità di ospitare depositi di ghiaccio d’acqua. Pertanto, quali erano le ragioni specifiche per selezionare il Sito DM2 e quali sono alcuni potenziali siti di riserva?
Il Dr. Sánchez-Lozano afferma a Universe Today: “Il Sito DM2 offre prestazioni eccezionali in diversi criteri chiave, inclusa la maggiore percentuale di illuminazione solare, proporzioni ottimali di aree contenenti ghiaccio esplorabile e finestre di comunicazione prolungate con la Terra. La forza della metodologia decisionale che abbiamo utilizzato, in particolare la tecnica TOPSIS, risiede nella sua natura compensativa. Questo approccio consente ai criteri con valori appena accettabili di essere compensati da altri con valori eccellenti, risultando in una classifica completa delle alternative. Di conseguenza, anche i siti di atterraggio vicini alla posizione ottimale possono presentare opzioni fortemente valide con un alto grado di accettabilità.”
Per quanto riguarda i siti di riserva, il Dr. Peña-Asensio afferma a Universe Today: “Come potenziali siti di riserva, consideriamo il DM1 (Amundsen Rim) particolarmente convincente, in quanto offre località con medie elevate costanti su tutti i parametri valutati. Sottolineiamo anche il Sito 004, situato al margine del Cratere Shackleton, che la nostra analisi identifica come uno dei migliori siti di atterraggio.”
Come sottolineato, uno dei criteri primari per determinare il sito di atterraggio più ottimale è l’HLS, che cercherà di atterrare i primi esseri umani sulla superficie lunare per la prima volta da Apollo 17 nel 1972. Tuttavia, l’altezza dell’HLS è quasi dieci volte maggiore rispetto al modulo lunare di Apollo, con 50 metri (160 piedi) e 5,5 metri (17,9 piedi) rispettivamente, il che significa che atterrare una navetta spaziale più grande comporta vantaggi e sfide.
Per fornire contesto, il design originale della navetta spaziale per Apollo prevedeva di atterrare un grande veicolo sulla superficie lunare conosciuto come “ascesa diretta”, metodo inizialmente sostenuto da Wernher von Braun. Tuttavia, la tecnica di ascesa diretta è stata accantonata a favore della tecnica di incontro in orbita lunare (LOR), ritenuta meno rischiosa poiché un veicolo spaziale più piccolo avrebbe dovuto atterrare sulla superficie lunare. Pertanto, come influenzerebbe la selezione del sito di atterraggio l’uso di un lander più piccolo dell’HLS (ovvero delle dimensioni di Apollo)?
Il Dr. Peña-Asensio dice a Universe Today: “Questo influenzerebbe direttamente i nostri risultati, poiché abbiamo considerato criteri quali l’illuminazione solare ricevuta dal lander per la ricarica energetica, visibilità dalle finestre del lander per aiutare le attività extraveicolari degli astronauti e consentire la scienza intraveicolare, oltre alla comunicazione diretta con la Terra. Un lander più basso potrebbe intensificare le sfide poste dalla topografia locale, ostacolando le linee di vista e la luce del sole. Tuttavia, potrebbe anche offrire maggiore stabilità per il lander (riducendo l’altezza del suo centro di massa), potenzialmente diminuendo le restrizioni di sicurezza sul pendio del terreno e aprendo nuove opzioni per i siti di atterraggio da esplorare.”
Mentre i siti di atterraggio per la missione Artemis III continuano a essere dibattuti, la NASA è attualmente programmata per lanciare Artemis II alla fine dell’anno prossimo con un equipaggio di quattro persone il cui compito sarà orbitar intorno alla Luna e tornare sulla Terra, seguendo le orme di Apollo 8 nel dicembre 1968. Inoltre, l’industria spaziale commerciale sta tentando di atterrare nelle vicinanze del polo sud lunare con la prossima missione IM-2 di Intuitive Machines, che all’inizio di quest’anno ha effettuato con successo il primo atterraggio di una navetta spaziale americana sulla Luna dal 1972.
Questo studio dimostra che una varietà di metodi possono essere utilizzati per determinare siti di atterraggio ottimali per le missioni Artemis e potenzialmente per altre missioni su corpi planetari nel sistema solare, in particolare l’uso di mappatura e algoritmi di apprendimento automatico. Pertanto, mentre ci avviciniamo alla missione Artemis III e al primo atterraggio umano dal tempo di Apollo 17, questi metodi continueranno ad evolversi e migliorare per sviluppare nuovi metodi di atterraggio mentre l’umanità prosegue il suo viaggio nel cosmo.
Il Dr. Sánchez-Lozano afferma a Universe Today: “Questa ricerca dimostra come metodologie provenienti dal campo dei progetti ingegneristici e dal mondo degli affari, come le tecniche di decision-making multi-criterio, possano essere applicate per risolvere problemi decisionali di interesse per la comunità astronomica internazionale, come nel caso studio proposto: la selezione del sito di atterraggio ottimale per la missione Artemis III.”
Dove atterrerà infine l’Artemis III vicino al polo sud lunare e come miglioreranno i metodi di selezione del sito di atterraggio nei prossimi anni e decenni? Solo il tempo potrà dirlo, ed è per questo che facciamo scienza!
Come sempre, continuate a fare scienza e a guardare in alto!