Fase 3 2025-2030 Missioni automatiche
Le fasi 3 e 4 sono per ovvie ragioni di pianificazioni di lungo periodo le meno dettagliate e nelle quali si cerca oggi, prima di tutto, di porre degli obiettivi, anche se non in maniera dettagliata.
Per quanto riguarda le missioni automatiche l’obiettivo principale sarà Marte con l’invio di una serie di missioni per la validazione e la sperimentazione di tecnologie utili ad un eventuale successivo arrivo dell’uomo sul Pianeta Rosso.
In particolare saranno necessarie sonde per lo studio geologico e sismico del Pianeta, i cui strumenti necessari, già oggi molto leggeri e trasportabili potranno essere imbarcati come strumentazione secondaria di missioni automatiche, sistemi per carotature in varie zone del pianeta e una serie di orbiter di supporto e mappatura della superficie.
In allegato sono riportate le schede di alcuni “progetti tipo” per queste missioni.
I lander capaci di effettuare carotaggi è probabile verranno fatti atterrare utilizzando un sistema “skycrane” come quello di MSL oppure un sistema a razzi bipropellenti, su questa scelta influirà certamente molto il payload verso Marte dell’Ariane 5, di circa 1ton.
Nel caso di rover il sistema di mobilità sarà strettamente derivato da quello di Exomars e saranno formati da un payload standard imbarcato su tutti i lander/rover e alcuni payload specifici della missione. In particolare il sistema di trivellazione sarà in grado di prelevare campioni fra i 10 e i 40m di profondità.
Potrà essere al contempo ideata una missione in grado di collaudare un sistema di produzione di ossigeno “in situ” per spianare la strada all’arrivo di missioni umane.
Saranno comunque necessari numerosi altri studi in diversi settori prima di preventivare l’arrivo dell’uomo verso Marte, in particolare:
- monitoraggio del meteo marziano
- predizione del meteo marziano
- predizione del meteo spaziale
- disponibilità di siti “abitabili”
- produzione di risorse “in situ”
Fase 3 2025-2030 Missioni umane
L’obiettivo di questa fase è quello di raggiungere una capacità di trasporto autonomo sulla superficie lunare utilizzando proficuamente quanto sviluppato nelle fasi precedenti con un equipaggio minimo di 2 persone.
In questa Fase sarà necessario anche il lanciatore heavy sviluppato precedentemente, con un profilo di missione formato da due lanci.
Il primo lancio prevede l’immissione in LEO dell’EDS, successivamente, entro un mese, sarà lanciato il modulo di discesa e ascesa insieme ad un modulo propulsivo da 24ton. Una volta agganciati i due segmenti verrà effettuata la TLI con l’EDS mentre l’immissione in LLO sarà compito dello stadio propulsivo più piccolo.
Una volta in LLO verrà effettuato un docking con l’avamposto orbitale e qui potrà soggiornare anche per mesi, in attesa dell’equipaggio, prima di effettuare la discesa sulla superficie, utilizzando le risorse energetiche della Stazione.
L’equipaggio potrà essere lanciato successivamente e arriverà sulla stazione in LLO quando il modulo di discesa sarà già stato precedentemente agganciato, dei tre membri di equipaggio due scenderanno sulla superficie mentre il terzo rimarrà in orbita lunare.
Il modulo di discesa sarà sviluppato partendo dal lander cargo precedentemente entrato in servizio, successivamente, per il ritorno, verrà utilizzato il modulo d’ascesa che si aggancerà all’avamposto orbitale per riportare a terra gli astronauti.
L’utilizzo di un avamposto intermedio fra la terra e la Luna oltre a diversi vantaggi offre però anche delle problematiche, ad esempio le possibilità di lancio dalla terra per il docking in orbita polare lunare con il minimo consumo energetico si presentano solamente ogni 14 giorni. Inoltre dalla Luna l’avamposto orbitale può essere raggiunto ogni orbita dall’avamposto polare ma solamente ogni 14 giorni da qualsiasi altro punto della Luna.
Allo stesso modo il ritorno sulla Terra dall’avamposto orbitale può avvenire solamente ogni 14 giorni con il minimo dispendio energetico, e in caso d’emergenza è necessario un grosso consumo extra di propellente, valutato in 550m/s, ed eventualmente stivabile sull’avamposto orbitale, per poter partire in qualsiasi momento.
Lo scenario è pensato per essere realizzato “step by step” e l’unica grande sfida rimane oggi la costruzione del lanciatore da 50ton.
Il vantaggio nell’avere un avamposto in LLO permette, oltre ad avere un maggior margine fra i lanci degli stadi propulsivi e l’equipaggio, anche di avere una base espandibile ad esempio con maggiori riserve di propellente in modo da effettuare il rifornimento dello stadio di discesa direttamente in LLO senza la necessità di aver abbinato il tug per la TLO e TLI e riducendo così ad un unico lancio le necessità per ogni spedizione. In questo caso il servizio di rifornimento all’avamposto Lunare potrebbe essere demandato a ditte commerciali che effettuino questo compito.
In questo scenario se successivamente si sviluppasse uno stadio di discesa/ascesa riutilizzabile i costi potrebbero essere ulteriormente ridotti aumentando il payload disponibile soprattutto per quanto riguarda i lander automatici di rifornimento all’avamposto in superficie eventualmente rifornibili e gestibili in automatico.
Per terminare sul lungo periodo con la produzione in superificie del propellente necessario per il ritorno in LLO, produzione che permetterebbe una drastica riduzione dei costi e aumento di payload.
Fase 3 2020-2025 Missioni umane sulla superficie lunare
Per le operazioni in superificie della Fase 3 sono previsti due scenari differenti, uno che comprende avamposti fissi e un’altro che contempla missioni “sortie” sulla superficie.
Il primo tipo di missione prevede missioni ripetute in un dato punto della Luna per periodi di almeno 14 giorni, gli obiettivi potrebbero essere scientifici e tali da richiedere ripetuti interventi umani, ad esempio la gestione di telescopi o trivelle per alte profondità e forzatamente distanti dall’avamposto principale internazionale situato al polo sud.
Per questo tipo di missione, per il supporto alle attività umane è necessario l’invio di un piccolo modulo abitabile utilizzando il lander cargo da 7ton, con l’invio delle attrezzature scientifiche inviate a seconda delle necessità anche con un Ariane 5. Mentre per la parte manned si svolgerà come precedentemente descritto con il supporto della stazione in LLO.
Un altro tipo di missione potrebbe essere il posizionamento di avamposti in punti strategici per supportare e allungare l’autonomia esplorativa delle missioni internazionali con i rover.
Per quanto riguarda le attività nella base internazionale sul bordo del cratere Shackleton, vicino al Polo Sud lunare, sono considerati altamente consigliati una serie di obiettivi scientifici ad alta priorità nei seguenti campi:
- Esperimenti in biologia e fisica
- Ricerca geologica
- Istituzione di un laboratorio di analisi
- Costruzione di un grande telescopio per la rilevazione di raggi cosmici
- Produzione energetica “in situ”
- Attività di supporto alla base
Allo stesso modo la costruzione di piccoli habitat sono necessari per i passi successivi dell’esplorazione servendo da banchi prova per tutte le tecnologie necessarie.
Per quanto riguarda la produzione energetica sono attualmente allo studio due diversi approcci, il primo basato sui pannelli solari e il secondo attraverso di celle a combustibile auto-rigeneranti, il primo per la produzione energetica durante i periodi di insolazione e il secondo durante le notti lunari.
Durante il giorno l’elettricità prodotta dai pannelli solari serve in parte, per elettrolisi, alla rigenerazione dei propellenti per le celle a combustibile.
Un differente approccio prevede l’utilizzo di energia nucleare, per avere maggiore quantità di energia, indipendentemente dall’illuminazione.
Oltre questo, per il supporto alla base internazionale possono essere sviluppate (in Europa o in collaborazione con altre Agenzie) una serie di tecnologie utili, come ad esempio sistemi di mobilità, sistemi robotici, rover e pseudoliti (già realizzati nelle fasi precedenti) per la navigazione precisa intorno alla base insieme all’installazione di beacon per l’avviginamento, queste sono tutte competenze sviluppabili e utili che l’Europa può offrire in un ambito di collaborazione internazionale con altre Agenzie.
Nell’avamposto internazionale con 4 membri di equipaggio fissi sono stati calcolati come necessari annualmente circa 13ton di rifornimenti, così suddivisi:
- 7880kg di rifornimenti vitali e ricreativi (9.6m3)
- 3000kg di ricambi (10.8m3)
- 2220kg di sistemi vari (13.2m3)
Da questo si deduce che il pieno supporto alla base è già comunque assicurato da un singolo lancio di Altair (il lander americano) ma attraverso l’utilizzo o la differenziazione delle risorse potrebbero essere integrati periodicamente, come già analogamente avviene oggi sulla ISS, da singoli lanci del lander più piccolo europeo che utilizza un singolo lancio di Ariane 5, per l’ampliamento delle possibilità operative.
In allegato
- Schema riassuntivo della Fase 3
- Lo schema delle missioni automatiche nella Fase 3
- Lo schema delle missioni manned nella Fase 3
- Lo schema delle missioni manned in superficie nella Fase 3
- Lo schema del rover marziano per trivellazione