Fra mille altre cose il 2020 è stato anche l’anno in cui è stato confermato l’interesse internazionale per una nuova esplorazione della Luna. Durante quest’anno si è infatti concretizzato sempre di più il programma Artemis. Sono nati molti programmi che supporteranno le missioni umane sulla superficie e si è iniziato a costruire la struttura politica e internazionale che permetterà questa nuova impresa dell’umanità.

Il 2021 sarà a tutti gli effetti il primo anno della nuova era di esplorazione lunare. Nel grafico seguente sono riportate le missioni lanciate verso la Luna per ogni anno, a partire dal 1972, quando l’equipaggio dell’Apollo 17 ritornò sulla Terra. Si capisce immediatamente come il 2021, con 6 missioni previste, sarà già l’anno più impegnativo dall’epoca delle missioni Apollo. Nell’ipotesi, non così remota, in cui molte di queste missioni verranno rinviate, lo stesso identico discorso rimane valido, ma per il 2022 al posto che il 2021.

Attualmente le missioni verso la Luna nel 2021 sono 6. Come nel grafico poco sopra, è contata come una singola missione se il lancio da Terra è uno solo. Come in passato è però possibile che a bordo ci siano orbiter e lander, o addirittura, orbiter+lander+rover e che alla fine diverse parti compiano missioni differenti. Questo è quindi l’elenco del 2021, ma vediamole poi una ad una.

CAPSTONE

La missione CAPSTONE è un acronimo incredibilmente lungo per: Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment. L’obbiettivo è lanciare un cubesat 12U, quindi un piccolo satellite verso l’orbita lunare, ma una particolare. CAPSTONE andrà infatti ad inserirsi nella stessa orbita in cui sarà presente la nuova stazione spaziale, il Lunar Gateway, denominata near-rectilinear halo orbit (NRHO). Questa è un’orbita particolare per due motivi principali. Innanzitutto, è quella che permette di rimanere attorno alla Luna con minor dispendio di carburante: nel punto più vicino, il Lunar Gateway passerà sopra al Polo Nord a 1600 km di quota, in quello più lontano a 70000 km dal Polo Sud. Inoltre, permetterà alla stazione di essere costantemente in comunicazione con la Terra.

L’obbiettivo di CAPSTONE è quindi quello di inserirsi in questa orbita per testare tutte le manovre e le comunicazioni. Il satellite impiegherà circa tre mesi per raggiungere l’orbita NRHO e poi per altri sei mesi orbiterà la Luna in questa configurazione. Per completare il suo obbiettivo primario, CAPSTONE dovrà essere in grado di rilevare costantemente la sua posizione.

Per fare questo alla NASA hanno ideato un collegamento con il Lunar Reconnaissance Orbiter, una sonda americana in orbita lunare dal 2009. Il cubesat comunicherà con LRO costantemente, e dalla posizione relativa fra i due satelliti sarà possibile risalire alla precisa posizione di CAPSTONE rispetto alla Luna. Questa posizione sarà rilevata direttamente dal satellite che dispone anche di un nuovo software denominato Cislunar Autonomous Positioning System (CAPS) in grado di determinare la propria posizione (e di modificarla leggermente se necessario) senza fare affidamento al tracciamento da Terra. La prova di questo nuovo sistema sarà uno degli obbiettivi principali, in quanto permetterà in futuro di rendere sempre più autonome le sonde oltre l’orbita terrestre, liberando spazio a comunicazioni interplanetarie più importanti.

Il lancio e l’importanza di CAPSTONE

CAPSTONE rappresenta la prima vera missione interamente dedicata a supportare il programma Artemis, in questo caso il Lunar Gateway. Ancora non si conosce una data precisa, ma il lancio dovrebbe avvenire nella primavera del 2021. Sarà la prima missione interplanetaria lanciata da Rocket Lab che fornirà anche un’estensione della missione grazie alla piattaforma Photon.

Photon è una piattaforma sviluppata da Rocket Lab che serve a disporre piccoli satelliti nella loro orbita finale, viene utilizzata sopratutto per i satelliti che vanno a disporsi in orbite particolarmente lontane, come in questo caso. Photon rilascerà CAPSTONE appena lasciata l’orbita terrestre (punto 6 nell’infografica in alto) ma continuerà verso la Luna. Eseguirà un flyby con il nostro satellite lunare e poi proseguirà verso lo spazio interplanetario. La sua missione principale sarà quella di testare lunghe permanenze nello spazio, in vista di missioni più lontane previste da Rocket Lab. Una su tutte quella verso Venere, prevista per il 2023, sempre lanciata da un Electron e con Photon.

Mission One

A Luglio del 2021 è prevista la partenza della prima missione del Commercial Lunar Payload Service (CLPS). Questo programma della NASA finanzia dei lander privati per portare sulla Luna esperimenti scientifici. La Mission One, sarà condotta con il lander Peregrine dell’azienda Astrobotic Technology. Al suo interno saranno inseriti 28 esperimenti diversi, 14 di carattere scientifico organizzati dalla NASA e 14 di partner commerciali. La missione principale sarà ovviamente quella della NASA, considerando anche che il primo lander di Astrobotic sarà in grado di trasportare sulla superficie 100 kg alla latitudine intermedia a cui allunerà.

I payload commerciali saranno di varie tipologie, e ancora non si conoscono tutti con precisione. Ci saranno dei piccoli rover (dovrebbero essere 3) e dei piccoli dimostratori tecnologici. Oltre a questo alcune aziende hanno invece inserito delle capsule del tempo o dei particolari chip. L’azienda giapponese Astroscale ha ad esempio inserito un chip contenente il messaggio di 80 mila bambini provenienti da tutto il mondo. La Long Now Fondation ha invece inserito un’intera libreria, contenente anche tutta Wikipedia.

Il lancio del lander Peregrine sarà un’occasione particolare. Oltre a rappresentare la prima missione del CLPS e il primo lander americano verso la Luna dopo decenni, sarà anche la prima missione del nuovo lanciatore Vulcan di ULA. Questo vettore medio pesante sarà spinto dai motori BE-4 di Blue Origin, che recentemente hanno presentato qualche ritardo nella loro produzione. La data di lancio di Mission One, attualmente prevista per Luglio 2021 potrebbe quindi variare leggermente.

Luna-25

Luna-25 sarà la prima missione del programma di esplorazione lunare Luna-Glob della Russia. Questo programma è la continuazione diretta del programma Luna dell’Unione Sovietica, che si è concluso con la missione Luna-24 nel 1976. L’intenzione di questa nuova fase di esplorazione è quella di lanciare dei lander in grado di esplorare e studiare la superficie, per gettare le basi necessarie alla costruzione di una base permanente sulla superficie. Attualmente si parla di missioni robotiche fino a Luna-30, prevista verso l’inizio del prossimo decennio (2030-2031).

Luna-25 è un lander con una capacità di carico di 30 kg; sarà lanciato da un vettore Soyuz-2.1b con l’upper stage Fregat-M che lo porterà poi verso la Luna. Attualmente la data di lancio è fissata per ottobre 2021. Al suo interno saranno montati i seguenti esperimenti:

• ADRON-LR, uno spettrometro a neutroni e raggi gamma per l’analisi della regolite.
• ARIES-L, misurerà il plasma nell’esosfera.
• LASMA-LR, uno spettrometro di massa laser.
• LIS-TV-RPM, uno spettrometro infrarosso.
• PmL, misurerà la polvere e i micrometeoriti sulla Luna.
• THERMO-L, misurerà le proprietà termiche della regolite.
• STS-L, è una fotocamera panoramica.
• Riflettore laser.
• BUNI, sistema di supporto dati e analisi scientifiche.

Nova-C

Il lander Nova-C di Intuitive Machines sarà la seconda missione del programma CLPS a partire verso la Luna. Il lancio è attualmente previsto per il 21 ottobre 2021, a bordo di un vettore Falcon 9 di SpaceX. Il lander Nova-C è in grado di trasportare 100 kg sulla superficie della Luna, esattamente come il Peregrine di Astrobotic.

A bordo di Nova-C ci saranno 5 esperimenti scientifici gestiti dalla NASA, che rappresentano ovviamente il fulcro centrale della missione del CLPS. Assieme a questi, ancora una volta come per il lander Peregrine, ci saranno dei payload commerciali. Una delle particolarità del lander Nova-C sarà la sua capacità di garantire comunicazioni con la Terra ad alta velocità 24/7.

Chandrayaan-3

Chandrayaan è il nome del programma lunare indiano, che nel 2021 dovrebbe iniziare la terza missione. La seconda, lanciata solamente nel 2019, prevedeva una classica composizione orbiter+lander+rover. Purtroppo, nonostante la sonda sia ancora in orbita lunare, l’allunaggio fallì, e si perse contatto con il lander, era luglio del 2019.

L’India ha però deciso di riprovarci con una missione che sarà speculare alla Chandrayaan 2, ma solamente con un lander e con un rover. Mancherà quindi la sonda orbitale, data la presenza dell’orbiter precedente. A bordo dovrebbero esserci pochi strumenti scientifici, dato che l’obbiettivo principale è ottenere la tecnologia necessaria ad un allunaggio morbido e al superamento di una notte lunare. Attualmente non si sa molto sulla data di lancio, ma l’India non ha ancora smentito il fatto che il lancio avverrà nel 2021 a bordo del lanciatore indiano GSLV Mk III.

Artemis 1

Artemis 1 è sicuramente la missione più importante fra quelle finora elencate. Allo stesso tempo è una delle più probabili ad essere rimandate al 2022. La prima missione ufficiale del Programma Artemis avrà l’obbiettivo principale di testare il corretto funzionamento della capsula Orion e del vettore pesante SLS. Non sarà una copia della missione Artemis 3, ma avrà una traiettoria “semplificata” e studiata appositamente per testare la capsula. In particolare, uno dei punti principali da analizzare sarà il rientro in atmosfera, mai testato per una capsula adatta al trasporto di esseri umani dopo le missioni Apollo.

La capsula Orion sarà inserita in una traiettoria ellittica lunare. Verranno eseguite poi due diverse orbite attorno al nostro satellite prima di ritornare a Terra. Durante la prima orbita, la Orion si avvicinerà alla superficie, per perdere velocità ed eseguire un secondo sorvolo molto più alto. In questo secondo caso la capsula si allontanerà di oltre 60000 km dalla superficie lunare. Il secondo sorvolo servirà anche per eseguire una fionda gravitazionale con la Luna per ritornare a Terra. Non è però tutta qui la missione Artemis 1. A bordo del secondo stadio dell’SLS saranno inseriti anche 13 cubesat, e fra questi ci sarà anche un satellite di Argotec, azienda italiana e unico payload europeo a partecipare ad Artemis 1.

I 13 Cubesat

• ArgoMoon. Progettato e costruito dalla società italiana Argotec, e coordinato con ASI. Il suo scopo è fotografare il secondo stadio dell’SLS, dalla distanza. Dopo la separazione di questi 13 satelliti il ICPS non sarà più in contatto con la Terra. ArgoMoon testerà anche l’uso di nanotecnologia nello spazio profondo. E’ l’unico payload europeo a bordo di Artemis 1.
• BioSentinel è una missione di astrobiologia che utilizzerà del lievito per rilevare, misurare e confrontare l’impatto della radiazione nello spazio profondo sugli organismi viventi per lunghi periodi oltre l’orbita terrestre bassa.
• CubeSat for Solar Particles (CuSP), progettato presso il Southwest Research Institute, studierà le particelle e i campi magnetici che fluiscono dal Sole. Fornirà i primi indizi della fattibilità di costruire una rete satellitare meteorologica dei brillamenti solari.
• EQUULEUS, progettato dalla JAXA e dall’Università di Tokyo, riprodurrà la plasmasfera terrestre per studiare le radiazioni attorno alla Terra mentre dimostrerà manovre a bassa spinta per il controllo della traiettoria nello spazio tra la Terra e la Luna.
• Lunar Flashlight è un orbiter lunare che cercherà il ghiaccio d’acqua esposto e mapperà la sua concentrazione su una scala di 1–2 km all’interno delle regioni permanentemente in ombra del polo sud lunare.
• Lunar IceCube, un orbiter lunare progettato presso la Morehead State University, cercherà ulteriori prove di ghiaccio d’acqua lunare studiando la superficie da un’orbita molto bassa.
• LunaH-Map (Lunar Polar Hydrogen Mapper ), un orbiter lunare progettato presso l’Arizona State University che mapperà l’idrogeno all’interno dei crateri vicino al polo sud lunare, monitorando la profondità e la distribuzione di composti ricchi di idrogeno come l’acqua. Per farlo utilizzerà un rilevatore di neutroni.
• Near-Earth Asteroid Scout è un dimostratore tecnologico di un veicolo spaziale a vela solare controllabile. L’obiettivo è testare un veicolo in grado di raggiungere asteroidi vicino alla Terra. Questo cubesat lascerà il sistema Terra-Luna e cercherà di dirigersi vero un asteroide. Le osservazioni saranno ottenute attraverso un sorvolo ravvicinato (~ 10 km) e utilizzando una fotocamera monocromatica ad alta risoluzione per misurare le proprietà fisiche dell’asteroide.
• OMOTENASHI, progettato da JAXA, è un piccolo lander che studierà i livelli di radiazione sulla superficie lunare.
• SkyFire è un veicolo spaziale progettato da Lockheed Martin per entrare in orbita lunare e raccogliere spettroscopia e termografia di superficie.
• Cislunar Explorers dimostrerà la fattibilità della propulsione per elettrolisi dell’acqua e della navigazione ottica interplanetaria per orbitare attorno alla Luna. È stato progettato dalla Cornell University, Ithaca, New York.
• Earth Escape Explorer (CU-E3) dimostrerà le comunicazioni a lunga distanza mentre si è in orbita eliocentrica. È stato progettato dall’Università del Colorado Boulder.
• Team Miles dimostrerà le comunicazioni a lunga distanza in orbita eliocentrica e mostrerà le tecniche di controllo della traiettoria a bassa spinta impiegando un propulsore ionico ibrido. È stato progettato da Fluid e Reason, LLC, Tampa, Florida.

Il 2021 si prospetta quindi un anno eccezionale per il settore aerospaziale, che dopo anni di progetti e annunci, entra finalmente nel pieno di questa seconda corsa allo spazio. La Luna sarà uno degli obbiettivi caratteristici di questo, ma non sarà l’unico.

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