Chang’e-4 è in volo verso il primo atterraggio sulla faccia nascosta della Luna

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Rimasto ignoto all’umanità sino all’ottobre 1959, quando apparve nelle sgranate immagini in bianco e nero dalla sonda sovietica Luna-3, osservato per la prima volta proprio cinquant’anni, fa dai tre membri dell’equipaggio di Apollo 8, che l’hanno fotografato con ben altro dettaglio, il lato nascosto della Luna è in questi giorni obiettivo dell’ambizioso tentativo di atterraggio di Chang’e-4, lanciata ieri dal centro spaziale cinese di Xichang.

Il decollo è avvenuto alle 2.23 dell’8 dicembre secondo l’ora locale, quando in Italia erano le 19.23 del giorno precedente. Come di consueto, nessuna diretta video ufficiale dell’evento era stata prevista. La rilevanza della missione e il conseguente interesse internazionale non sono stati sufficienti a convincere i responsabili dell’agenzia spaziale cinese a superare la tradizione di riservatezza che da sempre protegge il programma nazionale, con la sola rilevante eccezione dei voli con equipaggio.

È stato solo grazie all’estemporaneo livestream organizzato dall’associazione degli astrofili dello Yunnan che gli appassionati di tutto il mondo hanno potuto intravvedere le fiamme dei motori del vettore Lunga Marcia 3B/E illuminare il pad e le colline che circondano il centro spaziale, innalzarsi e scomparire nel cielo notturno, senz’altro commento audio che le esclamazioni stupite del pubblico presente.

Le conferme ufficiali da CNSA e dai media di stato sono giunte solo dopo che il payload del peso di 3.780 kg, contenente un lander da 1.200 kg e un piccolo rover da 140 kg, era già stato inserito nell’orbita di trasferimento translunare, un percorso fortemente ellittico con perigeo a 200 km ed apogeo a circa 420.000 km. Questa traiettoria, perfezionata da quattro manovre di correzione (la prima è avvenuta circa 18 ore dopo il lancio) consentirà a Chang’e-4 di entrare in orbita lunare l’11 dicembre, quando in Italia saranno le 16.

Il programma CLEP

La missione in corso si colloca nel pieno della maturità del programma cinese di esplorazione robotica della Luna – o programma Chang’e, dal nome di una locale divinità lunare –, articolato in tre fasi di complessità tecnologica crescente. La prima prevedeva l’inserimento di una sonda in orbita lunare, la seconda l’atterraggio di un lander munito di un rover e la terza il prelevamento e il trasporto sulla terra di campioni del suolo del nostro satellite.

Le prime due Chang’e, lanciate rispettivamente nel 2007 e nel 2010, hanno raggiunto brillantemente gli obiettivi sperati (Chang’e-2 ha anche sperimentato l’orbita attorno al punto lagrangiano 2L). Nel 2013 Chang’e-3 è stato il primo veicolo ad atterrare sulla superficie del nostro satellite dai tempi della missione russa Luna-24 del 1976. Il rover Yutu ha cessato di muoversi dopo poche settimane dal suo arrivo, percorrendo solo 114 metri invece dei 10 km programmati, ma ha continuato a trasmettere dati ben oltre il periodo operativo inizialmente previsto.

La terza tappa del programma, preparata dal volo del dimostratore Chang’e 5-T1 nel 2014, che ha testato le capacità di rientro della capsula che riporterà i campioni lunari, è stata ritardata dalle difficoltà incontrate dal lanciatore Lunga Marcia 5. Inizialmente Chang’e-5 avrebbe dovuto precedere nel 2017 Chang’e-4, ma è ora in calendario per la fine del 2019, seguita nel 2024 da Chang’e-6.

Le sfide di un atterraggio sulla faccia nascosta

In origine la missione Chang’e-4 avrebbe dovuto essere un semplice backup di Chang’e-3 ma, dopo il fortunato arrivo di quella sonda sul Mare Imbrium e il successo delle operazioni seguenti, i responsabili di CNSA, nel 2015, l’hanno riprogrammata con un obiettivo più sfidante: realizzare il primo atterraggio della storia sul lato nascosto della Luna.

La difficoltà principale di un simile tentativo riguarda le comunicazioni con la Terra. Anche durante una semplice missione orbitale attorno al nostro satellite risulta infatti impossibile ricevere o inviare segnali ad un veicolo nel periodo in cui si trova eclissato dalla Luna; un atterraggio sul lato nascosto, mai direttamente visibile dal nostro pianeta, dovrebbe avvenire totalmente “al buio”, senza alcuna possibilità di intervento dal Centro di controllo.

Per ovviare al problema e per rendere possibile la trasmissione dei dati scientifici che saranno raccolti dalla sonda, i cinesi hanno già predisposto un “ripetitore”. Nel maggio scorso, il satellite Queqiao è stato posizionato in un’orbita halo attorno al punto lagrangiano L2 del sistema Terra-Luna, situata tra i 65.000 e gli 85.000 km dalla superfice lunare. Da quella posizione è in grado di vedere sia il lato nascosto del nostro satellite sia la Terra e presto potrà usare la sua grande antenna parabolica di 4,2 metri per comunicare in banda X con il lander e il rover della missione Chang’e-4 e in banda S con le stazioni di terra.

La discesa di Chang’e-4 sulla superficie lunare non avverrà subito dopo la sua entrata in orbita, l’11 dicembre. La sonda attenderà per alcuni giorni che si verifichino le idonee condizioni di illuminazione della zona di atterraggio e poi il 3 gennaio – la data non è stata ancora ufficialmente confermata – inizierà un progressiva riduzione dell’orbita, fino a 15 km dalla superficie, quota da cui inizierà la discesa propulsa. A differenza delle sonde storiche atterrate sulla luna agli albori dell’era spaziale, Chang-e-4 è dotata di un più raffinato sistema di discesa e di sensori in grado di rilevare eventuali ostacoli sulla superficie e di condurre il lander su una zona sicura.

La zona di atterraggio

L’atterraggio morbido dovrebbe avvenire (anche a questo proposito le notizie non sono ufficiali) all’interno del cratere Von Kármán, in una zona pianeggiante situata nei pressi del suo bordo meridionale. Sulla faccia nascosta non ci sono grandi mari basaltici di dimensioni paragonabili a quelli che appaiono sul lato che ci è familiare e la scelta di un’area relativamente piccola (il cratere ha un diametro di 186 km) aggiunge una ulteriore sfida al tentativo cinese.

Von Kármán si trova nei pressi del centro di una delle aree geologicamente più interessanti del nostro satellite, il cosiddetto South Pole-Aitken Basin (SPA), ossia una zona dell’emisfero meridionale che si estende dal polo Sud fino al cratere di Aitken (a circa 16° di latitudine Sud) . L’area misura circa 2.500 km in diametro e 11.000 in circonferenza ed è localizzabile nelle foto grazie al colore più scuro della superficie. Gli studiosi riconoscono il bacino come uno dei più grandi e più antichi crateri da impatto del sistema solare, risalente a 3,6 miliardi di anni fa. Al suo interno si trovano materiali emersi dal mantello, che potrebbero fornire preziose informazioni sulla formazione della Luna ed anche sulla prototerra da cui essa e il nostro pianeta si sarebbero originati circa un miliardo di anni prima.

Questi accenni fanno comprendere che la missione Chang’e-4 non permetterà alla Cina solo di cogliere il suo primo grande primato nella storia dell’esplorazione spaziale, ma avrà anche un notevole valore scientifico. Per tale motivo, per quanto l’hardware del lander e del rover sia sostanzialmente quello di Chang’e-3 (fatte salve le modifiche al veicolo mobile, necessarie ad evitare i problemi che hanno bloccato il suo gemello Yutu), parte degli strumenti a bordo saranno diversi.

Scienza e collaborazione internazionale

Allo studio della composizione del suolo potranno servire il Low Frequency Spectrometer (LFS), lo spettrometro a bassa frequenza presente sul lander e il Visible and Near-Infrared Imaging Spectrometer (VNIS), lo spettrometro operante nel visibile e nel vicino infrarosso a bordo del rover. Quest’ultimo ospita anche il Lunar Penetrating Radar (LPR) che sarà utilizzato per comprendere la struttura geologica sottostante la superficie.

Oltre alla conformazione geologica, sarà oggetto di indagine l’ambiente radioattivo e gli effetti sulla superficie lunare del vento solare. A questo scopo serviranno due strumenti, frutto degli accordi di cooperazione internazionale avviati dalla Cina: il Lunar Lander Neutrons e Dosimetry experiment (LND), sviluppato dalla Christian-Albrechts-University di Kiel, in Germania, con la collaborazione dell’agenzia spaziale tedesca, e, sul rover, l’Advanced Small Analyser for Neutrals (ASAN), realizzato dall’Istituto Svedese di Space Physics di Kiruna, che intende approfondire le scoperte effettuate da un analogo rilevatore che ha viaggiato a bordo dell’orbiter indiano Chandrayaan I, lanciato nel 2008.

Altre ricerche di radioastronomia a bassa frequenza, sempre basate sul Low Frequency Spectrometer, si gioveranno del particolare ambiente della faccia nascosta, che l’intero globo lunare protegge dai disturbi elettromagnetici provenienti dalla Terra.

A bordo del lander ci sarà anche un esperimento scelto in una competizione tra studenti universitari denominato “mini biosfera lunare”. Un contenitore cilindirico di alluminio del volume di 80 cc conterrà aria, acqua, sostanze nutritive e ospiterà semi di patata e di Arabidopsis (una pianta da fiore molto utilizzata in esperimenti di biologia vegetale) e uova di baco da seta. Le immagini delle nascita e lo sviluppo di queste forme di vita sulla luna saranno registrate da una camera e trasmesse a terra.

Video con immagini della preparazione della sonda e interviste sull’atterraggio e sugli strumenti a bordo (in inglese)

Video del liftoff

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