di Giacinto Gianfiglio, già Mission and System Manager (e vice capo) programma ExoMars, Agenzia Spaziale Europea (ESA)
Il 14 marzo 2016 segna una delle date più significative nella storia dell’esplorazione planetaria europea. Dal cosmodromo di Baikonur (Kazakhstan) partiva la missione ExoMars 2016 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), con a bordo il Trace Gas Orbiter (TGO) e il modulo dimostrativo di Entry, Descent and Landing (EDM) Schiaparelli.
A dieci anni dal lancio, il TGO continua a orbitare attorno a Marte, testimone silenzioso di una missione che ha ridefinito la precisione delle misure atmosferiche marziane e consolidato il ruolo dell’ESA nell’esplorazione di Marte. Non è più solo una missione scientifica, ma una vera e propria infrastruttura permanente nel sistema marziano.
Nel mio articolo precedente, ho illustrato in dettaglio la genesi e lo sviluppo del programma ExoMars. Questo anniversario, tuttavia, offre l’occasione per un bilancio complessivo, scientifico, tecnico e strategico. È il momento per celebrare dieci anni di straordinari risultati e resilienza operativa, e di rendere omaggio a questa “macchina” straordinaria che è il TGO.
Immagine artistica del Trace Gas Orbiter della missione ExoMars 2016 (per cortesia dell’ESA)
Una missione complessa
Lanciato con il razzo Proton-M, il veicolo spaziale di ExoMars 2016, del peso di 4,3 tonnellate, iniziò il suo viaggio interplanetario alla velocità di circa 33.000 m/s, con un errore di appena 1,5 m/s, un risultato straordinario in termini di precisione orbitale.
Dopo sette mesi e 600 milioni di chilometri, il 19 ottobre 2016 il TGO si è inserito con successo nell’orbita marziana mentre Schiaparelli affrontava l’Entry, Descent and Landing sulla superficie di Marte.
Lancio del razzo Proton-M con a bordo la missione ExoMars 2016 (per cortesia dell’ESA)
L’atterraggio di Schiaparelli non ebbe esito positivo, ma grazie alla telemetria completamente recuperata dal TGO, fu possibile comprendere a fondo l’anomalia, migliorando in modo sostanziale i sistemi per la missione Rosalind Franklin di ExoMars 2028.
Tra gennaio 2017 e aprile 2018, il TGO ha eseguito con successo la campagna di aerobraking (aerofrenaggio), una tecnica mai utilizzata prima da un veicolo ESA. Utilizzando l’attrito con l’atmosfera marziana, il TGO ha ridotto gradualmente la propria orbita fino a circa 400 km di quota, la sua orbita finale per la missione Science and Data Relay. Senza l’aerobraking, la missione non sarebbe stata possibile con il propellente disponibile.
Immagine artistica della fase di Aerobraking del Trace Gas Orbiter (per cortesia dell’ESA)
I risultati scientifici: accuratezza senza precedenti
Il TGO è stato progettato con un obiettivo preciso: misurare con un’accuratezza senza precedenti i “gas in traccia” presenti nell’atmosfera marziana, con particolare attenzione al metano. Non si trattava solo di “non trovare” il metano, ma di misurarlo meglio di chiunque altro prima.
[n.d.r. Un “gas in traccia” è un gas presente in concentrazioni molto basse rispetto ai principali componenti dell’atmosfera e, proprio per questo, difficile da rilevare]
La presenza di metano nell’atmosfera marziana è di grande interesse scientifico, in quanto sulla Terra può essere prodotto da processi biologici o geologici. Comprendere la sua origine su Marte potrebbe fornire indizi cruciali sull’evoluzione del pianeta.
Nel corso del decennio, grazie ai suoi quattro strumenti scientifici — ACS (Atmospheric Chemistry Suite), CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System), FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) e NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) — il TGO ha ridefinito i modelli atmosferici e imposto nuovi limiti alla comprensione dei processi chimici e geologici del pianeta rosso.
Con NOMAD e ACS, il TGO ha stabilito limiti estremamente stringenti sulla presenza di metano, rilevando concentrazioni dell’ordine di 0,05 molecole di metano ogni miliardo di molecole di atmosfera, da 10 a 100 volte inferiori rispetto a misure precedenti. Il TGO ha inoltre creato un accurato inventario atmosferico, studiato dinamiche stagionali, tempeste di polvere e mappato l’idrogeno nel sottosuolo tramite lo strumento FREND.
Marte visto da CaSSIS: scienza e meraviglia
Oltre alla spettroscopia atmosferica, la camera CaSSIS ha prodotto alcune delle immagini più affascinanti mai ottenute da un’orbita marziana, unendo rigorosità scientifica e potenza visiva. Le immagini ad alta risoluzione hanno rivelato caratteristiche geologiche della superficie marziana, come profondi canyon, crateri, dune e tracce di ghiaccio, creando una mappa del pianeta con un dettaglio senza precedenti.
Queste immagini non sono solo spettacolari, ma anche fondamentali per identificare possibili correlazioni tra la morfologia geologica e le fonti di gas atmosferici.
Ventaglio alluvionale nel cratere Jezero(per cortesia dell’ Università di Berna)
Il cratere Jezero, con diametro di 45 km, è stato il sito di atterraggio del rover NASA Perseverance. All’interno del cratere si trova un deposito a ventaglio-delta (centro in basso), ricco di argille. Si ritiene che Jezero sia stato sommerso in passato, in un’epoca in cui si stavano formando reti di valli su Marte.
Valle in Noachis (per cortesia dell’ Università di Berna)
Immagine della Nirgal Vallis nella regione Noachis Terra. La valle è lunga circa 610 km e scaricava acqua in Uzboi Vallis, da cui poi in Holden Crater. L’immagine mostra gole sul lato nord (sinistra) e diversità composizionale sulla pianura a nord. Inoltre, indica che la formazione della valle è probabilmente stata alimentata da acqua sotterranea, non da precipitazioni o scioglimento di ghiaccio superficiale.
Bordo incassato all’interno del cratere Morella (per cortesia dell’ Università di Berna)
Questo cratere si trova all’interno del cratere Morella, diametro 77 km, a nord-est di Ganges Cavus, nella regione Valles Marineris. Il lato est di Morella Crater è stato eroso, causando probabilmente l’erosione dei muri del cratere più piccolo interno.
Diversità dei tipi di superficie (per cortesia dell’ Università di Berna)
Il lato sud del cratere (destra), vicino al confine di dicotomia, presenta tre grandi strutture di gole, che hanno contribuito all’accumulo di materiale alla base del muro del cratere. Sono visibili caratteristiche di flusso che conducono verso il centro del cratere, dove si nota una struttura notevole con fratture.
Tumuli erosi e colorati in Terra Cimmeria (per cortesia dell’ Università di Berna)
Immagine di un’area piccola e non nominata in Terra Cimmeria, nota per il suo terreno caotico. La superficie appare fortemente erosa, rivelando materiale luminoso e colorato. Il cratere a destra mostra roccia madre esposta nel bordo e nella parete ovest (inferiore).
Il TGO come ponte radio Marte – Terra
Il TGO non è solo un orbiter scientifico, ma svolge anche la funzione di Data Relay Orbiter. Dotato di un sistema di telecomunicazione con la radio Electra (in banda UHF) fornita dalla NASA, il TGO agisce come nodo di comunicazione tra i veicoli sulla superficie di Marte e la Terra.
Questa funzione si è consolidata, trasformando l’orbiter in una vera e propria infrastruttura permanente nel sistema marziano. Oggi, il TGO gestisce una parte significativa delle comunicazioni tra Marte e Terra per le missioni internazionali, facilitando il flusso di comandi e dati scientifici. Senza questa architettura, la quantità di dati trasferibili sarebbe drasticamente inferiore.
Il principio è semplice ma cruciale: rover e lander trasmettono i dati al TGO durante il passaggio orbitale; l’orbiter li immagazzina e li ritrasmette verso la Terra tramite un’antenna ad alto guadagno. Senza questa architettura, la quantità di dati scientifici trasferibili sarebbe drasticamente inferiore.
Il TGO ha supportato rover come Curiosity, Opportunity e Perseverance, ed sarà essenziale anche per la futura missione ExoMars 2028 con il rover Rosalind Franklin.
Dieci anni di operazioni spaziali (contributo ricevuto da Peter Schmitz, TGO Operation Manager presso l’ESOC di Darmstadt)
Il TGO si trova ora nella terza estensione (2026-2028) della fase operativa di Science and Data Relay. A dieci anni dal lancio, non si sono verificati guasti significativi, ad eccezione di un problema al cryo-cooler dello strumento ACS e un lieve aumento dell’attrito nel meccanismo di rotazione della camera CaSSIS. Il TGO mantiene ancora la completa ridondanza su tutti i suoi sistemi, confermando la sua affidabilità e robustezza operativa.
A causa del ritardo nel lancio del rover Rosalind Franklin, sono state adottate misure per estendere la durata delle operazioni del TGO ben oltre il 2030, con l’implementazione di un nuovo software gyroless, che permetterà di preservare la vita operativa delle IMU (Inertial Measurement Unit).
Il decennio di operazioni può essere riassunto con alcune statistiche significative: il TGO ha generato circa tre volte il volume richiesto di dati scientifici e ha trasmesso circa i 2/3 di tutti i dati provenienti dai rover e lander NASA.
Oltre ai suoi compiti principali, il TGO ha svolto e continuerà a svolgere attività innovative:
- Dal 2021, la radio Electra viene utilizzata anche per osservazioni di radio-scienza tra MEX (Mars Express, un altro orbiter ESA) e TGO.
- Il 3 ottobre 2025, CaSSIS ha acquisito un’immagine della cometa 3I Atlas, permettendo di studiarla più da vicino.
- A maggio, su richiesta del JPL (Jet Propulsion Laboratory di Pasadena), il TGO cercherà di scattare delle foto di MAVEN (un orbiter NASA). Sempre a maggio, tenterà di fotografare MEX.
- Il TGO fornirà anche supporto alla missione NASA PSYCHE, partecipando a misurazioni per la navigazione spaziale durante il passaggio ravvicinato di PSYCHE a Marte. Questa nuova tecnica di navigazione potrebbe essere utilizzata anche per future missioni, come ExoMars Rosalind Franklin.
Queste attività aggiuntive mostrano come il TGO possa contribuire in modo versatile e innovativo alla ricerca spaziale, estendendo la sua utilità ben oltre gli obiettivi principali.
Immagine della cometa 3I Atlas acquisita dalla camera CASSIS del TGO (per cortesia dell’ESA)
Un anniversario che è anche una testimonianza personale
Il decimo anniversario del TGO non è solo l’occasione per celebrare il successo di una missione, ma per sottolineare l’importanza delle infrastrutture scientifiche e di comunicazione nello spazio profondo. Grazie alle sue scoperte scientifiche, alle immagini straordinarie e alla funzione di Data Relay, il TGO rimane una delle pietre miliari nell’esplorazione marziana.
Infatti, nel contesto delle missioni interplanetarie, dieci anni nello spazio sono un traguardo straordinario. I componenti elettronici, esposti a radiazioni, sollecitazioni termiche e meccaniche, tendono a degradarsi nel tempo. Il fatto che il TGO continui a operare con alta efficienza e senza anomalie testimonia la qualità dell’ingegneria, dello sviluppo e della gestione operativa.
Il mio percorso nel programma, che mi ha visto crescere da Phase B Manager a Mission and TGO Manager, rende questo anniversario non solo un traguardo tecnico, ma un momento profondamente personale e fonte di grande orgoglio. È il riflesso di un lungo viaggio di innovazione e dedizione, che ha portato a un successo che oggi possiamo celebrare insieme.
A dieci anni dal lancio, il TGO non è solo il simbolo di una missione riuscita, ma una dimostrazione tangibile della capacità europea di progettare, costruire, lanciare e mantenere nel tempo sistemi complessi nello spazio profondo. Non tutte le missioni spaziali diventano infrastrutture: il TGO lo è diventato e attende l’arrivo del rover ESA Rosalind Franklin.
Il viaggio continua… verso nuove scoperte.