Verso la Luna: storia delle missioni senza equipaggio

Il successo delle missioni Apollo, destinate a portare i primi esseri umani sulla Luna, fu possibile grazie a un dispiegamento di forze senza precedenti: il lavoro incessante e spesso non riconosciuto di migliaia di persone, enormi investimenti economici e soprattutto una progettazione meticolosa, grazie alla quale si riuscì sfruttare al massimo le conoscenze scientifico-tecnologiche dell’epoca. Una volta ottenuto l’appoggio da parte del governo americano, (“Abbiamo deciso di andare sulla Luna!“) la NASA utilizzò tutte le risorse a sua disposizione nella realizzazione di importanti missioni senza equipaggio – Ranger, Lunar Orbiter e Surveyor – con lo scopo di ottenere quante più informazioni sul nostro satellite, in modo da ridurre al minimo i rischi dei futuri viaggi umani. La corsa alla Luna, però, non fu una passeggiata. Soprattutto nelle fasi iniziali, incidenti e problemi di varia natura rischiarono di far abortire l’intero progetto.

L’avvio del programma Ranger

Dopo la fase iniziale, dedicata alla progettazione delle sonde e alla simulazione dei possibili scenari attraverso la realizzazione di modellini in scala, nel gennaio del 1962 viene avviato Ranger, il primo programma lunare gestito e realizzato dagli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Pasadena, in California, laboratorio nato nel 1936 con lo scopo di progettare razzi bellici e dal 1958 parte della NASA.

Le sonde Ranger, costruite per realizzare e inviare immagini ad alta risoluzione della superficie lunare, sono alte circa 3 metri e poggiano su una base di forma esagonale in cui si trovano il razzo principale e dodici razzi secondari per il controllo dell’assetto. Dotate di un piccolo computer di bordo, due pannelli solari e due antenne direzionali, montano sei telecamere, di cui due a grandangolo e quattro a teleobiettivo, con focali e lenti differenti, in grado di scattare foto con diversi tempi d’esposizione.

I fallimenti delle prime missioni

Le prime cinque missioni, lanciate tra l’agosto del 1961 e l’ottobre 1962, sono un fallimento. I lanci del cosiddetto “blocco 1”, costituito dalle sonde Ranger 1 e Ranger 2, prive di fotocamere e costruite per raggiungere l’orbita terrestre alta, si rivelano disastrosi: entrambe le navicelle si fermano al livello dell’orbita bassa e bruciano in atmosfera.

Le tre sonde del “blocco 2” sono concepite per impattare sulla superficie lunare dopo aver scattato e trasmesso migliaia di immagini in sequenza. Oltre a essere dotate di fotocamere, montano nuovi retrorazzi, un sismometro e uno spettroscopio in grado di rilevare la concentrazione di raggi gamma nello spazio. Ranger 3 e Ranger 5 mancano il nostro satellite, mentre Ranger 4 precipita sul lato nascosto della Luna, senza trasmettere alcun dato.

In questa fase il programma NASA-JPL rischia di naufragare definitivamente, trascinando con sé tutte le speranze e i sogni di portare una missione umana sulla Luna entro la fine del decennio. I quasi 300 milioni di dollari investiti fino a quel momento non hanno portato a nessun risultato e la sensazione è che, al di là dei proclami roboanti dei primi tempi, la tecnologia sia ancora troppo arretrata per portare a termine con successo una missione. Alcuni rinominano il programma Ranger “shoot and hope” (lancia e spera) a indicare la mancanza di precisione e accuratezza dei lanci. Viene avviata un’indagine governativa sui problemi di gestione del progetto da parte del Jet Propulsion Laboratory e la NASA decide di attuare una riorganizzazione dei vertici del laboratorio. Successivamente si scoprirà che quasi tutti i guasti erano avvenuti a causa di un singolo diodo difettoso presente nei circuiti elettrici.

1964: il primo successo

I lanci del “blocco 3”, pur non esenti da problemi, vanno decisamente meglio. Ranger 6, decollato il 30 gennaio 1964, funziona fino a poco prima di schiantarsi sulla Luna: purtroppo le telecamere di bordo non trasmettono alcuna immagine. Ranger 7 è il primo vero successo: partito il 28 luglio 1964, si schianta sulla Luna il 31 luglio, ma prima dell’impatto le fotocamere entrano in funzione e trasmettono immagini per 18 minuti. Vengono raccolte oltre 4000 foto. Finalmente da Terra si ha un’idea più precisa delle caratteristiche del suolo del nostro satellite e diventa possibile progettare un veicolo in grado di allunare in modo “morbido”, evitando un impatto che sarebbe catastrofico per un essere umano. Ranger 8 e Ranger 9, lanciati all’inizio del 1965, funzionano senza intoppi e trasmettono migliaia di altre immagini utili a organizzare le future missioni umane. Il sogno, che sembrava destinato a interrompersi dopo i primi fallimenti, può proseguire. Arrivano nuovi finanziamenti per centinaia di milioni di dollari e due nuove serie di sonde – Lunar Orbiter e Surveyor – sono pronte a essere lanciate.

Lunar Orbiter: la prima mappatura completa della Luna

Le sonde del programma Lunar Orbiter, progettate per effettuare rilevamenti orbitali, hanno una struttura centrale di forma conica al cui interno si trova gran parte della strumentazione necessaria al funzionamento del veicolo: il computer di bordo, un piccolo rilevatore di radiazioni, i serbatoi contenenti il propellente, i sensori di posizione. Dotate di due antenne collegate a trasmettitori per l’invio delle comunicazioni sulla Terra e di un rilevatore di micro meteoriti, sono alimentate da quattro pannelli solari in grado di fornire energia alle strumentazioni e di ricaricare le batterie al nichel-cadmio, che entrano in funzione nelle fasi in cui il Sole è coperto dalla Luna.

Le sonde possono acquisire ed elaborare le immagini grazie alla presenza di un vero e proprio laboratorio fotografico, formato da un sistema per il trascinamento della pellicola, un sistema per lo sviluppo e uno scanner per la digitalizzazione e la trasmissione delle immagini scattate da due fotocamere, una grandangolare e una dotata di un piccolo teleobiettivo.

Nell’arco di un anno, tra il 1966 e il 1967, vengono effettuati i lanci di cinque sonde, ognuna delle quali realizza centinaia di foto della superficie lunare. Stavolta il successo è pieno, nessuna delle sonde fallisce. Dapprima vengono coperte le zone equatoriali del nostro satellite, poi quelle polari. Il 23 agosto 1966 Luna Orbiter 1 realizza la prima foto della Terra vista dall’orbita lunare. Con le 213 immagini elaborate da Lunar Orbiter 5 si arriva a una copertura di oltre il 99% della superficie lunare. Complessivamente vengono scattate oltre 2000 foto ad alta risoluzione e circa 800 a media risoluzione; il risultato finale è una mappa in scala 1:1000000 del nostro satellite. Tutte le sonde sono programmate per schiantarsi al suolo. Lo scopo è evitare che, restando in orbita, possano intralciare le future missioni Apollo.

Surveyor: caratteristiche tecniche

Contemporaneamente ai lanci delle sonde Lunar Orbiter, viene portato avanti il programma Surveyor. In questo caso le navicelle sono dei veri e propri lander, ovvero veicoli progettati per atterrare dolcemente sulla superficie lunare, scattare immagini dettagliate e trasmettere dati sulle caratteristiche chimico-fisiche del suolo.

La struttura principale di ogni lander, di forma conica, contiene tutta la strumentazione necessaria per il funzionamento del veicolo. La parte centrale poggia su tre grosse gambe ammortizzate, costruite con lo scopo di rendere il contatto con il suolo il meno traumatico possibile. Sotto i pannelli solari e l’antenna è presente una fotocamera in grado di scattare foto panoramiche a 360 gradi. Le ultime tre sonde sono inoltre dotate di un braccio estensibile, lungo poco più di un metro e mezzo, alla cui estremità si trova un escavatore capace di prelevare campioni fino a 50 centimetri di profondità, da raccogliere e analizzare chimicamente.

L’allunaggio può avvenire grazie a un retrorazzo che, in combinazione con un radioaltimetro, consente una discesa regolare a partire da un’altitudine di circa 100 chilometri. Giunto a 4 metri di quota, il retrorazzo è progettato per spegnersi, in modo da consentire alla sonda di arrivare al suolo in caduta libera alla velocità di 6 chilometri orari.

I primi allunaggi

Tra il 1966 e il 1968 vengono lanciate sette sonde, con alterne fortune. La prima, Surveyor 1, tocca il suolo lunare il 2 giugno 1966 dopo un viaggio di circa 65 ore. Il punto previsto per l’allunaggio viene mancato di circa 15 chilometri, pochissimi se si considera la natura pionieristica e sperimentale del lancio. La missione è considerata un successo: Surveyor 1 è la prima navicella spaziale americana a compiere un atterraggio morbido su un corpo celeste e nell’arco di poco più di un mese trasmette oltre 11.000 foto a colori del suolo lunare. Surveyor 2 e Surveyor 4 falliscono l’allunaggio, mentre Surveyor 3 – lanciato nell’aprile del 1967 – tocca la superficie lunare in modo anomalo, ma non subisce danni e riesce a inviare oltre 6000 immagini. Il relitto di questa sonda sarà visitato dagli astronauti dell’Apollo 12 nel novembre del 1969 e alcune sue parti saranno riportate sulla Terra.

Le ultime due sonde, lanciate nel novembre del 1967 e nel gennaio del 1968, allunano senza problemi e inviano nel complesso oltre 50.000 immagini, oltre a un’enorme mole di dati sulle caratteristiche del suolo del nostro satellite. La zona lunare raggiunta dalla sonda Surveyor 5 nel settembre del 1967, il Mare della Tranquillità, sarà scelta dalla NASA per l’allunaggio dell’Apollo 11. Surveyor 6 viene fatta ridecollare per alcuni secondi, esperimento mai provato prima di allora, in modo da poter fotografare la propria impronta sulla superficie e fornire un’ulteriore stima della consistenza del terreno.

Portare gli esseri umani sulla Luna entro la fine del decennio sembra di nuovo possibile. La strada per la realizzazione del programma Apollo è ormai spianata.

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Articolo pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.    Immagini: NASA