Al Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, le operazioni del rover Curiosity iniziano ogni giorno con un turno che parte alle 8:15 e concede a qualche decina di ingegneri e scienziati appena tre ore per decidere cosa farà il rover subito dopo. Ashwin Vasavada, project scientist della missione, descrive la routine come una corsa contro il tempo che il suo team ha ripetuto più di mille volte dall'atterraggio del rover nel 2012.
Una finestra di sette ore
Il ciclo comincia su Marte. Durante la notte terrestre, Curiosity termina la sua giornata di lavoro e invia immagini e misurazioni a un orbiter in transito sopra di lui. L'orbiter ritrasmette i dati alla Terra, dove vengono archiviati sui server del JPL e di istituzioni partner in tutto il mondo.
Una volta iniziato il turno, il team ha tre ore per controllare lo stato di salute del rover, analizzare i nuovi dati scientifici e concordare le attività successive. Altre quattro ore servono a trasformare quel piano in comandi per il rover per il giorno seguente. Questi comandi devono essere sicuri e rientrare nel tempo e nell'energia a disposizione del rover. Centinaia di comandi vengono poi inviati tramite la Deep Space Network della NASA. La scadenza è dettata dal giorno marziano: il Sole sorge nel punto in cui si trova il rover, e Curiosity attende le istruzioni successive.
Il compito di Vasavada è garantire che il risultato di quella corsa faccia avanzare gli obiettivi scientifici della missione e mantenga il progetto in linea con ciò che il team ha promesso alla NASA e al pubblico.
Che cosa deve trovare il rover
La NASA ha costruito Curiosity per cercare prove di antichi ambienti abitabili, cioè luoghi con acqua liquida e con le sostanze chimiche, i nutrienti e le fonti di energia di cui la vita ha bisogno. Questo obiettivo richiedeva un veicolo spaziale mobile e di lunga durata, che permettesse agli scienziati sulla Terra di esplorare a distanza un'area locale, scegliere campioni di roccia e analizzarli nei laboratori di bordo. Il JPL ha realizzato il rover, grande quanto un'automobile e dotato di trivella, mentre la NASA ha aggiunto una suite di strumenti e un team scientifico composto da ricercatori degli Stati Uniti e di altri paesi.
Il rover è stato inviato nel cratere Gale per scalare l'Aeolis Mons, una montagna i cui 5 chilometri (3 miglia) di strati sedimentari registrano le condizioni ambientali di circa 3,5 miliardi di anni fa. Le evidenze suggeriscono che un'atmosfera più densa un tempo proteggesse torrenti e laghi in cui scorreva acqua.
Curiosity ha risalito un dislivello di circa 1 chilometro (mezzo miglio) attraverso quegli strati. Più in basso ha trovato argilliti ricche di argilla, che a quote più elevate lasciano il posto ad arenarie più recenti ricche di minerali salini. Il team ha concluso che i laghi siano persistiti per milioni di anni prima che il clima diventasse arido e le dune li sommergessero. Di tanto in tanto le acque sotterranee raggiungevano la superficie e formavano corsi d'acqua tra le dune.
I campioni prelevati con la trivella dai sedimenti lacustri contengono piccole molecole organiche, a base di carbonio e materie prime per una potenziale vita. Insieme ad ambienti umidi e a una miscela di sostanze chimiche simile a quella che i microbi usano come fonte di energia sulla Terra, questa scoperta ha portato il team a concludere che il cratere Gale avrebbe potuto un tempo ospitare la vita. Vasavada osserva che per stabilire se la vita si sia davvero sviluppata servirebbe riportare queste rocce nei laboratori terrestri.
Una decisione del venerdì sui poligoni
Il racconto di Vasavada su una mattinata recente mostra come il processo gestisca le sorprese. Durante il turno precedente, aveva chiesto ai pianificatori del percorso del rover di dirigersi verso un'area che nelle immagini orbitali appariva eccezionalmente liscia e piatta. Dopo anni di guida su terreno accidentato, gli ingegneri hanno fatto percorrere al rover 37 metri (120 piedi) attraverso quello che il team ha chiamato un parcheggio marziano, una distanza notevole per Curiosity.
Le nuove immagini hanno mostrato qualcosa di diverso. Invece di lastre lisce, ogni superficie era punteggiata da piccoli poligoni, larghi qualche centimetro ciascuno, simili a un favo. I geologi del team ipotizzano che i poligoni delineino fratture dovute all'essiccazione, come nel fango, oppure a cicli termici o a compressione.
Sullo schermo, il terreno davanti al rover era coperto di puntini, ciascuno un possibile bersaglio per le fotocamere, lo spettrometro laser o i sensori del braccio robotico. Erano troppi. Un membro del team scientifico addestrato a moderare la discussione ha ristretto l'elenco mentre docenti, postdoc e studenti di tutto il mondo sostenevano i propri bersagli. Il dibattito verteva su quali immagini e misurazioni chimiche avrebbero spiegato meglio come si fossero formati i poligoni. Vasavada fa da arbitro se non si raggiunge il consenso, anche se afferma che raramente serve.
Poiché era venerdì, il piano copriva tre giorni di attività nel fine settimana e i risultati sarebbero arrivati solo con il turno del lunedì. Curiosity lavora anche nei weekend.
Dalla richiesta scientifica al comando
Dopo la discussione scientifica, il lavoro passa agli ingegneri. In una stanza, un ingegnere robotico visualizza in 3D come il braccio del rover, con le sue cinque articolazioni, raggiungerà i bersagli scelti. Poco più in là, un'altra ingegnera simula la guida successiva. Il terreno oltre il campo di poligoni è accidentato: secondo Vasavada non c'è più nessun parcheggio, solo marciapiedi, e lei deve quindi pianificare un percorso tra gli ostacoli rocciosi fino al successivo punto di passaggio scientifico.
Entro mezzogiorno il ruolo formale del team scientifico è concluso, anche se molti membri restano online per discutere i dati. Gli operatori del rover e degli strumenti convertono quindi le richieste della giornata nei comandi che partono tramite la Deep Space Network.
Che cosa ci dice per il settore della robotica
Il racconto è un utile correttivo all'idea che un rover marziano venga semplicemente guidato dalla Terra. La routine di Curiosity somiglia di più a una negoziazione quotidiana tra obiettivi scientifici, limiti ingegneristici e un calendario delle comunicazioni dettato dalla geometria orbitale. Il rover riceve un piano al giorno e il team non può correggerlo in tempo reale. Tutto ciò che c'è nel piano deve quindi essere verificato prima in simulazione, ed è per questo che quattro delle sette ore sono dedicate alla preparazione dei comandi e non alla scienza.
L'episodio dei poligoni mostra anche il valore di questa struttura. Un'immagine orbitale suggeriva una superficie liscia e la vista da terra l'ha smentita. Un team in grado di rivalutare i bersagli nell'arco di un solo turno può trasformare una sorpresa in un piano di misurazione nella stessa giornata. È un argomento concreto a favore di un legame stretto tra scienziati e ciclo ingegneristico nelle missioni planetarie di lunga durata.
Ci sono dei limiti a ciò che il racconto dimostra. Copre un solo turno e non riferisce con quale frequenza i piani vengano rivisti né quanta scienza si perda a causa dei tempi serrati. Non dice come si siano formati i poligoni, e le tre spiegazioni del team restano ipotesi finché non saranno analizzate le nuove misurazioni. La conclusione che il cratere Gale avrebbe potuto ospitare la vita si basa su molecole organiche, ambienti umidi e chimica compatibile, ma la fonte precisa che ciò non dimostra che la vita sia esistita. Quella domanda dipende dal rientro dei campioni, che il racconto tratta come un requisito più che come un piano.
La lezione più duratura per la robotica è di natura operativa. Curiosity porta avanti questo ciclo da più di mille ripetizioni della routine quotidiana, il che suggerisce che per un robot longevo la disciplina di processo conti quanto l'hardware. Resta da vedere se un team possa mantenere quel ritmo con un rover che invecchia e affronta terreni sempre più accidentati: è una domanda che il racconto solleva ma a cui non risponde.