Yutu-2 è il rover lunare più leggero in assoluto (135 chilogrammi). È come un piccolo fuoristrada ad alte prestazioni, dotato di sei ruote, di cui le quattro più esterne sono sterzanti e, può raggiungere la velocità massima di 200 metri all'ora (circa 0,056 metri al secondo). Può arrampicarsi su pendenze di 20 gradi e superare ostacoli alti fino a 20 centimetri. Nel corso dei primi 2 anni di missione ha restituito circa 16,46 gigabyte di dati scientifici, colmando parte delle lacune sulla conoscenza geologica del lato opposto della Luna.
Nel nuovo documento, gli scienziati hanno discusso i dati e le immagini raccolti dal rover e i risultati dello slittamento e dell'affondamento delle ruote durante la traversata. Queste analisi rivelano caratteristiche uniche del suolo sul lato lontano del nostro satellite.
Lo slittamento di Yutu-2 durante in percorso. I punti gialli rappresentano i waypoint. I punti rossi rappresentano il punto di partenza di Yutu-2 di ogni giorno lunare. nell'ingrandimento, l'ottavo e il nono giorno lunare. Sotto, i rapporti di slittamento delle ruote.
Terreno torbido e fangoso
I ricercatori dell'Harbin Institute of Technology e del Beijing Aerospace Control Center hanno presentato i loro risultati sulla rivista scientifica, Science Robotics.
La missione cinese Chang'E-4 è atterrata con successo sul lato opposto della Luna, schierando il rover Yutu-2 per indagare l'interno del cratere Von Kármán nel bacino del Polo Sud-Aitken. Qui, il robot ha incontrato terreno appiccicoso, ejecta altamente riflettenti, rocce gelatinose e piccoli crateri freschi.
Il sito di atterraggio si è rivelato essenzialmente privo grandi massi, salvo qualche rara eccezione, ma è cosparso di diversi crateri.
Grazie alle immagini della Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC) a bordo della sonda della NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), lanciata nel 2009, è possibile identificare 88 crateri da impatto entro un raggio di 50 metri lungo il percorso di Yutu-2 dei primi 25 giorni lunari, di diametro compreso tra 4,68 e 61,83 metri (per un valore medio di 11,89 metri). Tra questi, oltre il 60% ha un diametro inferiore a 10 metri, con rari crateri di diametro superiore a 20 metri. Le immagini panoramiche inviate a Terra dal rover mostrano 20 crateri entro una distanza di 10 metri, tutti con profondità inferiori a 0,6 metri, relativamente "freschi", secondo gli scienziati. Sono quasi tutti orientati a nord-ovest; pertanto, se ne deduce che provengano dallo stesso insieme di eventi da impatto, legati, secondo il team, alla collisione più grande che ha creato il cratere Zhinyu, che si trova a ovest del sito di atterraggio CE-4
Lander e rover operano ormai da tre anni, superando di gran lunga le aspettative iniziali di tre mesi.
Durante la missione, i ricercatori hanno utilizzato le ruote del rover come strumento per valutare le proprietà del suolo lunare.
Yutu-2 ha sperimentato lievi scivolamenti e affondamenti che indicano un terreno relativamente piatto su larga scala ma con dolci pendii locali.
Il team ha anche notato che la regolite, fine e appiccicosa, è rimasta incollata alle ruote di Yutu-2 in modo simile a quanto sperimentato da Yutu nel Mare Imbrium ma molto di più.
Le particelle fini appiccicose sulle ruote di Yutu durante CE-3 erano molto probabilmente dovute all'adesione elettrostatica, ma i pezzi di terreno più grandi sulle ruote di Yutu-2 durante CE-4 sono insoliti. Nel documento si descrive il terreno come "fangoso". "Il terreno torbido che si attacca alle sue ruote implica una maggiore coesione del suolo lunare rispetto ad altri siti di atterraggio", si legge nel documento.
Il team presume che questa regolite appiccicosa sia un fenomeno localizzato.
"La maggiore coesione della regolite lunare sul sito di atterraggio CE-4 è probabilmente attribuibile alla maggiore percentuale di agglutinati nella regolite lunare, che è proporzionale alla maturità del suolo", scrivono gli autori. Gli agglutinati in geologia sono prodotti vulcanici costituiti da frammenti di lava che, lanciati allo stato fuso in aria, si saldano insieme alla caduta durante la fase di consolidamento. Il rivestimento esterno presenta struttura vetrosa. "Con gli agglutinati, è più probabile che le particelle di terreno si agglomerino (si tengono insieme o creano un legame) quando vengono macinate dalla ruota, il che cambia la struttura sciolta del suolo sabbioso, con conseguente aumento della coesione di solidificazione".
La figura mostra il terreno lunare appiccicoso sulle ruote di Yutu-2 a sinistra, rispetto a quelle di Yutu a destra.
Secondo il team "la regolite lunare nei siti CE-3 e Luna 17 è relativamente più forte nella resistenza rispetto a quella nel sito CE-4"
Per Yutu-2 è stato stimato un affondamento tra 5 e 15 millimetri, contro il range da 5,6 a 11,5 millimetri di CE-3 quasi con lo stesso carico per ruota (22,5 chilogrammi). Diversamente, l'affondamento della ruota del Lunokhod 1 nella missione Luna 17 era molto più grande (da 10,7 a 25,4 millimetri) sotto un carico più pesante (94,5 chilogrammi per ruota). Ma, secondo il modello terrameccanico e i parametri di interazione ruota-terreno, le caratteristiche nei siti CE-3 e Luna 17 si sovrappongono, mentre l'affossamento, equiparato, è maggiore per CE-4. Come mostrato nel grafico qui sotto la proprietà portante della regolite nel sito di atterraggio sul lato opposto della Luna è analoga a quella della sabbia secca e del terriccio sabbioso terrestre.
Lunga vita
Fu Qiang, uno dei capi progettisti della missione Chang'e-4, parlando di Yutu-2 ha dichiarato a CCTV:
"Già all'inizio della progettazione, avevamo richiesto un'elevata affidabilità nella selezione di ogni componente... quindi c'era la garanzia di una lunga durata e di un'elevata affidabilità".
Poiché la temperatura della superficie lunare oscilla tra 160 gradi Celsius e meno 180 gradi Celsius, con un delta di oltre 300 gradi Celsius, gli ingegneri hanno previsto una modalità operativa e di ibernazione per lander e rover, in modo che potessero adattarsi meglio al clima rigido.
"Dopo 38 giorni lunari di prova, il programma e la procedura del nostro lavoro di progettazione si sono rivelati molto ragionevoli", ha affermato Fu.
Inoltre, il team ha anche dovuto affrontare il problema delle radiazioni. Dato che la Luna non ha uno strato protettivo, l'hardware può essere influenzato da varie particelle spaziali.
La resistenza alle radiazioni è stata migliorata per Chang'e-4 e Yutu-2. Queste protezioni non solo prolungano la vita di servizio dei veicoli spaziali ma garantiscono anche l'accuratezza dei dati raccolti.
Il lander Chang'e-4 e il rover Yutu-2 sono ancora in buone condizioni, con il rover che attualmente si sta spostando verso nord-ovest in una regione di basalti.
Appunti per il futuro
Ding Liang, il primo autore del documento, ha affermato che i risultati stanno aiutando a plasmare le successive missioni lunari della Cina.
Il team scrive: "Sulla base di una comprensione approfondita del lato opposto della Luna, sono necessari una guida più potente, un'intelligenza superiore e carichi utili scientifici avanzati per la futura esplorazione lunare con robot spaziali su scale più grandi e ambienti più difficili. Ad esempio, robot con gambe, robot ibridi con gambe e ruote possono essere presi in considerazione l'esplorazione futura di crateri lunari o grotte. L'intelligenza fisica (comprendere le scene oltre l'aspetto puramente geometrico), attraverso strategie di indagine attive per la valutazione della sopportabilità o della stabilità, è un tema che deve essere sviluppato per far fronte alla natura sconosciuta dell'ambiente".
"Le esplorazioni possono essere condotte con un nuovo paradigma autonomo orientato alla scoperta, con capacità di sperimentazione autonome migliorate". Inoltre sarà necessario implementare "carichi utili scientifici diversi per campionamento in situ e analisi chimiche, fisiche e biologiche".
"In generale, ci si aspetta che la conoscenza multidisciplinare venga incorporata per apportare un miglioramento a tutto tondo dei rover per la futura esplorazione autonoma per le future scoperte sulla Luna".
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