Preliminary assessment for a miniaturized small body terrain sampler

Asteroid mining has always had an important role in the space exploration history. This especially because certain types of asteroids have resulted to be made of materials which could be seen as a source of resources. Thus, studies about asteroids could enhance not only the continuous research of proving the existence of others forms of life but also the future exploration and colonization of planets different from Earth. Contemporary drilling missions in extreme environments have the necessity of exploiting large and heavy rovers. However, reaching specific areas of some asteroids, through big satellites or rovers, could be a problem. In this work a 1U compact sampling mechanism with integrated bio-marker analyzer has been preliminarily designed with the goal of improving the present drilling missions scenario. Deimos has been considered as the case study of this work, because it has been discovered that Deimos composition is similar to carbonaceous asteroids. Moreover, the TASTE mission, with the goal of sampling and in-situ analyzing Deimos soil, could be a possible application case of this work. The compact 1U Surface Sample Analyzer will be the payload of a lander which will land on Deimos. The soil sampling mechanism is a hollow screw which drills the soil few centimeters’ depth thanks to a dedicated electric motor. While drilling, the sampled material is transported upwards and is directly delivered into the experimental chamber. In the latter, the sampled soil properties are studied thanks to a Lab-On-Chip. In this thesis the scientific instrument has been considered an independent and multiscenario analyzer which could be exploited also on other missions not related to Deimos. The main guiding parameters to preliminarily design the components of the payload, such as thrust, torque and power which have to be exerted by the drill bit, have been carried out from a testing activity involving micro corers conducted by Leonardo Robotics team in Nerviano.

L’estrazione mineraria dagli asteroidi ha sempre avuto un ruolo importante nella storia dell’esplorazione spaziale. Questo specialmente perchè alcuni tipi di asteroidi sono risultati essere costituiti da materiali che possono essere fonte di risorse. Così, gli studi riguardanti gli asteroidi potrebbero migliorare non solo la continua ricerca della prova dell’esistenza di nuove forme di vita ma anche la futura esplorazione e colonizzazione di pianeti differenti dalla Terra. Al giorno d’oggi le missioni di perforazione in ambienti estremi hanno la necessità di impiegare grandi e pesanti rovers. Tuttavia, raggiungere specifiche aree di alcuni asteroidi, attraverso l’impiego di grandi satelliti o rovers, potrebbe essere un problema. In questo lavoro un compatto meccanismo di campionatura con un integrato analizzatore con bio-marcatore con dimensioni di 1U è stato preliminarmente progettato con lo scopo di migliorare l’attuale situazione delle missioni di perforazione. Deimos è stato considerato il caso di studio di questo lavoro perchè è stato scoperto che la composizione di Deimos è simile a quella degli asteroidi carboniosi. Inoltre, la missione TASTE, con l’obiettivo di campionare e analizzare in-situ il terreno di Deimos, potrebbe essere un possibile caso applicativo per questo lavoro di tesi. Il compatto analizzatore di campioni di superficie con dimensioni di 1U sarà il payload del lander che atterrerà su Deimos. Il meccanismo di campionatura del terreno è costituito da una vite cava che penetra il terreno per qualche centimetro di profondità grazie a un dedicato motore elettrico. Durante la penetrazione, il materiale campionato è trasportato verso l’alto ed è direttamente rilasciato nella camera sperimentale. In quest’ultima, le properietà del terreno campionato sono studiate grazie a un Lab-On-Chip. In questa tesi lo strumento scientifico è stato considerato un indipendente analizzatore multi-scenario che potrebbe essere impiegato anche in altre missioni non relative a Deimos. I principali parametri guida per il design preliminare dei componenti del payload, come forza, coppia e potenza che devono essere esercitate dalla punta del trapano, sono stati ricavati da test su micro carotatori condotti dal team di Robotica di Leonardo a Nerviano.