IL LUNGO VIAGGIO DI ROSETTA
Libera traduzione ed adattamento del materiale disponibile nella sezione dedicata alla Missione Rosetta del sito dell’ESA www.esa.int.
La sonda Rosetta dell’Agenzia Spaziale Europea, sarà la prima ad intraprendere l’esplorazione a lungo termine di una cometa a distanza ravvicinata. Essa è composta da un grosso orbiter, progettato per operare per una decade a grande distanza dal Sole, e da un piccolo lander. Ognuno di questi veicoli trasporta una larga varietà di esperimenti scientifici ideati per portare a compimento il più dettagliato studio di una cometa mai tentato prima.
Dopo essere entrata in orbita attorno alla Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko nel 2014, la sonda rilascerà un piccolo lander che andrà a posarsi sul nucleo ghiacciato della Cometa. Quindi Rosetta trascorrerà i seguenti due anni orbitando attorno alla Cometa, mentre essa viaggerà verso il Sole. Sulla rotta verso la Churyumov-Gerasimenko, Rosetta riceverà assistenza gravitazionale dalla Terra e da Marte, e sfiorerà la fascia degli asteroidi.
L’Orbiter
Il veicolo principale, l’orbiter, misura 2.8 x 2.1 x 2.0 metri. Dentro questo volume, di alluminio, sono stati montati tutti i sottosistemi su una base al piano inferiore (Bus Support Module), e tutti gli equipaggiamenti scientifici al piano superiore della sonda (Payload Support Module). Inoltre, due pannelli solari rotanti lunghi 14 metri ciascuno, forniscono una superficie totale di 64 metri quadrati di celle fotovoltaiche per la produzione di energia.
Su un lato dell’orbiter vi è una parabola di 2.2 metri di diametro, che funge da antenna orientabile ad alto guadagno. Il lander è agganciato sul lato opposto.
In prossimità della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, gli strumenti scientifici punteranno quasi sempre verso di essa, mentre le antenne e i pannelli solari saranno rivolti al Sole ed alla Terra (a quella distanza, entrambi saranno nella stessa direzione).
Dati tecnici della sonda
Dimensioni:
Struttura principale: 2.8 x 2.1 x 2 metri
Span dei pannelli solari: 32 metri
Massa al lancio:
Totale: 3000 Kg circa
Propellenti: 1670 Kg circa
Payload scientifico: 165 Kg
Lander: 100 Kg
Energia fornita dai pannelli solari:
850 W a 3.4 Unità Astronomiche; 395 W a 5.25 Unità Astronomiche
Sistema propulsivo: 24 propulsori bipropellenti da 10 N
Durata operativa prevista: 12 Anni
Poiché per la maggior parte della durata del viaggio le superfici posteriori e laterali dell’orbiter saranno in ombra, in tali zone sono stati installati i radiatori e le feritoie d’aerazione della sonda madre. Inoltre queste superfici saranno sempre rivolte dalla parte opposta alla cometa, in modo tale che le polveri ed i residui cometari non vadano a danneggiare le suddette installazioni.
Nel cuore dell’orbiter vi è il suo principale sistema propulsivo, composto dall’ugello di spinta attorno a cui sono montati i serbatoi del carburante e dell’ossidante.
L’orbiter ha a disposizione anche 24 propulsori per il controllo attitudinale e di traiettoria. ognuno di questi propulsori fornisce una spinta di 10 Newtons.
Oltre la metà del peso della sonda è da attribuire al propellente.
La strumentazione dell’orbiter
L’orbiter alloggia undici strumenti scientifici:
• ALICE: (Ultraviolet Imaging Spectrometer) Analizza i gas della chioma e della coda, e misura i tassi di produzione di acqua e ossidi di carbonio da parte della cometa. Esso fornisce anche informazioni sulla composizione della superficie e del nucleo.
• CONSERT: (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) Sonda l’interno della cometa studiando le onde radio che vengono riflesse e deviate dal nucleo.
• COSIMA: (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) Analizzerà le caratteristiche dei grani di polvere emessi dalla cometa, inclusa la loro composizione e se sono organici ed inorganici.
• GIADA: (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) Misura il numero, la massa, e la distribuzione del momento e della velocità delle polveri provenienti dal nucleo e da altre direzioni (i grani riflessi dalla pressione del vento solare).
• MIDAS: (Micro-Imaging Dust Analysis System) Studia l’ambiente delle polveri attorno agli asteroidi ed alla cometa. Esso fornisce informazioni sulla popolazione delle particelle, sulle dimensioni, sul volume e sulla loro forma.
• MIRO: (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) E’ usato per determinare l’abbondanza dei principali gas, la velocità di sublimazione della superficie e la temperatura del nucleo. Esso verrà usato anche per la determinazione delle temperature subsuperficiali degli asteroidi Siwa ed Otawara, e ricercherà i gas presenti attorno ad essi.
• OSIRIS: (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) E’ un videocamera grand’angolare ed ad angolo ristretto per ottenere immagini ad alta risoluzione del nucleo cometario e degli asteroidi che Rosetta incontrerà nel suo viaggio verso la 67P/Churyumov-Gerasimenko. Essa sarà importante per la determinazione dei siti di atterraggio.
• ROSINA: (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) Contiene due sensori che determineranno la composizione dell’atmosfera della cometa e della sua ionosfera, le velocità delle particelle di gas elettrizzato, e le reazioni alle quali partecipano. Esso indagherà sulle eventuali emissioni di gas da parte degli asteroidi.
• RPC: (Rosetta Plasma Consortium) In questo strumento, cinque sensori misurano le proprietà fisiche del nucleo, esaminano la struttura della chioma interna, sorvegliano l’attività cometaria e studiano l’interazione della cometa con il vento solare.
• RSI: (Radio Science Investigation) Gli spostamenti dei segnali radio emessi e rilevati dalla sonda vengono usati per misurare la massa, la densità e la gravità del nucleo cometario, e per definire la sua orbita e studiare la sua chioma interna. L’RSI verrà anche usato per misurare la massa e la densità di Siwa e per studiare la corona solare nei periodi in cui la sonda passerà dietro al Sole, rispetto alla Terra.
• VIRTIS: (Visible and Infrared Thermal Imaging Sectrometer) Mapperà e studierà la natura delle sostanze solide e le temperature della superficie del nucleo. Inoltre identificherà i gas della cometa, caratterizzerà le condizioni fisiche della chioma ed aiuterà ad identificare i migliori siti per l’atterraggio del lander.
Il lander
Il lander di Rosetta, del peso di 100 Kg, è stato realizzato da un consorzio europeo, sotto la leadership del German Aerospace Research Institute (DLR). Gli altri membri del consorzio sono l’ESA e le agenzie di Austria, Finlandia, Francia, Ungheria, Irlanda, Italia e Inghilterra.
Il lander, dall’aspetto quasi cubico, viaggerà aggrappato ad un lato dell’orbiter fino all’incontro con la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Una volta che l’orbiter si è allineato correttamente, il lander verrà fatto staccare dalla sonda madre, quindi dispiegherà le sue tre gambe e si preparerà per un atterraggio dolce sulla cometa, al termine della sua discesa balistica.
Durante l’atterraggio, le sue gambe saranno in grado di smorzare la maggior parte dell’energia cinetica accumulata per evitare il più possibile che la sonda rimbalzi, inoltre esse possono ruotare, alzarsi ed abbassarsi per farla ritornare in posizione verticale.
Immediatamente dopo l’atterraggio, verrà sparato un arpione di ancoraggio per evitare che il lander possa spostarsi, vista la tenue gravità della cometa. La durata minima prevista della missione sulla superficie, è di una settimana, ma le operazioni potrebbero continuare per diversi mesi.
Il design del lander
La struttura del lander consiste di una base piana, una piattaforma per gli strumenti, e da una costruzione poligonale a “sandwich”, il tutto realizzato in fibra di carbonio. Alcuni degli strumenti e dei sottosistemi sono posti sotto una copertura sulla quale superficie sono state applicate delle celle solari.
Un’antenna trasmetterà i dati dalla superficie della cometa alla Terra tramite l’orbiter. Il lander trasporta nove esperimenti scientifici, per una massa totale di circa 21 Kg. Esso ha in dotazione anche una trivella per prendere campioni di materiale superficiale.
La strumentazione del lander
Il lander di Rosetta ha dieci strumenti scientifici:
• APXS: (Alpha Proton X-ray Spectrometer) Rileva le particelle alfa ed i raggi X, i quali forniscono informazioni sulla composizione elementare della superficie della cometa.
• CIVA: Sei microcamere identiche prenderanno delle immagini della superficie del nucleo. Uno spettrometro studierà la composizione, la struttura e l’albedo (riflettività) di campioni raccolti dalla superficie.
• CONSERT: (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) Sonda la struttura interna del nucleo. Le onde radio provenienti dall’apparecchio CONSERT a bordo dell’orbiter, viaggiano attraverso il nucleo e vengono ritrasmesse tramite un transponder del lander.
• COSAC: (Cometary Sampling and Composistion experiment) E’ uno dei due evoluti analizzatori di gas. Esso rileva ed identifica le molecole organiche complesse, dalla loro composizione elementare e molecolare.
• MODULUS PTOLEMY: E’ un analizzatore di gas molto evoluto, che fornisce accurate misurazioni delle quantità isotopiche degli elementi leggeri.
• MUPUS: (Multi-Purpose Sensor for Surface and Subsurface Science) Usa i sensori dell’ancora del lander, e quello posto all’esterno del lander per misurare la densità e le proprietà termiche e meccaniche della superficie.
• ROLIS: (Rosetta Lander Imaging System) E’ una telecamera CCD per l’ottenimento di immagini ad alta risoluzione durante la discesa, e di immagini panoramiche stereo di aree campionate dagli altri strumenti.
• ROMAP: (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) E’ un magnetometro ed un monitor del plasma per lo studio del campo magnetico locale e delle interazioni cometa/vento solare.
• SD2: (Sample and Distribution Device) Perforerà la superficie del nucleo per circa 20 cm, raccoglierà campioni e li invierà alle diverse fornaci o ai microscopi per le opportune analisi.
• SESAME: (Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiment) Tre strumenti misureranno le proprietà degli strati più esterni della cometa. Il Cometary Acoustic Sounding Surface Experiment rileverà le modalità di trasmissione dei suoni attraverso la superficie. La Permittivity Probe indagherà sulle caratteristiche elettriche superficiali, mentre il Dust Impact Monitor determinerà la ricaduta delle polveri sulla superficie.
Il lancio
Rosetta è stata lanciata, con il numero di volo 158, il 2 Marzo 2004, da un razzo Ariane 5G, dalla base di Kourou, nella Guiana Francese. Dopo lo spegnimento e la separazione del primo stadio, la sonda con il suo upper stage è rimasta in orbita di parcheggio (4000 x 200 Km) per circa due ore. Quindi, si è riacceso l’upper stage dell’Ariane per “sparare” Rosetta nella sua traiettoria interplanetaria, prima di separarsi definitivamente dalla sonda.
Il payload pesa approssimativamente 3000 Kg (con i serbatoi pieni), inclusi 1670 Kg di propellenti, i 165 Kg di payloads scientifici per l’orbiter e i 100 Kg complessivi del lander.
Il viaggio
Nel suo viaggio, Rosetta raggiungerà una distanza dal Sole di 5.25 Unità Astronomiche (circa 790 milioni di Km), ed impiegherà 10 anni per raggiungere la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Come tutte le sonde interplanetarie inviate nello spazio dall’uomo, anche Rosetta dovrà affidarsi all’assistenza gravitazionale fornita dai vari pianeti (compresa la Terra) che incontrerà lungo il suo viaggio.
In sostanza, Rosetta “rimbalzerà” attorno al sistema solare come una palla da biliardo cosmica, orbitando attorno al Sole per quattro volte durante il suo viaggio di 10 anni verso la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Lungo questo viaggio indiretto, Rosetta entrerà nella Fascia degli Asteroidi per due volte, e guadagnerà velocità dai “calci” gravitazionali forniti dagli incontri ravvicinati con Marte (2007) e con la Terra (2005, 2007 e 2009).
Ecco le tappe principali di questo viaggio:
Lancio: 2 Marzo 2004
Primo fly-by della Terra: Novembre 2005
Fly-by di Marte: Febbraio 2007
Secondo fly-by della Terra: Novembre 2007
Terzo fly-by della Terra: Novembre 2009
Fase di ibernazione “Deep-space”: Dal Maggio 2011 a Gennaio 2014
Durante il tragitto, Rosetta sfiorerà uno o più asteroidi.
Approccio alla cometa: Gennaio-Maggio 2014
Mappatura e caratterizzazione della cometa: Agosto 2014
Atterraggio sulla cometa: Novembre 2014
Viaggio in accoppiata alla cometa attorno al Sole: Dal Novembre 2014 al Dicembre 2015
I fly-bys della Terra (2005, 2007 e 2009)
Inizialmente Rosetta si allontanerà dal suo pianeta natale, e poi, circa un anno dopo il lancio, rincontrerà la Terra per il primo dei suoi fly-bys. Rosetta rimarrà attiva durante il suo viaggio verso la Terra, e il suo passaggio avverrà ad una distanza che varierà dai 300 ai 14000 Km. Le operazioni di bordo riguarderanno principalmente la determinazione dei parametri orbitali ed i controlli dei payloads. Le manovre di correzione orbitale verranno effettuate prima e dopo ogni fly-by.
Dopo il suo primo ritorno verso la Terra, nel Marzo del 2005, Rosetta si dirigerà verso Marte, e quindi ritornerà altre due volte dalle nostre parti, nel Novembre del 2007 e nel Novembre del 2009 per il secondo e terzo fly-by.
Il fly-by di Marte (Febbraio 2007)
Rosetta sorvolerà Marte nel Febbraio del 2007, ad una distanza di 200 Km, effettuando anche dei rilievi scientifici. Il passaggio della sonda “dietro” al Pianeta Rosso, rispetto alla Terra, causerà un blackout delle comunicazioni di circa 37 minuti.
Il fly-by della Fascia degli Asteroidi
La sonda passerà nella Fascia degli Asteroidi in modalità passiva. Essa osserverà questi affascinanti oggetti spaziali da una distanza di qualche migliaio di Km. I dati scientifici verranno registrati a bordo ed inviati alla Terra dopo il fly-by.
La fase di ibernazione “Deep-Space” (Maggio 2011-Gennaio 2014)
Dopo un’ultima grande manovra compiuta a notevole distanza dalla Terra, la sonda entrerà in una fase di ibernazione. Durante questo periodo Rosetta registrerà la sua maggiore distanza dal Sole (circa 800 milioni di Km), e dalla Terra (circa 1000 milioni di Km).
L’arrivo
Finalmente, la sonda arriverà nei pressi della cometa nel mese di Maggio del 2014. Quindi i suoi propulsori la freneranno, in modo tale da poter incontrare l’orbita della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Nei sei mesi seguenti, essa si avvicinerà sempre di più al nero e dormiente nucleo cometario, fino ad una dozzina di Km di distanza. A questo punto, avranno inizio le fasi di mappatura globale, di rilascio del lander e di inseguimento della cometa verso il Sole.
Il rendezvous con la cometa
La fase più difficile della missione di Rosetta è senza dubbio il rendezvous finale con la veloce cometa. Dopo la manovra di frenata del Maggio 2014, la priorità sarà quella di affiancare ed avvicinare il nucleo cometario. Poiché queste operazioni verranno compiute prima che le videocamere della sonda abbiano iniziato a riprendere la cometa, a tal fine saranno essenziali i dati raccolti da terra circa i parametri orbitali della 67P/Churyumov-Gerasimenko.
L’approccio (Gennaio-Maggio 2014)
Rosetta verrà riattivata prima della manovra di rendezvous, durante la quale i suoi propulsori verranno accesi per diverse ore per rallentare la velocità relativa dei due oggetti volanti a circa 25 metri al secondo.
Mentre Rosetta si avvicinerà al cuore della cometa, il mission team tenterà di evitare che il materiale espulso dal nucleo possa danneggiare gli apparati della sonda, cercando nello stesso tempo di avere delle buone condizioni di illuminazione del medesimo. Le prime riprese della cometa, effettuate dalle videocamere di Rosetta, miglioreranno notevolmente i calcoli della posizione e dell’orbita della cometa, oltre che a fornire dati sulle sue reali dimensioni, sulla sua forma e sulla sua rotazione.
Le velocità relative della sonda e della cometa, verranno gradualmente ridotte, raggiungendo i 2 metri al secondo dopo circa 90 giorni.
Mappatura e caratterizzazione della cometa (Agosto 2014)
A meno di 200 Km dal nucleo, le immagini inviate da Rosetta ne mostreranno l’orientamento dell’asse di rotazione, la velocità angolare, e le principali caratteristiche morfologiche della superficie.
Infine, la sonda verrà inserita in orbita attorno al nucleo, ad una distanza di circa 25 Km, e la loro velocità relativa sarà di pochi centimetri al secondo.
A questo punto l’orbiter inizierà la mappatura dettagliata del nucleo, e selezionerà cinque potenziali siti di atterraggio del lander, che verranno esaminati più attentamente.
L’atterraggio sulla cometa (Novembre 2014)
Una volta scelto un adatto sito di atterraggio, il lander verrà rilasciato da un’altitudine di circa 1 Km, e l’atterraggio avverrà ad una velocità di circa 1m/s. Una volta ancoratosi al nucleo, il lander fornirà delle immagini ad alta risoluzione e delle altre informazioni sulla natura del ghiaccio cometario e sulla sua crosta organica. Tali dati raccolti verranno inviati all’orbiter, che li stiverà per ritrasmetterli alla Terra durante il successivo periodo di contatto con le stazioni di ricezione.
Di nuovo attorno al Sole (Dicembre 2015)
La sonda continuerà ad orbitare attorno alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, osservando quello che accade al suo nucleo ghiacciato mentre entrambi si avvicinano al Sole, quindi si staccherà da essa. La missione terminerà nel Dicembre 2015, e Rosetta passerà ancora una volta nei pressi dell’orbita terrestre, più di 4000 giorni dopo l’inizio della sua avventura.
La cometa
La cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko ha un nucleo di circa 4 Km di diametro, ed un periodo orbitale, attorno al Sole, di 6.6 anni, con una distanza dall’astro che varia dai 186 agli 857 milioni di Km, l’eccentricità della sua orbita è 0.6, mentre la sua inclinazione è di 7.1 gradi. Durante questo periodo essa svaria fra le orbite di Giove e della Terra.
Si conosce molto poco di questa cometa, a dispetto delle sue regolari visite nel sistema solare interno, più che altro per colpa del fatto che la sua debole immagine è dispersa in un mare di stelle di sfondo, rendendone difficile la sua osservazione dalla Terra.
Durante i suoi passaggi nel sistema solare interno, il calore del Sole riscalda il nucleo della cometa causando l’evaporazione del materiale superficiale.
L’aumento dell’estensione della chioma cometaria, purtroppo, se da un lato aumenta la sua luminosità, dall’altro ne nasconde il nucleo.
Rosetta dovrà effettuare il rendezvous con la 67P/Churyumov-Gerasimenko mentre essa indugia nelle regioni fredde del sistema solare e non presenta attività superficiale.
Dopo aver rilasciato il lander sul nucleo dormiente, l’orbiter seguirà la cometa nel suo viaggio nel sistema solare interno, a velocità di oltre 100000 Km/h, e mentre i ghiacci superficiali evaporano, gli strumenti a bordo dell’orbiter studieranno le polveri ed i gas che avvolgeranno la cometa e ne formeranno la coda, e le loro interazioni con il vento solare.
La cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko venne scoperta nel 1969 da K. Churyumov (Università di Kiev, Ukraina) e da S. Gerasimenko (Istituto di Astrofisica Dushanbe, Tajikistan).
Vita e sopravvivenza nello spazio profondo
L’odissea spaziale di Rosetta sarà caratterizzata da lunghi periodi di inattività, interrotti da relativamente brevi momenti di intenso lavoro, durante gli incontri con Marte, la Terra e gli asteroidi.
Assicurare la sopravvivenza della sonda durante il pericoloso viaggio nello spazio profondo per oltre 10 anni, è una sfida fondamentale per la riuscita della missione.
Ibernazione della sonda
Per la maggior parte del viaggio, la sonda verrà posta in “ibernazione” per limitare il consumo di energia e propellente, e per minimizzare i costi operativi. In queste fasi del tragitto, Rosetta ruoterà una volta al minuto mentre sarà rivolta verso il Sole per permettere ai suoi pannelli fotovoltaici di ricevere la luce solare, inoltre la maggior parte dei suoi sistemi elettrici sarà spenta, ad eccezione del sistema radio, dei decoder per i comandi e del sistema di generazione dell’energia.
Autonomia di bordo
Le istruzioni dalla Terra impiegheranno 50 minuti per raggiungere la sonda, pertanto Rosetta dovrà avere l’”intelligenza” per badare a sé stessa. Questa problematica verrà risolta dai computers di bordo, i quali compiti includono anche la gestione dei dati e il controllo orbitale ed attitudinale.
Nell’insorgenza di problemi vari durante la lunga crociera, interverranno i vari sistemi di back-up inseriti appositamente.
Il caldo ed il freddo
Per i progettisti di Rosetta, quello del controllo della temperatura è stato un grosso problema. Nelle vicinanze del Sole, il surriscaldamento viene evitato tramite l’utilizzo di radiatori per la dissipazione del surplus termico, nello spazio. Nel sistema solare esterno, l’hardware e le strumentazioni scientifiche vengono tenute al caldo (specialmente durante la fase di ibernazione) per assicurare la loro sopravvivenza. Questo risultato è stato raggiunto usando dei riscaldatori posizionati in punti strategici (p.es. serbatoi dei propellenti, tubazioni e propulsori), creando delle feritoie di “ventilazione”, ed avvolgendo la sonda in apposite coperture isolanti multistrato per limitare le perdite di calore.
L’energia solare
Quella di Rosetta sarà la prima missione spaziale che oltrepasserà la Fascia degli Asteroidi attingendo energia esclusivamente dalle proprie celle solari anziché dai tradizionali generatori a radio-isotopi.
La nuova tecnologia usata per le celle degli enormi pannelli solari della sonda, permetterà ad essa di lavorare ad oltre 800 milioni di Km dal Sole, dove i livelli di illuminazione sono solamente il 4% di quelli rilevati sulla Terra.
Centinaia di migliaia di celle al silicio appositamente studiate ed antiriflettenti, genereranno fino a 8700 Watts nel sistema solare interno, e circa 400 Watts durante l’incontro con la cometa, nello spazio profondo.
Il team di Rosetta
Il team industriale che ha sviluppato la sonda interplanetaria Rosetta, ha impiegato ed impiega oltre 50 contraenti di 14 paesi europei e degli Stati Uniti. Il principale appaltatore della sonda è l’Astrium Germany, mentre i principali subappaltatori sono l’Astrium UK (piattaforma della sonda), l’Astrium France (avionica), e la nostra Alenia Spazio (assemblaggio, integrazione e verifiche).
Il lander di Rosetta, del peso di 100 Kg, è stato sviluppato da un consorzio europeo guidato dal German Aerospace Research Institute (DLR).
Il costo complessivo del progetto Rosetta si aggira attorno ai 1000 milioni di Euro (inclusi gli strumenti scientifici sovvenzionati dalle agenzie nazionali).
Il “ground segment” di Rosetta
Un “ground segment” è tutto quell’insieme di sistemi ed apparati predisposti sulla Terra per gestire e controllare una missione spaziale, e per ricevere e processare il flusso di dati ricevuto dagli strumenti del veicolo spaziale, e se necessario, per rilasciare ed archiviare tutto il materiale generato.
Il ground segment di Rosetta è stato progettato per soddisfare entrambe queste aspettative scientifiche, oltre che per affrontare le notevoli difficoltà insite in una missione nello spazio profondo, come i lunghi tempi di attesa dei segnali comando-risposta (oltre 100 minuti), basse velocità di trasmissioni dei dati (8 bps), disponibilità minime di energia (con due anni di ibernazione), ed utilizzo dell’assistenza gravitazionale per diverse volte. Inoltre l’ESOC dovrà affrontare il problema di seguire la lunga missione mantenendo il proprio personale concentrato ed aggiornato, minimizzando i costi.
Dopo il lancio avvenuto il 2 Marzo 2004 con un Ariane 5 dalla Guiana Francese, la missione di Rosetta è passata sotto il controllo di un singolo centro, il Rosetta Mission Operations Centre (RMOC), presso l’ESOC di Darmstadt, Germania, con l’assistenza della Deep Space Ground Station dell’ESA, presso New Norcia, in Australia.
Quella di New Norcia è la prima ground station per le missioni nello spazio profondo dell’ESA, ed è situata vicino a Perth, nell’Ovest dell’Australia. La sua antenna da 35 metri verrà usata per mantenere le comunicazioni con la sonda fino a 900 milioni di Km di distanza dalla Terra.
Per tutte le fasi della missione, il RMOC è l’interfaccia principale con la sonda tramite anche le altre ground stations. Esso è responsabile del monitoraggio e del controllo completo durante le fasi più critiche della missione (lancio, fly-bys dei pianeti. eccetera), inoltre il RMOC verrà supportato per il tracking, la telemetria ed il comando dalla struttura dell’ESA situata a Kourou, e dalle stazioni del Deep Space Network (DSN) della NASA, di Madrid, in Spagna, e di Goldstone negli USA.
La durata di una missione è definita dal periodo che intercorre dal lancio, alla “fine della missione”, ovvero quando termina il contatto fra le stazioni di terra e la sonda con i suoi payloads. Per la durata della missione di Rosetta, l’ESOC fornirà servizi e strutture alla comunità scientifica per la pianificazione e la gestione della raccolta dei dati scientifici. Questo include anche la creazione e la distribuzione di sets di dati grezzi ai Principal Investigators e al Rosetta Lander Ground Segment.
Il Rosetta Science Operations Center (RSOC) supporterà la pianificazione scientifica della missione e la pianificazione dei comandi e degli esperimenti da sottomettere al RMOC.
Il RSOC pre-processerà i dati scientifici e li archivierà, mettendoli a disposizione della comunità scientifica.
Il Rosetta Lander Ground Segment (RLGS) supporterà le operazioni del lander, in particolare prima e dopo il completamento della fase di atterraggio in coordinazione con il German Aerospace Research Centre (DLR) di Colonia, in Germania, e il Scientific Control Centre dell’Agenzia Spaziale Francese (CNES), di Tolosa.
I centri operativi e di controllo
Mission Operations Centre: Presso l’European Space Operations Centre (ESOC) di Darmstadt, Germania.
Prime Ground Station: New Norcia, nei pressi di Perth, Australia.
Science Operations Centre: Collocato presso l’ESOC di Darmstadt, in Germania, e l’ESTEC di Noordwijk, Olanda.
Lander Control Centre: Presso le strutture della DLR si Colonia, Germania.
Lander Science Centre: Presso le strutture del CNES di Tolosa, Francia
Durata prevista delle operazioni: 12 anni.
Le comunicazioni a lunga distanza
Durante la prolungata spedizione interplanetaria di Rosetta, la sicurezza nelle comunicazioni fra la sonda e le stazioni di terra sarà un punto essenziale per la buona riuscita dell’impresa.
Tutti i dati scientifici raccolti dagli strumenti di bordo verranno inviati alla Terra tramite un collegamento radio. I centri operativi, a turno, controlleranno remotamente la sonda e la sua strumentazione scientifica, tramite lo stesso collegamento radio.
Come detto, per tutta la durata prevista della missione (12 anni), il centro di controllo delle operazioni di Rosetta sarà l’European Space Operations Centre (ESOC) di Darmstadt, in Germania, i cui compiti, in particolare, riguarderanno:
• la pianificazione della missione, il monitoraggio ed il controllo della sonda e del suo payload;
• la determinazione ed il controllo della traiettoria della sonda;
• la distribuzione dei dati scientifici ricevuti dalla sonda alla comunità scientifica di Rosetta ed ai Principal Investigators.
Un Science Operations Centre verrà inoltre istituito presso l’ESOC, durante le fasi attive della missione. I suoi compiti saranno quelli di coordinare le richieste per le operazioni scientifiche ricevute dai teams scientifici di supporto sia agli strumenti dell’orbiter che a quelli del lander.
Le comunicazioni nello spazio profondo
Le comunicazioni radio fra Rosetta e i centri di controllo saranno possibili grazie ad una nuova deep-space antenna costruita dall’ESA a New Norcia, nei pressi di Perth, nell’Ovest dell’Australia. Questa antenna parabolica da 35 metri di diametro concentra l’energia dei segnali radio in un fascio ristretto, permettendo ad esso di raggiungere distanze di oltre 1000 milioni di Km dalla Terra.
I segnali vengono trasmessi e ricevuti in su due bande frequenze radio: la banda S (2 GHz) e la banda X 8 (GHz). I segnali radio, viaggiando alla velocità della luce, impiegheranno fino a 50 minuti per coprire la distanza fra la sonda e la Terra.
L’ESA sta costruendo un’altra antenna parabolica da 35 metri, presso Cerebros in Spagna. Essa dovrebbe essere operativa entro il 2005, fornendo ulteriore copertura a Rosetta.
Una memoria massiccia
Nel corso della missione, la velocità alla quale i dati verranno inviati alla Terra varierà da 10 a 22000 bits per secondo. Ad ogni modo, la rotazione della Terra impedirà le comunicazioni in tempo reale senza interruzioni.
Rosetta sarà visibile all’antenna di New Norcia per circa 12 ore in media al giorno, inoltre, ci saranno diversi periodi di blackout delle comunicazioni, quando la sonda passerà dietro al Sole.
Per superare queste interruzioni delle comunicazioni, la memoria a stato solido di Rosetta, di 25 Gbits di capacità sarà in grado di stivare tutti i dati scientifici per la loro trasmissione a Terra al contatto successivo.
Anche Hubble ha aiutato Rosetta
Nel corso del 2003 il Telescopio Spaziale Hubble delle agenzie spaziali americana ed europea, ha giocato un ruolo fondamentale per la preparazione di questa ambiziosa missione dell’ESA verso la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Hubble è stato usato per eseguire delle misurazioni precise delle dimensioni, della forma e del periodo rotazionale della cometa. Queste informazioni sono essenziali per la fase di rendezvous e di rilascio del lander da parte di Rosetta. Queste due operazioni non sono mai state tentate prima, ed i dati scientifici così raccolti potrebbero aiutare a comprendere le origini del sistema solare.
Le osservazioni svolte da Hubble nel 2003 hanno rivelato che la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko ha un’estensione di 5 x 3 Km, ed assomiglia ad un’enorme palla da rugby. Gli scienziati dell’ESA erano preoccupati riguardo le esatte dimensioni del nucleo solido, dimensioni che influenzano direttamente la forza gravitazionale della cometa medesima, e quindi anche i parametri di approccio di Rosetta.
“Benché la 67P/C-G sia circa 3 volte più grande dell’obiettivo iniziale di Rosetta, la sua forma molto allungata dovrebbe agevolare l’atterraggio sul suo nucleo, pertanto le caratteristiche del lander sono state adattate a questo nuovo scenario.” Ha dichiarato il Dr Philippe Lamy, del Laboratoire d’Astronomie Spatiale francese.
Gli scienziati avevano iniziato a cercare un bersaglio alternativo, quando venne rinviato il lancio di Rosetta per i noti problemi al suo vettore. Questo rinvio ha significato che il bersaglio iniziale del progetto, la cometa 46P/Wirtanen, non era più raggiungibile. Inoltre, gli scienziati europei non avevano abbastanza informazioni sulla cometa di back-up, la Churyumov-Gerasimenko, pertanto hanno chiesto aiuto ai grossi telescopi.
Tramite una tecnica sviluppata nel corso della passata decade da Philippe Lamy, da Imre Toth (Osservatorio di Konkoly, Ungheria), e da Harold Weaver (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, USA), il team ha usato Hubble per realizzare 61 immagini della cometa in un periodo di 21 ore di riprese, fra l’11 ed il 12 Marzo 2003.
La Wide Field Planetary Camera 2 di Hubble, ha isolato il nucleo della cometa dalla sua chioma (i gas che si sprigionano dal suo nucleo), fornendo velocemente le immagini desiderate. Il telescopio ha mostrato un nucleo elissoidale con un periodo di rotazione di 12 ore.
Perché “Rosetta”?
Questa missione europea di esplorazione cometaria mai tentata prima, prende il nome dalla famosa “Stele di Rosetta”. Questa lastra di basalto vulcanico, attualmente custodita dal British Museum di Londra, è stata la chiave per la rivelazione della civiltà che ha abitato l’antico Egitto.
Dei soldati francesi scoprirono questa lastra unica nel 1799, mentre stavano demolendo un muro nei pressi del villaggio di Rashid (Rosetta) situato nel delta del Nilo. Le iscrizioni intagliate sulla Stele includevano i geroglifici (il linguaggio scritto dell’antico Egitto), ed il greco, che venne subito compreso. Dopo la resa francese del 1801, la Stele, del peso di 762 Kg venne portata nel Regno Unito.
Comparando le iscrizioni della Stele, gli storici sono riusciti a decifrare le figure incise. La maggior parte del lavoro pionieristico venne completata dal medico e fisico inglese Thomas Young, e dallo studioso francese Jean François Champollion. I risultati delle scoperte dei due scienziati hanno permesso agli studiosi di tutto il mondo di comprendere i misteri di una cultura considerata oramai perduta.
Gli scienziati dell’ESA sperano che come la Stele di Rosetta ha fornito la chiave per comprendere la civiltà dell’antico Egitto, anche la sonda Rosetta possa svelare i misteri dei più antichi mattoni da costruzione del nostro sistema solare. Le comete. Come degno successore di Champollion e Young, il progetto Rosetta permetterà agli scienziati di studiare materiale di 4600 milioni di anni fa, appartenente ad un epoca nella quale non esistevano ancora i pianeti, ed il sistema solare era popolato da sciami di asteroidi e comete.
Tutte le immagini sono state prese da www.esa.int e sono © dell’ESA.
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