GIOVE B pronto a iniziare il lungo viaggio verso Baikonour
I test su GIOVE B presso ESTEC
Giove B, il secondo satellite per la convalida in orbita di Galileo – il sistema di navigazione satellitare che la Commissione Europea sta sviluppando in collaborazione con l’ESA - è ora pronto per essere trasferito a Baikonour, in Kazhakstan, da dove sarà lanciato a fine aprile.
È un buon segno per il programma nel suo complesso, no?
Il lancio e la messa in opera di Giove B terminano la fase di convalida in orbita e apre una nuova fase, che prevede il lancio di un terzo satellite, Giove-A2, e che si concluderà – stando alle previsioni attuali - nel 2010 con il lancio di 4 satelliti che consentiranno di mettere alla prova l’intero sistema di navigazione.
Se i tempi saranno rispettati, si prevede che nel 2013 l’Europa entrerà in possesso di un sistema autonomo e indipendente per la navigazione da satellite, Galileo appunto, che potrà contare su 30 satelliti in tre orbite diverse, e di una serie di stazioni di terra associate.
Nel frattempo, ESA e EC stanno mettendo a punto un accordo di collaborazione, secondo il quale, la Commissione Europea sarà responsabile della gestione generale del GNSS, cioè del Sistema Satellitare Europeo per la Navigazione Globale. L’ESA, da parte sua, sarà responsabile in qualità di capocommessa e di agente del progetto Galileo.
Lo sviluppo di Galileo e le operazioni legate al progetto preliminare EGNOS, saranno completamente finanziate dalla Commissione Europea. Nel periodo 2007-2013 è stato previsto un finanziamento di ben 3,4 miliardi di euro. E nel frattempo Europa ed USA hanno trovato un accordo per adottare uno standard comune (il MBOC) per la trasmissione del segnale di navigazione dei loro rispettivi sistemi.
EGNOS migliorerà i servizi di trasporto e il rintracciamento dei veicoli
Parliamo di questo satellite, che è stato assemblato in Italia, con Thales Alenia Spazio a fare da capordata. Quali sono le caratteristiche che lo rendono particolare?
Giove B trasporta un carico tecnologicamente fondamentale per lo sviluppo dell’intero progetto. Per esempio, è la prima navicella a portare nello spazio un orologio atomico a maser passivo di alta precisione. A bordo, naturalmente, ci sono anche tutti gli strumenti per la trasmissione a triplo canale dei segnali per la navigazione satellitare.
Il satellite è provvisto infine di strumenti scientifici per lo studio delle caratteristiche fisiche dell’ambiente nel quale si troverà ad operare. Non dimentichiamo che la quota prevista per questi satelliti è di circa 23220 km.
Tecnicamente si tratta di un’orbita definita di quota media, ma di fatto è l’orbita più alta a cui un satellite dell’ESA si trovi a lavorare, se si escludono naturalmente i satelliti geostazionari, come per esempio i Meteosat o i nuovi satelliti per telecomunicazioni che saranno lanciati nel corso dell’anno, come per esempio AlphaSat o Small GeoSat, e i quattro satelliti Cluster per lo studio del Sole.
A una quota di 23330 km, l’atmosfera è ovviamente nulla, ma l’ambiente è molto ionizzante a causa dei raggi solari di alta energia, delle particelle di vento solare e dei raggi cosmici. Non solo Giove B raccoglierà informazioni sull’ambiente spaziale, ma anche sull’effetto che le particelle ionizzanti hanno sulla struttura della navicella stessa. Si tratta di studi fondamentali per il funzionamento del sistema, ma di un notevole interesse anche dal punto di vista scientifico. Un sottoprodotto che non guasta mai.
Orologio a maser passivo a idrogeno
Spendiamo qualche parola sull’orologio atomico di alta precisione. Ci sono rischi a mandare un dispositivo del genere nello spazio?
In nessun modo. Un orologio atomico non ha niente a che fare con un dispositivo nucleare o con una sorgente radioattiva. Si tratta invece di un dispositivo che misura il tempo sfruttando le proprietà naturali degli atomi.
Non è certo una novità: la definizione del secondo si basa proprio sulle proprietà atomiche di un atomo, il cesio: un secondo è “la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini, da (F=4, MF=0) a (F=3, MF=0), dello stato fondamentale dell’atomo di cesio 133”.
Per esempio, nell’orologio di Giove B, un maser passivo a idrogeno sfrutta il fatto che l’atomo di idrogeno può essere stimolato a emettere una frequenza ben definita nell’intervallo delle microonde. Quando questa frequenza viene “riconosciuta” da un opportuno circuito, nuovi atomi di idrogeno sono stimolati ad emetterla.
In questo modo si genera un controllo per amplificare l’emissione stessa. In altri termini: ci costruiamo, attraverso questo meccanismo, un “pendolo” atomico con oscillazioni molto regolari, che può essere utilizzata come base di un conteggio del tempo molto preciso, con un errore di circa 10 miliardesimi di secondo in 24 ore, che corrisponde a un errore dell’ordine del secondo dopo circa 3 milioni di anni.
A bordo di Giove B ci saranno tre orologi atomici: un orologio a maser passivo a idrogeno e due orologi atomici al rubidio, di cui uno operativo e l’altro di riserva. I satelliti del sistema Galileo nel suo schieramento definitivo utilizzeranno invece due orologi a maser passivo a idrogeno, uno che segna l’ora e l’altro di riserva, più due a rubidio anch’essi uno acceso e l’altro spento. L’orologoi atomico al rubidio avrà il compito di controllare l’ora esatta fornita dall’orologio a maser passivo a idrogeno e a intervenire in caso di malfunzionamento.
Simulazione per il confronto della precisione nel rilevamento di posizione da GPS, EGNOS e Galileo
Ma perché è così importante fornire una misura del tempo esatta al miliardesimo di secondo?
È colpa di Einstein, naturalmente. Anche se non appare ovvio, Einstein è una specie di padre putativo del progetto Galileo. Da una parte il suo principio di equivalenza ci assicura che gli orologi atomici hanno lo stesso funzionamento sulla Terra e nello spazio, mentre l’invarianza della velocità della luce ci permette di usare satelliti come quelli descritti, che si muovono alla velocità di circa 3,7 km/s ovvero circa 13 mila km/h.
Quando un satellite identifica un navigatore satellitare, lo fa perché riceve un segnale elettromagnetico, cioè luminoso (non visibile). Il segnale elettromagnetico viaggia alla velocità della luce, identica in ogni sistema di riferimento. È questo che permette di capire la distanza del navigatore dal satellite: il satellite è in grado di misurare il tempo che la luce impiega per percorrere la distanza che lo separa dal navigatore.
Sapendo la velocità della luce l’informazione sul tempo (ottenuta con gli orologi) si trasforma in misura di distanza. E più è precisa la prima, più lo è anche la seconda. Considera che la luce percorre 300 milioni di metri in un secondo e dunque circa 30 centimetri in un miliardesimo di secondo. Ecco perché è indispensabile una precisione migliore di un nanosecondo: in caso contrario la declamata maggior precisione di Galileo rispetto al GPS non avrebbe nessun seguito!
Concludo ricordando che anche questo satellite è, almeno parzialmente, un nuovo successo italiano. Il satellite è stato costruito da una cordata industriale guidata da Astrium GmbH (Germania), mentre la Thales Alenia Spazio è stata subcontractor per l’assemblaggio del satellite, per l’integrazione e per i test. Per le operazioni in orbita invece, potremo contare sull’italiana Telespazio.
Credits: ESA
