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Venus Expresss: si avvicina la fine della missione

Ormai la sonda dell'ESA Venus Express è a corto di carburante ed ogni giorno potrebbe essere l'ultimo della sua lunga missione iniziata il 9 novembre del 2005, con il lancio a bordo del Soyuz–Fregat dal cosmodromo russo di Baikonur in Kazakistan.

Ormai la sonda dell'ESA Venus Express è a corto di carburante ed ogni giorno potrebbe essere l'ultimo della sua lunga missione iniziata il 9 novembre del 2005, con il lancio a bordo del Soyuz–Fregat dal cosmodromo russo di Baikonur in Kazakistan.

Arrivò intorno a Venere l'11 aprile 2006 e da allora, la sua orbita ellittica ha permesso un'osservazione globale del pianeta, con il punto più lontano a 66.000 chilometri sopra il polo sud, fino ad una vista ravvicinata da un'altitudine di circa 250 chilometri sopra la superficie al polo nord.
Con una suite di sette strumenti, la sonda ha fornito dati senza precedenti sulla ionosfera, l'atmosfera e la superficie di Venere.

Dopo otto anni in orbita, ha completato le osservazioni scientifiche di routine nel mese di maggio ma la missione è proseguita impegnando il team in un aerobreaking sperimentale per ottenere preziosi dati supplementari sul campo magnetico del pianeta, sul vento solare, la temperatura, la pressione e verificare la capacità della sonda di resistere a grandi sollecitazioni e stress termici. Soprattutto questi ultimi, dato che l'attrito atmosferico genera un rapido riscaldamento al suo esterno. Tuttavia, Venus Express, che era stato progettata per sopravvivere ad un modesto aerobraking nel caso in cui l'inserimento in orbita iniziale non avesse funzionato come previsto, ha pienamente soddisfatto le aspettative. Ma questa è stata la prima volta in cui un veicolo spaziale dell'ESA si è deliberatamente immerso in profondità in una atmosfera planetaria per poi salire a continuare le operazioni.

Questa manovra, già utilizzata per altri veicoli spaziali, per esempio dai moduli di comando delle missioni Apollo di ritorno dalla Luna o dalle sonde che devono inserirsi nell'orbita di Marte, sfrutta l'attrito dell'atmosfera del pianeta per rallentare il veicolo spaziale e regolarne l'orbita, risparmiando carburante.
In pratica, diminuendo la velocità al pericentro (ossia nel punto in cui l'orbita è più vicina al pianeta), si abbassa la quota all'apocentro (punto più lontano) e, se l'aerobraking prosegue per un certo periodo, la sonda raggiunge un'orbita circolare (Venus Express, invece, ha un'orbita altamente ellittica).

La campagna è durata dal 17 maggio al 12 luglio quando, una serie di burn, hanno ricollocato Venus Express in una nuova orbita ellittica di 460 x 63.000 km.

L'aerobraking è stato eseguito vicino al punto più basso dell'orbita, ruotando l'estremità inferiore del veicolo spaziale nella direzione di marcia e i pannelli solari in modo da creare più resistenza atmosferica.
Durante questa fase, l'orbiter ha raggiunto la quota minima circa 131 km sopra la superficie del pianeta ma il punto più basso effettivo è stato di 129,2 km, ottenuto l'11 luglio con una serie di brevi accensioni dei propulsori.

Dagli ultimi risultati pubblicati sul sito web dell'ESA, Venus Express ha soddisfatto le attese ma non può dirsi la stessa cosa per l'atmosfera del pianeta che si è dimostrata molto diversa rispetto alle previsioni.

Anche se ad ogni tuffo la velocità dell'orbiter è diminuita di 1 m/s, l'effetto combinato della resistenza atmosferica su base giornaliera, è stato così importante che il periodo orbitale si è ridotto da 24 ore a 22 ore e 20 minuti.

La pressione dinamica massima raggiunta è stata superiore a 0,75 Newton per metro quadrato, probabilmente un record per un veicolo spaziale che continua ad operare in orbita. 

"Sotto i 155 km, gli accelerometri di bordo hanno preso misurazioni dirette della velocità di decelerazione, che era direttamente proporzionale alla densità atmosferica locale", ha detto Håkan Svedhem, Project Scientist dell'ESA per Venus Express.
"Questo ha fornito un modo eccellente per studiare il profilo della densità complessiva e le variazioni su piccola scala durante ogni tuffo nell'atmosfera".

"Durante la campagna, la densità atmosferica è stata campionata 55 volte e sono stati raccolti più di 30 profili atmosferici. Con nostra sorpresa, l'atmosfera sembrava essere più variabile di quanto si pensasse per questa quota, sia giorno per giorno che durante ogni singolo passaggio al pericentro".

I dati indicano che Venus Express ha sperimentato cicli di riscaldamento estremo, con le temperature sui pannelli solari che hanno raggiunto i 50°C, circa 100°C in più rispetto all'operatività standard.
L'atmosfera è diventato anche circa 1.000 volte più densa tra altitudini di 165 km e 130 km, sottoponendo la sonda a forze molto superiori rispetto a quelle che agiscono durante le normali operazioni.

"Ci aspettavamo un profilo di densità liscio", ha affermato Håkan Svedhem, "ma abbiamo visto grandi differenze, a volte con un aumento ripido, cima piatta e forte calo, a volte con diversi picchi o andamento triangolare".

"Una possibile spiegazione è che abbiamo rilevato onde atmosferiche. Queste caratteristiche possono crearsi quando i venti ad alta velocità viaggiano su catene montuose. Le onde poi si propagano verso l'alto ma, tuttavia, non sono mai state rilevate a tali quote".

"Ogni passaggio ha avuto luogo con latitudini e longitudini simili e ora stiamo studiando la posizione relativa della navicella al pericentro in relazione alle caratteristiche del terreno, per vedere se c'è una correlazione".

Tale dipendenza, tra nubi increspate come la superficie del mare e la topografia sottostante, era stata da poco confermata con due studi paralleli basati sui dati di Venus Express ma la prima prova di onde atmosferiche generate dall'aria che scorre tra montagne e rilievi di superficie, risale addirittura al 1985, quando i due palloni sonda sovietici della missione Vega sorvolarono il pianeta ad un altitudine di 54 km, sperimentato un percorso accidentato sopra le alture meridionali dell'Aphrodite Terra.
Parliamo tuttavia, di profili atmosferici ottenuti tra altitudini di 40-90 chilometri, ben al di sotto delle quote raggiunte dall'aerobreaking sperimentale di Venus Express.

In questo caso, invece, i cambiamenti più marcati sono stati rilevati quando l'orbiter passava il terminatore (ossia, la linea di separazione fra l’emisfero illuminato e quello buio), a circa 75 gradi di latitudine Nord, che coincideva anche con il punto più basso dell'orbita.

"La densità atmosferica è cambiata molto rapidamente quando il veicolo spaziale si è spostato dalla luce alle tenebre", ha detto Håkan Svedhem. "Era di circa quattro volte superiore sul lato diurno rispetto al lato notturno".

Due strumenti scientifici dell'orbiter, il magnetometro e l'Analyser of Space Plasma and Energetic Atoms (ASPERA), hanno lavorato durante la campagna e i loro dati sui campi magnetici e le particelle energetiche saranno analizzati nei prossimi mesi.

Ora, essendo sopravvissuto alle immersioni in atmosfera, Venus Express sta continuando un programma di osservazioni scientifiche di routine ma vive sul filo del rasoio ogni giorno.

Don Merritt, responsabile delle osservazioni scientifiche, in un thread sul forum unmannedspaceflight.com, ha dichiarato:
"Dal punto di vista scientifico, stiamo usando il nostro tempo residuo su due questioni principali, entrambe legate al vulcanismo: ricerca di attività vulcanica in superficie con il canale in infrarosso della nostra macchina fotografica a bassa risoluzione; analisi dei livelli di biossido di zolfo nell'atmosfera. I livelli di anidride solforosa nell'atmosfera hanno visto profondi cambiamenti tra le missioni precedenti e Venus Express ed sono in calo per tutta la durata della nostra missione. Questo può essere un'indicazione di come il biossido di zolfo viene rifornito dall'attività vulcanica".

"Da luglio il pericentro dell'orbita sta diminuendo naturalmente di nuovo e per la fine di novembre cercheremo di risollevarlo ancora una volta", ha aggiunto Håkan Svedhem.
"Purtroppo, non sappiamo quanto carburante rimane ancora nei serbatoi ma abbiamo intenzione di continuare il processo up-down il più a lungo possibile, fino a quando il propellente si esaurisce".
"Tuttavia, dobbiamo ancora decidere se continuare semplicemente fino a quando non perdiamo il controllo, permettendo così alla sonda di entrare nell'atmosfera e bruciare in modo naturale, o se cercare una discesa controllata fino alla rottura del veicolo".

In entrambi i casi, Venus Express ha condotto una missione rivoluzionaria regalandoci così tante informazioni sul nostro vicino di casa, più di quante ogni precedente missione sia riuscita a fare.

A questo link potete scaricare un post dettagliato delle operazioni previste per il 2015, se la sonda sopravviverà ancora.

Riferimenti:
http://sci.esa.int/venus-express/54915-venturing-into-the-upper-atmosphere-of-venus/
http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2014/11241230-close-to-the-end-for-venus-express.html

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
In cerca di una nuova occupazione, negli ultimi anni mi sono occupata di digital advertising, web e video analytics.
Dedico il tempo libero alla mia dolcissima bimba Sofia Vega, a questo sito (creato nel 2012 in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte) ed al processing delle immagini raw scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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