Il giapponese Epsilon piazza in orbita nove satelliti

 Precedentemente ritardato a causa del meteo avverso e di una problema tecnico, il lancio dal Centro Spaziale di Uchinoura è avvenuto alle 9:55 locali, (le 01:48 italiane) del 9 novembre 2021. Il RAISE-2 della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) è stato il carico utile principale a bordo del razzo Epsilon per questo lancio. Nel suo viaggio nello spazio è stato accompagnato da otto piccoli satelliti – quattro micro-satelliti e quattro CubeSat. Ora in orbita, i nove satelliti effettueranno una serie di missioni dimostrative scientifiche e tecnologiche. Il lancio, designato Epsilon 5, ha preso di mira un'orbita eliosincrona quasi polare, con un'inclinazione di 97,6 gradi rispetto all'equatore. L'orbita operativa finale per il satellite RAISE-2 dovrebbe essere a un'altitudine di circa 560 chilometri, anche se le orbite di dispiegamento iniziali per i carichi utili di Epsilon dovrebbero essere di qualche chilometro più alte di questa.

 Il satellite n. 2, o RAISE-2, di dimostrazione rapida del payload innovativo, è il secondo di una serie di piccole missioni satellitari che JAXA sta sponsorizzando per ricercare e sviluppare sistemi e tecnologie per missioni future. Segue il satellite RAPIS-1, lanciato a bordo di Epsilon all'inizio del 2019, con ulteriori satelliti RAISE previsti per il volo nei prossimi anni. Con un peso di 110 chilogrammi, RAISE-2 ha una forma cubica che misura un metro lungo due assi e 0,75 metri lungo il terzo. Le celle solari montate sulla superficie forniscono energia elettrica al veicolo spaziale, generando circa 215 watt all'inizio della sua missione. Il satellite è stato costruito dalla Mitsubishi Electric Corporation ed è stato progettato per funzionare per circa un anno. RAISE-2 porta sei esperimenti che sono stati selezionati da proposte di organizzazioni educative e commerciali.

 SPR si basa sulla scheda per computer SPRSENSE standard di Sony, una scheda compatta a bassa potenza progettata per i dispositivi Internet of Things (IoT). Durante la missione RAISE-2, saranno valutate le sue prestazioni nell'ambiente dello spazio. In futuro, ciò potrebbe portare all'utilizzo della scheda per il posizionamento e il controllo automatizzati dei satelliti.

 I-FOG, la dimostrazione in orbita del giroscopio in fibra ottica a circuito chiuso, è stata proposta dalla Tamagawa Seiki Company. Testerà un giroscopio a fibra ottica, che cerca l'interferenza nella luce passata attraverso una bobina in fibra ottica per determinare i cambiamenti nell'orientamento del satellite, invece di fare affidamento su un giroscopio meccanico convenzionale. Si spera che I-FOG apra la strada a sistemi di monitoraggio inerziale a basso costo e ad alta precisione nelle missioni future. Allo stesso modo, l'ASC di Amanogi Corporation è un inseguitore stellare miniaturizzato progettato per essere prodotto in serie per la determinazione dell'assetto sui CubeSat.

 3D-ANT di Mitsubishi Electric testerà un'antenna metallica stampata in 3D leggera ed economica per la telemetria e l'uplink dei comandi al satellite. ATCD, sviluppato dalla Tohoku University, è un dispositivo di controllo termico non alimentato, progettato per aiutare a regolare la temperatura dei satelliti quando sono esposti a condizioni estreme nel vuoto dello spazio. Infine, l'unità di misurazione inerziale MARIN di JAXA è destinata a essere un sistema leggero ed economico per monitorare la posizione, l'orientamento e il movimento del satellite utilizzando sistemi microelettromeccanici (MEMS). La sua inclusione nella missione RAISE-2 ha lo scopo di convalidare le sue prestazioni quando esposto all'ambiente spaziale, in particolare alle radiazioni.

Nell'illustrazione il satellite Raise-2 e la sua collocazione sul vettore assieme agli altri carichi utili. Crediti: JAXA

 I dati raccolti dalla missione RAISE-2 aiuteranno a convalidare questi sistemi sperimentali nello spazio in modo che possano essere utilizzati in missioni future. In tal modo, JAXA mira a ridurre il costo dei piccoli satelliti, aprendo nuove opportunità per i ricercatori. Ad unirsi a RAISE-2 per il viaggio in orbita a bordo di Epsilon ci sono quattro microsatelliti e quattro CubeSat, che sono stati dispiegati dallo stadio superiore di Epsilon dopo che il carico utile principale si era separato.

 Il più grande di questi è il Debris Removal Unprecedented Micro Satellite (DRUMS), un veicolo spaziale di 62 chilogrammi che testerà le tecniche per catturare pezzi di detriti spaziali per rimuoverli dall'ambiente spaziale. DRUMS dispiegherà un piccolo subsatellite bersaglio, dal quale si allontanerà prima di tornare all'appuntamento utilizzando sistemi di navigazione visiva automatizzati. Dopo aver manovrato in una posizione a due metri di distanza dal subsatellite, DRUMS dispiegherà un braccio per raggiungerlo e toccarlo, come precursore di uno strumento che potrebbe essere in grado di catturare un frammento su un satellite successivo. TeikyoSat-4, noto anche come Ooruri, è un satellite scientifico di 52 chilogrammi costruito dalla Teikyo University. È progettato principalmente come dimostratore tecnologico per convalidare i propri sistemi come bus per futuri satelliti scientifici e per condurre esperimenti di comunicazione ad alta frequenza. Il satellite trasporta un esperimento di scienze della vita volto a far crescere una muffa melmosa, nota come Dictyostelium discoideum, in orbita per osservarne i progressi e fornire dati al downlink. Il satellite HIBARI da 55 chilogrammi del Tokyo Institute of Technology testerà un sistema di controllo dell'assetto a forma variabile (VASC). Ciò si basa sulla coppia di reazione generata quando le quattro pale dell'array solare del satellite vengono ruotate. Ciò dovrebbe consentire al satellite di essere ri-orientato più rapidamente di quanto sarebbe possibile con ruote di reazione o giroscopi di controllo del momento, pur mantenendo un alto livello di precisione. La missione mira a dimostrare la capacità di ruotare il satellite di 40 gradi in 20 secondi, sebbene obiettivi estesi più ambiziosi richiedano una velocità di rotazione di 40 gradi in 10 secondi. Verranno utilizzate telecamere di bordo per verificare il dispiegamento e il movimento delle pale, nonché la stabilità del satellite osservando la posizione delle stelle. Per sfruttare questa capacità, HIBARI ha una missione secondaria per contribuire alla ricerca delle onde gravitazionali una volta completati gli obiettivi dimostrativi iniziali. Quando un osservatorio a terra rileva una potenziale fonte di onde gravitazionali, verrà inviato un avviso a HIBARI tramite una rete satellitare di comunicazione. La navicella si orienterà quindi verso la fonte rilevata e la riprenderà con un sistema di telecamere ultraviolette.

 Z-SAT di Mitsubishi Heavy Industries è dotato di un sistema sperimentale di imaging a infrarossi che ha lo scopo di aiutare a rilevare le fonti di calore sulla superficie del pianeta. Il satellite da 46 chilogrammi trasporta telecamere a infrarossi vicini e lontani che effettueranno osservazioni a più lunghezze d'onda. Questi possono quindi essere combinati per costruire un quadro più completo delle distribuzioni di temperatura. Il satellite è un precursore di una costellazione pianificata di veicoli spaziali che fornirà un monitoraggio continuo.

Nell'illustrazione ls spiegazione dei vari tipi di CubeSat. Crediti: JAXA

 Quattro dei payload secondari sono CubeSats, costruiti secondo un fattore di dimensione standard comune utilizzato per satelliti molto piccoli. Una singola unità CubeSat (U) misura 10 centimetri lungo tutti e tre gli assi. I CubeSat tipici sono costruiti con dimensioni da una a tre unità di lunghezza e un'unità di larghezza/profondità, con una massa di pochi chilogrammi. CubeSat più grandi, come i layout a sei e dodici unità, si espandono lungo gli assi larghezza/profondità. Tuttavia, questi fattori di forma sono meno comuni. I fattori di forma standard consentono a CubeSat di utilizzare meccanismi di distribuzione standardizzati invece di richiedere che ciascuno dei propri sistemi si separi dal razzo. ASTERISC, costruito dal Planetary Exploration Research Center presso il Chiba Institute of Technology, è un CubeSat a tre unità che verrà utilizzato per studiare detriti e particelle di polvere cosmica nell'ambiente dell'orbita terrestre bassa. Il satellite utilizzerà sensori piezoelettrici per rilevare le particelle di polvere mentre colpiscono un sottile foglio di pellicola distribuito dal satellite.

 KOSEN-1 è un CubeSat a due unità costruito dal Kochi National College of Technology. In orbita, dispiegherà un'antenna lunga sette metri destinata ad osservare le onde radio emesse dal pianeta Giove. Per il lancio, è abbinato allo stesso distributore del satellite più piccolo della missione, l'ARICA a unità singola. Prodotto dalla Aoyama Gakuin University, ARICA testerà il relè di comunicazione a terra attraverso le reti Globalstar e Iridium, trasportando anche un sensore per rilevare i raggi gamma. NanoDragon è l'unico satellite non giapponese a bordo di Epsilon. Infatti esso è stato costruito e gestito dal Vietnam National Space Center (VNSC), sebbene la sua inclusione nella missione Epsilon 5 avvenga attraverso una collaborazione con la giapponese Meisei Electric Company. Si tratta di un CubeSat da tre unità, con una massa di 3,8 chilogrammi, e trasporta un carico utile di dimostrazione tecnologica per aiutare gli ingegneri vietnamiti a sviluppare sistemi per futuri piccoli satelliti. Come parte della sua missione, utilizzerà i segnali del sistema di identificazione automatica (AIS) per identificare e tracciare le navi in ​​mare.

Nella simulazione lo stadio finale di Epsilon con i vari satelliti. Crediti: JAXA

 Questa missione segna il quinto volo del razzo Epsilon, che ha volato per la prima volta nel settembre 2013. Epsilon ha attualmente un periodo di volo relativamente basso, con il suo ultimo lancio avvenuto nel gennaio 2019. Si tratta di un razzo a propellente solido a tre stadi progettato per lanciare veicoli spaziali più piccoli, complementare al il più grande razzo H-IIA del Giappone con il quale condivide alcuni componenti. Il primo stadio è costituito da un motore a razzo solido SRB-A3, due o quattro dei quali sono utilizzati come booster sull'H-IIA per fornire una spinta aggiuntiva al decollo. Il secondo stadio di Epsilon, l'M35, è stato sviluppato dal terzo stadio del precedente razzo M-V, mentre il suo terzo stadio - KM-V2c - è basato su un motore di spinta che è stato utilizzato come quarto stadio in alcune missioni M-V. Tutti e tre gli stadi bruciano polibutadiene con terminazione idrossilica (HTPB), un comune composto propellente solido utilizzato nei razzi. Il razzo, è lungo 26 metri e pesa 96 tonnellate. L'M-V, che è stato ritirato nel 2006, era il precedente piccolo lanciatore satellitare giapponese e l'evoluzione finale della famiglia di razzi Mu. M-V aveva un costo relativamente alto per le sue capacità e uno degli obiettivi chiave del progetto Epsilon era fornire un accesso allo spazio a costi inferiori per le piccole missioni satellitari. Mentre il veicolo Epsilon di base ha tre stadi, di solito vola in una configurazione a quattro stadi con un ulteriore stadio post-boost (PBS), il Compact Liquid Propulsion System (CLPS) alimentato a idrazina. Questo può essere riavviato più volte durante la missione per iniettare un satellite in un'orbita precisa o per fornire più carichi utili in orbite diverse. Questa è la configurazione utilizzata per Epsilon 5, con una breve regolazione dell'orbita effettuata tra la separazione del terzo e del quarto carico utile. Anche tutti e quattro i precedenti lanci di Epsilon sono stati completati con successo. Dopo che i primi tre voli hanno dispiegato ciascuno un singolo satellite, la missione di gennaio 2019 ha trasportato un gruppo di sette carichi utili. Il carico utile principale per quel lancio era RAPIS-1, il predecessore del satellite RAISE-2.

 I lanci di Epsilon avvengono dall'ex piattaforma di lancio M-V presso il Centro spaziale di Uchinoura nella prefettura di Kagoshima in Giappone. Conosciuto come Mu Center, questo complesso è stato originariamente costruito per la serie Mu-3 ed è stato modificato più volte con l'evoluzione dei razzi giapponesi. I razzi Mu venivano lanciati su rotaia, con l'ex rotaia di lancio che ora fungeva da torre ombelicale per l'Epsilon lanciato verticalmente. La struttura del pad include un edificio di assemblaggio in cui il razzo è stato integrato verticalmente in cima alla sua piattaforma di lancio. Questo è stato poi portato in posizione pronto per il decollo. Epsilon 5 è stato il 37esimo razzo a decollare dalla rampa di lancio di Mu. Il lancio inizia con l'accensione del primo stadio di Epsilon allo zero nel conto alla rovescia. Decollando, Epsilon si allontana da Uchinoura su una traiettoria sud-sudovest per mirare alla sua pianificata orbita eliosincrona quasi polare. Il primo stadio si accende per i primi 108 secondi di volo prima di esaurire il propellente e ricadere. Dopo lo spegnimento, il volo entra in una breve fase di inerzia mentre Epsilon continua a uscire dall'atmosfera terrestre. Circa 43 secondi dopo l'esaurimento, con il razzo ora a un'altitudine di 121 chilometri, l'ogiva protettiva del carico utile si separa. La carenatura protegge gli stadi superiori e il carico utile di Epsilon durante le prime fasi della salita, ma una volta che il razzo raggiunge lo spazio essa non è più necessaria. 10 secondi dopo anche il primo stadio esaurito viene rilasciato cadere in mare, con il secondo stadio che si accende dopo altri quattro secondi per iniziare la propria combustione della durata di 129 secondi. Epsilon si ferma per altri 96 secondi dopo l'esaurimento del secondo stadio prima che si verifichi l'attivazione e l'accensione del terzo stadio. Il terzo stadio si accende quattro secondi dopo la separazione e funziona per 88 secondi. Circa 112 secondi dopo, la fase di post-boost viene attivata per continuare la missione.

Nell'illustrazione il vettore Epsilon con le sue varie parti. Crediti: JAXA

  Lo stadio post-boost CLPS effettua tre accensioni per distribuire i carichi utili di Epsilon nelle orbite designate. Il primo di questi è iniziato circa 16 minuti e 13 secondi dopo il decollo – o sei minuti e 19 secondi dopo che il CLPS si è separato dal terzo stadio del razzo. Questa prima accensione è durata circa 110 secondi, con una seconda più lunga che ha avuto inizio 24 minuti e 14 secondi dopo. Questa accensione di otto minuti e 37 secondi del motore dello stadio superiore ha fatto circolarizzare l'orbita in preparazione al primo round di dispiegamenti dei veicoli spaziali. RAISE-2 è stato il primo veicolo spaziale a separarsi dal razzo, a 52 minuti e 35 secondi di tempo trascorso dalla missione. TeikyoSat-4 è stato rilasciato a 66 minuti e 30 secondi di volo, con ASTERISC che ha seguito 23 secondi dopo. Con i primi tre payload dispiegati, il CLPS ha eseguito una breve terza accensione per mettere una certa distanza tra sé e i satelliti appena sganciati. Questa è iniziata 101 secondi dopo la separazione di ASTERISC ed è durata solo tredici secondi. La distribuzione dei payload rimanenti è iniziata con Z-Sat, 79 secondi dopo la fine dell'accensione. Gli altri satelliti si sono poi susseguiti ad intervalli di 23 secondi: DRUMS, HIBARI, KOSEN-1 e ARICA, e infine NanoDragon. Poiché i satelliti KOSEN-1 e ARICA condividevano un distributore, si separavano simultaneamente. Inizialmente la JAXA aveva pianificato di lanciare il razzo Epsilon-5 il 1° ottobre, ma questo venne annullato poco prima dell'orario di decollo programmato a causa di un problema tecnico nell'apparecchiatura radar di terra. Il lancio venne poi rinviato due volte a causa delle condizioni meteorologiche sfavorevoli al sito di lancio.

 Il prossimo lancio di Epsilon dovrebbe trasportare il satellite RAISE-3, il cui lancio è previsto nell'anno finanziario giapponese 2022, che va dal 1 aprile 2022 al 31 marzo 2023.