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ExoMars: completa la fase di testing ed è pronta per l'aerobraking

Esempio dei dati raccolti dal rilevatore di neutroni FREND tra il 24 febbraio ed il 2 marzo e tra il 5 ed il 7 marzo.
Esempio dei dati raccolti dal rilevatore di neutroni FREND tra il 24 febbraio ed il 2 marzo e tra il 5 ed il 7 marzo. Copyright ESA/Roscosmos/ExoMars/FREND/IKI

La sonda Trace Gas Orbiter (TGO) della missione congiunta ESA / Roskosmos, lanciata un anno fa ed in orbita attorno a Marte dal 19 ottobre 2016, ha appena terminato i test di calibrazione della strumentazione scientifica ed è pronta ad iniziare la campagna di aerobreaking.

Le ultime verifiche sono state condotte tra il 5 ed il 7 marzo.
Per esempio, sono stati messi a punto il Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) e l'Atmospheric Chemistry Suite (ACS), la suite di spettrometri dedicata alla minuziosa individuazione dei gas atmosferci compreso il metano; mentre, il Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND) ha continuato a raccogliere il flusso di neutroni dalla superficie (questi dati saranno utilizzati per identificare i siti con la più alta concentrazione di acqua o ghiaccio).

TGO orbita attualmente attorno a Marte una volta al giorno, lungo un percorso ellittico di 200 x 33.000 chilometri ma l'obiettivo è raggiungere, per il prossimo anno, un periodo orbitale di sole due ore ed una quota di 400 chilometri equidistante dalla superficie. Questa sarà l'orbita di scienza operativa, progettata anche per utilizzare la sonda come ponte per le comunicazioni tra la Terra ed i robot di superficie, compreso il lander ed il rover della seconda parte della missione ExoMars nel 2020. Per far questo, l'orbiter utilizzerà una campagna di aerobreaking (aerofrenaggio), i cui primi comandi sono stati trasmessi questa settimana ed eseguiti per la prima volta il 15 marzo.

Alle 11:56 UTC (00:56 CET), TGO ha eseguito la prima di sette accensioni del motore, programmate tra il 15 marzo ed il 6 aprile. La prima è stata anche la più importante, quella che doveva produrre un delta-V (cambio di velocità) più elevato (circa 3 metri al secondo). L'effetto di questa prima manovra sarà osservabile al periasse che verrà portato a 150 chilometri circa dalla superficie.
"A tale quota il riscaldamento e la resistenza aerodinamica non saranno abbastanza forti da causare danni alla navicella, se ci dovesse essere qualche problema", ha dichiarato Michael Khan, che fa parte del team presso l'ESOC.
"Se i primi tre giorni andranno come previsto, ci sarà un'altra manovra per abbassare ulteriormente la quota a 140 chilometri, il 18 marzo".
Se anche questa andrà bene, si procederà ad abbassare l'altitudine al periasse di altri 10 chilometri. Le accensioni successive, invece, produrranno variazioni minori (indicativamente, meno di 5 chilometri a manovra).

Per il 6 aprile, l'aerobraking sarà completamente raggiunto alla quota minima di 113 chilometri.

Si legge nel comunicato:

"[Questa] non è la prima esperienza dell'ESA con l'aerobraking ma è la prima volta che abbiamo usato questa tecnica per ottenere un'orbita di scienza pianificata"

"E' una grande tecnica che consente risparmio di carburante, il che significa che il nostro veicolo spaziale è stato progettato, costruito e lanciato senza doversi portare dietro centinaia di chilogrammi di carburante extra [abbiamo risparmiato circa 600 chilogrammi]", ha dichiarato l'operations spacecraft Peter Schmitz.
Per il team, però, il lavoro di monitoraggio sarà in aumento nei prossimi mesi.
Uno dei fattori di cui bisognerà tener conto è l'imprevedibilità dell'atmosfera marziana che, composta principalmente di biossido di carbonio, è molto più sottile di quella terrestre e con una densità mutevole.
Vicino alla superficie, la temperatura e la densità sono influenzate dalla meteorologia locale, dalle tempeste di polvere, dalla luce del Sole e dal riscaldamento del terreno che può creare moti convettivi, tutti aspetti difficili da prevedere in "tempo reale". Ad altitudini più elevate, come i 113 chilometri che dovrà raggiungere TGO, è estremamente sottile, con una densità dell'ordine di appena 10-7 Kg/m3 ed è fortemente influenzata dalle tempeste di polvere. Il risultato è che la resistenza aerodinamica può variare considerevolmente ad ogni passaggio in aerobraking.

Inoltre, le squadre dovranno verificare con attenzione i livelli massimi di calore e pressione dinamica sul veicolo spaziale.
Ad esempio, l'innalzamento termico causato dall'attrito sui pannelli solari non dovrebbe superare 145 gradi Celsius:
"se la temperatura superasse i 145 gradi Celsius, TGO è programmato per procedere autonomamente con una manovra pop-up, accendendo il motore all'apoasse in modo da sollevare l'altezza al periasse", ha spiegato Chris White, spacecraft operations engineer.

Nel post di Daniel Scuka sul blog di missione sono riportati i principali vincoli per l'aerobraking:

  • Picco del flusso di calore: 1120 W/m2 (anche se TGO può resistere più del doppio senza problemi)
  • Carico termico per ogni passaggio: 100 kJ/m2 (anche se TGO può resistere più del doppio senza problemi)
  • Picco di pressione dinamica: 0.175 N/m2 (ma le simulazioni suggeriscono che prima di raggiungere questo valore, TGO sarebbe colpito da uno dei due picchi termici precedenti)

La fase di aerobraking vedrà una breve pausa tra luglio ed agosto 2017 in occasione della congiunzione solare, durante la quale Marte si troverà dietro il Sole visto dalla Terra e le comunicazioni saranno gravemente limitate.

Se tutto andrà bene, all'inizio del 2018, TGO si troverà in un'orbita 120 x 400 chilometri e sarà quindi sufficiente una piccola spinta per raggiungere la traiettoria circolare programmata a circa 400 chilometri di quota.
Da quel momento in poi, il periodo orbitale sarà di sole due ore e TGO dovrà fare completo affidamento sulle sue ruote di reazione per avere sempre un orientamento corretto, ora verso Marte ed ora verso la Terra per trasmettere:
"le nostre ruote di reazione, anche se affidabili, sono un po' piccole e TGO è un po' massiccio; di conseguenza, la rotazione è lenta e potremmo scoprire che non vi è un margine di tempo sufficiente per eseguire i movimenti richiesti durante ogni orbita, quando questa durerà solo due ore", ha aggiunto Schmitz. "Una soluzione potrebbe essere sfruttare l'antenna ad alto guadagno che è orientabile ma la strategia operativa di questa fase è ancora in corso di revisione".

Altre info su questo post:

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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!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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