Scritto: Mercoledì, 16 Settembre 2015 16:02 Ultima modifica: Giovedì, 17 Settembre 2015 18:51

Il "dietro le quinte" del risveglio di Philae (seconda parte)


Continua il resoconto sui tentativi di comunicazione tra Rosetta e Philae, narrati dai protagonisti nel Blog di Rosetta e tradotti in questo sito (si veda anche la puntata precedente).

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Rappresentazione dei Philae (in giallo) sulla cometa, con il cono di comunicazione (in azzurro) Rappresentazione dei Philae (in giallo) sulla cometa, con il cono di comunicazione (in azzurro) Credit: Philae Consortium/DLR/LCC - Processing: M. Di Lorenzo (DILO)

La traiettoria di Rosetta e i contatti con Philae

 I sei contatti tra il 13 e il 24 giugno hanno fornito chiaramente molti meno dati rispetto a quanto sperato, e l'obiettivo della squadra a terra è stato quello di migliorare questa situazione. Durante questo periodo, Rosetta era ad una distanza di circa 200 km dal nucleo di 67P, principalmente per evitare problemi con i sensori stellari nell'ambiente sempre più polveroso attorno alla cometa. In base ai parametri di telemetria sulla qualità del collegamento, questa distanza era al limite del raggio d'azione per poter stabilire un buon contatto con Philae.

 Le antenne di Philae sono allineate con la direzione positiva dell' asse Z del veicolo spaziale, cioè rivolte verso l'alto quando il lander è posato correttamente sulle tre zampe. Maggiore è l'angolo tra Rosetta e l'asse +Z, più debole il segnale (idealmente, Rosetta dovrebbe volare sopra la posizione di Philae all'interno di un cono entro 20° dall'asse +Z per garantire il contatto ottimale). Tuttavia, l'orientamento di Philae presso il sito di atterraggio finale, Abydos, è tale che l'asse +Z è praticamente diretto verso l'interno della cometa. Ciò rende impossibile per Rosetta sorvolare Philae ad angoli inferiori a 30° dall'asse +Z, con immaginabili conseguenze per le comunicazioni. Un modo per migliorare la siyuazione sarebbe quello di ridurre la distanza tra i due veicoli spaziali (la potenza cresce con l'inverso del quadrato della distanza); tuttavia, consapevole dei pericoli posti dall'ambiente polveroso della chioma, il team RMOC ha spinto Rosetta verso a una distanza di sicurezza, abbassandola ogni 3-4 giorni a fine giugno e inizio luglio. Ad esempio, il contatto in data 24 giugno è ad una distanza di 180 km, mentre il contatto successivo era a 155 km il 9 luglio.

Rosetta CONSERT ellipse 2015 09 11

Immagine NAVCAM con l'ellisse in cui è contenuta Philae e le annotazioni “good view” e “bad view” riferite alle condizioni geometriche più o meno favorevoli alle comunicazioni con Rosetta. Credit: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

 Oltre alla distanza variabile, la traiettoria di Rosetta e la rotazione di 67P facevano sì che l'orbiter diventasse visibile dal presunto punto di atterraggio di Philae a diverse latitudini ogni giorno cometario. Durante quelle poche settimane, l'intervallo in latitudine tra 0° e +55 ° N è stato coperto più volte. Dal momento che la comunicazione tra Rosetta e Philae non si è verificata ogni giorno cometario, è stato ipotizzato che ci fosse una dipendenza dalla latitudine; tuttavia, i contatti non hanno avuto luogo alla stessa latitudine ogni volta, quindi le caratteristiche topografiche locali potrebbero avere ostacolato il segnale in alcuni casi, complicando l'analisi. Inoltre, non è chiaro il motivo per cui i contatti - quando stabiliti - venivano così bruscamente interrotti; nel complesso, si stava rivelando difficile per il team pervenire a previsioni attendibili su quando ci sarebbero stati altri buoni contatti.

visi ground track from 2015 07 01 to 2015 07 14 copy

Rappresentazione della traiettoria di Rosetta rispetto alla superficie del nucleo (linee gialle e blu) e dei contatti stabiliti con Phlae a Novebre (in rosa) e a Giugno/Luglio (quadrati blu). Calcoli effettuati dal SONC Flight Dynamics, CNES. La mappa mostra la superficie del lobo minore e la grande struttura circolare al centro in basso è la regione di Hatmehit.

Credit: SONC Flight Dynamics/CNES.

 I problemi al trasmettitore e l'alternativa CONSERT

 Tra le problematiche incontrate, i dati limitati recuperati dalla memoria di massa (MM) di Philae durante i rari contatti hanno mostrato problemi di eccessiva corrente assorbita da parte della MM. Inoltre, i TM in tempo reale del 19/20 giugno indicavano che, contrariamente alle attese, solo uno dei due ricevitori (RX2) era acceso e ulteriori analisi hanno mostrato che RX1 aveva subito un corto circuito sul suo ingresso ed era stato spento dalla protezione da sovracorrente hardware. A quel tempo, non vi era alcuna indicazione di problemi di hardware aggiuntivi di ricezione e la ridondanza avrebbe comunque garantito le comunicazioni. Tuttavia, dopo due settimane di silenzio successive alla comunicazione del 24 giugno, il team è giunto alla conclusione che anche i trasmettitori dovevano avere incontrato seri problemi.

ReceiverShortCircuit

Correnti assorbite dai ricevitori RX1 e RX2 a bordo di Philae. Si noti la drastica caduta su RX1 il giorno 97. - Credit: Philae Consortium/DLR/LCC

 A questo punto sono state prese in considerazione varie alternative per ristabilire i contatti, dall'utilizzo di grandi radiotelescopi a terra per conmunicare direttamente con Philae al ricorso ad altri strumenti sensibili alle onde radio a bordo di Rosetta. Alla fine, quelle idee sono state scartate e si è deciso di provare a utilizzare lo strumento CONSERT, progettato per effettuare misurazioni sull'interno della cometa tramite segnali radio scambiati tra Rosetta e Philae. Lo strumento utilizza antenne separate e indipendenti dal sistema di comunicazione principale. Il problema, naturalmente, era che CONSERT non era acceso ma, fortunatamente, oltre alla modalità standard di attivazione, i comandi possono essere inviati a Philae "alla cieca" usando la cosiddetta modalità di backup TC (TCBM). In pratica, un piccolo numero di comandi vengono caricati sulla ESS di Rosetta e trasmessi ripetutamente per diverse ore sperando che vengano ricevuti, riconosciuti ed elaborati dal software a bordo di Philae, senza la necessità di stabilire il collegamento bidirezionale. L'idea era quella di utilizzare il TCBM per accendere CONSERT e obbligarlo ad ascoltare i segnali trasmessi dall'unità CONSERT di Rosetta; se questa risposta di CONSERT fosse stata ricevuta da Rosetta, questo avrebbe dimostrato che il ricevitore RX2 su Philae stava lavorando, altrimenti CONSERT non si sarebbe mai acceso.

Il primo tentativo di utilizzare TCBM per accendere CONSERT è stato effettuato il 5 luglio, ma senza successo. Un secondo tentativo, il 9 luglio, ha portato con grande sorpresa al ri-stabilimento di un collegamento bidirezionale tra Philae e Rosetta, durato 22 minuti (di cui 12 ininterrotti), il migliore finora! Un totale di 246 pacchetti sono stati ricevuti, praticamente l'intero giorno cometario, sia in tempo reale che memorizzati nella MM. Curiosamente, però, il ricevitore CONSERT di Rosetta non ha rilevato un segnale dal Philae contemporaneamente. I TM scaricati durante il contatto hanno rivelato che i comandi inviati in TCBM erano stati ricevute e CONSERT si era acceso, ma la sua sequenza di avvio si era fermata dopo circa 6 minuti, prima CONSERT iniziasse a trasmettere un segnale.

 TX1issue

 La complessa sequenza di eventi sui ricevitori e trasmettitri di Philae il 9 Luglio. Si noti la corrente molto bassa sul TX2 e la conseguente attivazione del TX1. - Credit: Philae Consortium/DLR/LCC

 Da quello che si è capito, i comandi TCBM erano stati ricevuti da Rosetta poco dopo Philae si era avviato perchè esposto alla luce del sole, ma ci sono voluti altri 35 minuti prima che il collegamento a due vie venisse stabilito. Questo ritardo ha fatto sì che Philae passasse automaticamente al trasmettitore difettoso TX2, a causa di un corto circuito (vedi figura in basso). A questo punto, gli ingegneri hanno messo a punto una sorta di "pezza" software per aggirare il problema e usare in futuro solo TX1.  Purtroppo, però, non ci sono stati ulteriori contatti dal 9 luglio, quindi non è stato possibile confermare se questa "patch" è stata caricata. Nel frattempo, coma abbiamo spiegato nell'articolo precedente, la cometa stava aumentando rapidamente l'attività avvicinandosi al perielio e la distanza tra Rosetta e Philae è stata aumentata, rendendo le eventuali comunicazioni ancora più difficoltose.

 

Le ultime possibilità di comunicare prima di spostarsi a Sud
 
 Dopo il 25 luglio, la traiettoria di Rosetta è stata cambiata per permetterle di volare sopra le regioni sul sud del nucleo, consentendo agli strumenti scientifici sull' orbiter di indagare su questa parte della cometa dove si era recentemente trasferita l' "estate" locale. Tuttavia, questo comportava l'impossibilità di contattare Philae. Fino ad allora, la squadra di Philae ha deciso di fare uso delle opportunità di contatto rimanenti tra i due veicoli spaziali per continuare a utilizzare il TCBM, inviando comandi alla cieca. Questi comandi includono la riconfigurazione del software di bordo per avviare nuove misurazioni scientifiche, utilizzando la batteria secondaria ricaricata. Ciò avrebbe il vantaggio che, una volta stabilito il contatto, nuovi dati scientifici sarebbero stati immediatamente disponibili. Lo svantaggio è che, a causa delle limitazioni di TCBM, solo le sequenze "pre-esistenti" potevano essere comandate: per esempio, un blocco di 2 ore di misurazioni per ROMAP, SESAME, MUPUS, COSAC, e Tolomeo, con una panoramica di immagini CIVA, come quello eseguito il 13 novembre. Più importante, l'utilizzo della modalità TCBM potrebbe lasciare Philae in uno stato indefinito.

Consert mochup

 La copia funzionante dell'elettronica di Philae a Terra (Ground Reference Model) nel "Lander Control Centre"; viene usata per validare e testare l'attività del lander. - Credit: Philae Consortium/DLR/LCC

 Dall'inizio di settembre, Rosetta è di nuovo in volo sopra l'emisfero settentrionale, a una distanza immutata. Anche se le possibilità di contatto a tale distanza sono basse, Rosetta rimarrà comunque in ascolto fino al 23 settembre quando, come accennato nell'articolo precedente, si allontanerà ad una distanza proibitiva per le comunicazioni (1500 km). Parallelamente, gli ingegneri hanno dedicato il tempo trascorso dall'ultimo contatto per condurre test approfonditi con l'hardware di potenza e di comunicazione, al fine di riprodurre il comportamento osservato. Con l'analisi dei dati ancora in corso, i pezzi del puzzle si stanno meticolosamente mettendo insieme allo scopo di definire la strategia più promettente per contattare Philae, appena Rosetta tornerà a distanze molto più favorevoli per la comunicazione. Dal punto di vista termico e di potenza, Philae dovrebbe essere in grado di operare fino alla fine del 2015, perciò i tentativi continueranno almeno fino a quel momento.

 L'impatto della maggiore attività cometa attorno al perielio è chiaramente sconosciuta: solo il tempo dirà se e come Philae è sopravvissuto. Le squadre di Philae e Rosetta hanno lavorato molto duramente negli ultimi mesi per cercare di riportare Philae allo stato operativo completo e questi sforzi continueranno sicuramente. Attualmente si ritiene che i problemi hardware siano stati causati delle temperature molto basse sperimentate dal lander nei mesi immediatamente successivi suo atterraggio ma, dato che le comunicazioni sono state ristabilite il 13 giugno e poi, a intermittenza, in diverse altre occasioni, si spera che le sempre mutevoli condizioni termiche sulla cometa 67P permetteranno all'hardware di tornare a uno stato più stabile, riprendendo le misurazioni scientifiche senza precedenti di Philae dalla superficie della cometa, una parte fondamentale della missione generale di Rosetta.

 

Riferimenti:
http://blogs.esa.int/rosetta/2015/09/11/understanding-philaes-wake-up-behind-the-scenes-with-the-philae-team/

Read 1745 times Ultima modifica Giovedì, 17 Settembre 2015 18:51
Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58 | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

2 commenti

  • Comment Link Marco Di Lorenzo (DILO) Venerdì, 15 Gennaio 2016 19:10 posted by Marco Di Lorenzo (DILO)

    Ciao e complimenti per la pagina decisamente "ingegneristica"! Purtroppo non credo di poterti aiutare, dovresti rivolgerti direttamente alla "fonte"...

  • Comment Link PhilaeStudent Venerdì, 15 Gennaio 2016 18:03 posted by PhilaeStudent

    Ciao,
    per caso hai conservato i file json originali delle telemetrie di giugno e luglio? Sono stati per qualche motivo ritirati dalla rete, e non ho un backup (anzi, quelle di luglio non le ho proprio mai viste!). Le avevo usate per fare questa pagina ( http://win98.altervista.org/batteries.html ), adesso vorrei caricarle sul mio server per "memoria storica".
    Grazie.

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