La missione ExoMars ha completato i controlli scientifici e inizia la sua frenata aerodinamica

L’ExoMars Trace Gas Orbiter ha completato un altro gruppo di importanti controlli di calibrazione degli strumenti scientifici prima di iniziare un anno di attraversamenti dell’atmosfera marziana dedicati all’aggiustamento dell’orbita di lavoro attorno a Marte.

ExoMars è una missione congiunta di ESA, responsabile della progettazione e costruzione della sonda, e Roscosmos, responsabile di alcuni strumenti scientifici e del lancio. È iniziata esattamente un anno fa, a fine marzo 2016, e sta orbitando attorno al Pianeta Rosso dal 19 ottobre dello stesso anno. Durante 2 orbite appositamente pianificate nel tardo novembre del 2016, gli strumenti scientifici hanno eseguito le loro prime calibrazioni di routine. Tra il 5 e il 7 marzo scorso invece sono stati eseguiti gli ultimi controlli ma da un’orbita diversa e hanno riguardato principalmente le procedure di controllo associate alla ripresa di immagini e alla raccolta di dati sull’atmosfera del pianeta.

Il terminatore giorno-notte ripreso sopra l’emisfero meridionale di Marte dallo strumento CaSSIS di TGO.
Credits: ESA

Ad esempio, lo strumento NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) ha eseguito un’osservazione di controllo dedicata alla determinazione della migliore configurazione per eseguire le future misurazioni delle tracce di gas nell’atmosfera. Il metano in particolare è al centro degli interessi. Sulla Terra è prodotto principalmente da attività biologica e, per piccola parte, da processi geologici come ad esempio alcune reazioni idrotermali. Capire come il metano del Pianeta Rosso sia prodotto dunque ha delle implicazioni estremamente eccitanti. NOMAD ha avuto anche la possibilità di effettuare dei controlli incrociati con la Atmospheric Chemistry Suite, uno strumento di ExoMars con cui lavorerà in tandem per effettuare delle misurazioni molto precise dell’atmosfera al fine di determinarne i suoi componenti. Nel frattempo il rilevatore FREND, di costruzione russa, è rimasto attivo e ha continuato a raccogliere ulteriori dati sul flusso di neutroni dalla superficie. Alla fine questi dati verranno utilizzati per identificare i siti in cui l’acqua o il ghiaccio potrebbero essere nascosti appena sotto la superficie. Anche la camera ad alta risoluzione Colour and Stereo Surface Imaging System ha ricevuto i comandi per riprendere un certo numero di fotografie tra cui alcune di calibrazione delle stelle e diverse altre di altrettanti punti della superficie, come ad esempio questa a lato che ritrae il terminatore giorno-notte ripreso sopra l’emisfero meridionale.

“Queste prove generali hanno permesso al nostro gruppo scientifico di calibrare in maniera precisa le loro tecniche di raccolta dati, compresi i comandi di puntamento, di eliminare ogni eventuale errore nei software e di abituarsi a lavorare con i dati molto prima dell’inizio della missione scientifica principale il prossimo anno,” ha dichiarato Håkan Svedhem, il progettista scientifico di ESA. “Quello che stiamo ottenendo finora è molto promettente per i nostri obiettivi scientifici.”

Rappresentazione dell’orbita di ExoMars prima e dopo il cambiamento del piano orbitale. Credit: ESA/C. Carreau

Inizialmente la sonda si trovava in un’orbita di circa 200 per 33.000 km della durata di un giorno, raggiunta dopo gli aggiustamenti di inclinazione di fine gennaio, ma userà l’atmosfera per modificarla gradualmente attraverso manovre di “frenata aerodinamica”: nel corso dell’anno attraverserà ripetutamente l’atmosfera nel punto più basso della sua orbita abbassando di conseguenza il punto più alto della stessa a causa del rallentamento conseguente. I primi comandi per queste manovre sono stati inviati tra lunedì 13 e martedì 14 marzo, pronti per essere eseguiti il giorno seguente. Come da programma infatti mercoledì 15 si è avuta la prima di 7 accensioni dei motori della sonda che adegueranno l’orbita per l’avvicinamento a quella finale di “frenata”. Il primo step prevede un abbassamento a circa 113 km del suo punto più basso. Il tutto si volgerà nelle prossime settimane con già altre 2 accensioni avvenute sabato 18 e martedì 21 marzo. Attualmente l’altezza minima è a 140 km e le accensioni necessarie a portare la sonda sull’orbita definitiva si avranno venerdì 24, lunedì 27 marzo, sabato 1 e giovedì 6 aprile.

“Non si tratta della prima esperienza di ESA con la frenata aerodinamica, ma è la prima volta che usiamo questa tecnica, ripetendola anche per molto tempo, per raggiungere l’orbita pianificata per i rilievi scientifici,” ha detto il direttore di volo Michel Denis. I tecnici ESA hanno per esempio utilizzato questa tecnica per la missione Venus Express che ha indagato la tossica atmosfera di Venere tuffandovisi alla fine della missione. Questo tipo di manovra permette di risparmiare il carburante necessario alle accensioni di frenata per abbassare la quota dell’orbita con conseguente risparmio di peso per la sonda, che nel caso di ExoMars è stato di circa 600 kg.

La serie di frenate aerodinamiche subirà un’interruzione di circa 2 mesi tra luglio e agosto quando Marte si troverà dietro il Sole rispetto alla Terra con conseguente impossibilità di comunicazione tra sonda e centro di controllo. Per questo si è deciso di programmare un innalzamento dell’orbita durante questo periodo per riprendere le operazioni quando sarà di nuovo possibile monitorare efficacemente lo stato delle stesse.

La Main Control Room presso ESA/ESOC di Darmstadt, Germania
Credits: ESA

“I controllori di missione (che lavorano dal centro ESA European Space Operations Center di Darmstadt in Germania) hanno lavorato intensamente con i nostri esperti di dinamica del volo per preparare questa stimolante fase – siamo pronti per la frenata aerodinamica. Monitoreremo attentamente la temperatura dei pannelli solari e l’accelerazione della sonda, non solo dopo i primi passaggi attraverso l’atmosfera ma anche lungo tutto il 2017 e aggiusteremo la rotta se necessario.”

Secondo le previsioni la temperatura non dovrebbe superare i 70 gradi sui pannelli ma se qualcosa dovesse andare diversamente, la sonda accenderà automaticamente i propri propulsori innalzando la quota di volo dell’orbita successiva per evitare di uscire dai limiti prestabiliti. “I modelli atmosferici non sono perfetti, così dobbiamo ‘sentire’ la nostra discesa,” ha detto Chris White, un ingegnere delle operazioni spaziali di ExoMars intervenendo su un blog di ESA. A questo si aggiungono le possibili influenze di tempeste di sabbia e dell’attività solare sulla densità degli strati alti dell’atmosfera e quindi sulle condizioni incontrate durante i “tuffi”.

A partire dal prossimo anno e a manovra avvenuta, la sonda effettuerà le sue osservazioni da un’orbita quasi circolare a circa 400 km di quota, girando attorno al pianeta ogni 2 ore circa. Quest’orbita è stata studiata anche in funzione delle comunicazioni e per sfruttare la sonda come ripetitore a disposizione dei rover e delle sonde sulla superficie. Infatti ESA e Roscosmos hanno già pianificato delle missioni sulla superficie di Marte per il 2020 e ExoMars in versione ripetitore sarà fondamentale per la loro gestione.

Fonte: ESA