BepiColombo: Europa e Giappone insieme verso Mercurio

BepiColombo in viaggio verso Mercurio - Credits: Airbus

BepiColombo è la prima missione europea verso Mercurio, il più misterioso dei pianeti interni del nostro Sistema Solare. Con un lancio programmato per le 03:45 del mattino del 20 ottobre 2018, la sonda viaggerà verso il più piccolo e meno esplorato dei pianeti rocciosi del nostro Sistema Solare. Quando arriverà a destinazione, nel 2025, dovrà sopportare temperature che supereranno i 350 °C mentre raccoglierà dati scientifici per la sua missione della durata nominale di 1 anno.

BepiColombo è una missione che nasce dallo sforzo congiunto dell’Agenzia Spaziale Europea ESA, che la coordina, e dalla giapponese JAXA, e si compone di due elementi principali: il Mercury Planetary Orbiter (MPO) fornito da ESA e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) fornito da JAXA. BepiColombo proseguirà gli studi iniziati dalla missione NASA MESSENGER, raccogliendo dati complementari e svolgendo nuove osservazioni dell’interno del pianeta, della sua superficie, della sua esosfera e magnetosfera. Le osservazioni consentiranno agli scienziati di comprendere meglio l’origine e l’evoluzione di Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, così come dell’intero Sistema Solare.

Mercurio è il meno esplorato tra i mondi del Sistema Solare interno a causa delle difficoltà che si incontrano per raggiungerlo, e anche per quelle legate al condurre operazioni in un ambiente così vicino al nostro Sole. Operare in prossimità della nostra stella rende complicata la gestione dell’equilibrio termico del satellite e la trasmissione di segnali radio da e verso la Terra, disturbati dal rumore elettromagnetico proveniente dal Sole. Dopo i primi tre fly-by della sonda Mariner 10, avvenuti negli anni ’70, si è dovuto attendere 30 anni per l’arrivo della sonda MESSENGER, che da un’orbita fortemente eccentrica ha compiuto la prima esplorazione completa di Mercurio, e insieme ad alcune conferme ha sollevato un gran numero di nuove domande rimaste ad oggi senza risposta.

Gli obiettivi scientifici di BepiColombo

Una delle cosiddette missioni “cornerstone” (pietra angolare) di ESA, BepiColombo studierà la composizione, la geofisica, l’atmosfera, la magnetosfera e la storia di Mercurio. Lo studio di questo pianeta è importante per confermare i modelli di formazione ed evoluzione del Sistema Solare. Gli obiettivi scientifici della missione sono:

  • studiare l’origine, l’evoluzione e il moto di un pianeta che orbita vicino alla propria stella,
  • analizzarne le caratteristiche planetologiche: forma, struttura, composizione superficiale e struttura interna,
  • investigare le proprietà dell’esosfera e le sue dinamiche di interazione,
  • individuare l’origine del campo magnetico e le caratteristiche della magnetosfera,
  • validare le previsioni della teoria della relatività generale di Einstein.

BepiColombo: perchè questo nome?

Giuseppe (Bepi) Colombo, 1920-1984

Giuseppe (Bepi) Colombo, 1920-1984 – (C) ESA

La missione BepiColombo prende il nome dal matematico italiano e ingegnere Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-84). È conosciuto per aver spiegato la peculiare risonanza dell’orbita di Mercurio, che ruota attorno al proprio asse tre volte ogni due orbite attorno al Sole. Calcolò e propose alla NASA, per la prima volta nella storia, traiettorie interplanetarie che avrebbero permesso a Mariner 10 di compiere diversi flyby di Mercurio, grazie alla tecnica degli “assist gravitazionali” con il pianeta Venere.

La sonda, o meglio, il “trenino spaziale” BepiColombo

BepiColombo è una sonda modulare, composta principalmente da tre elementi: due orbiter scientifici e un elemento propulsivo. I due orbiter sono Mercury Planetary Orbiter (MPO) di ESA e Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) della giapponese JAXA. A queste si aggiunge il Mercury Transfer Module (MTM) sempre costruito dall’ESA, che è un modulo propulsivo necessario a portare i due orbiter attorno a Mercurio grazie ad una combinazione di propulsione elettrica ad energia solare e fly-by gravitazionali. Il quarto e ultimo elemento è un generoso schermo parasole, costruito da ESA e necessario per proteggere MMO, che sarà sganciato ed abbandonato all’arrivo su Mercurio.

BepiColombo sarà lanciata da un Ariane 5, ed ha una massa di 4100 kg divisa tra 1400 kg di propellenti, 1230 kg per MPO (di cui 85 kg sono carico pagante), 255 kg per MMO (di cui 45 kg carico pagante).

La sonda misura, con tutte le sue componenti unite, 3,9 x 3,6 x 6,3 metri. MPO da solo misura  2,4 x 2,2 x 1,7 metri, cui si aggiungono, quando dispiegati, 3,7 metri di radiatore e 7,5 metri di pannello solare. MMO invece ha un diametro di  1,8 metri ed è alto 1,1 metri.

Nel corso di oltre sette anni la missione farà un sorvolo della Terra, due di Venere e sei di Mercurio. Gli orbiter saranno in grado di mettere in funzione alcuni dei loro strumenti durante la fase di crociera, offrendo opportunità uniche per raccogliere dati scientificamente rilevanti sul pianeta Venere.

Al termine del suo lungo viaggio, dopo diciotto orbite attorno al Sole per entrare in orbita attorno a Mercurio, il modulo propulsivo MTM sarà abbandonato, e l’orbiter europeo MPO si farà carico delle successive manovre. MPO, MMO e lo scudo parasole si separeranno. Le due sonde scientifiche raffineranno quindi autonomamente le proprie orbite andando a raggiungere la rispettiva quota operativa, dando il via alla più accurata esplorazione scientifica di Mercurio mai avvenuta.

Una grande sfida per la missione è l’enorme gravità del Sole, che rende difficile collocare un veicolo spaziale in un’orbita stabile attorno a Mercurio. L’energia richiesta per entrare in orbita è enorme, maggiore di quella necessaria per inviare una sonda attorno a Plutone.  Dopo il lancio, ed essendo sfuggito alla gravità della Terra, BepiColombo dovrà costantemente frenare per contrastare l’attrazione gravitazionale del Sole. I propulsori ionici allo Xeno di MTM forniranno la spinta necessaria per le fasi di lunga durata del volo. La tecnologia del propulsore ionico è stata dimostrata in precedenza nelle missioni GOCE e SMART-1 di ESA.

Una vista esplosa di BepiColombo. Dall’alto in basso, tutte le componenti della sonda: MMO, lo scudo solare, MPO e MTM – Copyright ESA/ATG medialab

La crescente intensità delle radiazioni solari durante il viaggio e le operazioni in orbita mercuriale hanno rappresentato due grandi sfide in fase di progettazione e di pianificazione della missione. E’ stato necessario sviluppare nuovi materiali  e tecnologie nel settore dei rivestimenti resistenti alle alte temperature e degli isolanti multistrato e ideare un radiatore per MPO. Per quanto concerne la pianificazione delle operazioni, è stata messa a punto una particolare tecnica di gestione dell’assetto per MPO, che per evitare il surriscaldamento e mantenere il suo radiatore sempre in ombra dovrà effettuare una rotazione di 180 gradi ogni 44 giorni terrestri nel suo percorso attorno a Mercurio, cioè in corrispondenza di afelio e perielio. Ricordiamo che su questo pianeta un anno corrisponde a 88 giorni terrestri e un giorno mercuriano corrisponde a 59 giorni terrestri circa.

Molte delle tecnologie messe a punto per BepiColombo, che gli consentono di operare in ambienti con variazioni di temperatura estreme, troveranno applicazione nelle prossime missioni di ESA quali Solar Orbiter e Jupiter Icy moons Explorer (Juice).

Trovandosi a soli 58 milioni di chilometri dal Sole, Mercurio rappresenta una sfida molto impegnativa per un satellite che opera nelle sue vicinanze. Durante il giorno mercuriale la superficie del pianeta rivolta verso la nostra stella raggiunge temperature che possono superare i 450° Celsius, caldo a sufficienza da fondere alcuni metalli. Per questo BepiColombo non deve solo gestire l’enorme calore proveniente dal Sole, ma anche la radiazione infrarossa emessa dal pianeta surriscaldato.

Per questa ragione gli ingegneri di Airbus hanno ricoperto ogni centimetro della superficie esterna di MPO con una copertura termica multistrato, con la sola eccezione del lato del radiatore di calore. Tale materiale è composto di 50 strati che includono materiali ceramici e alluminio ed è stato appositamente progettato per la missione BepiColombo. Le antenne sono realizzate in titanio, materiale particolarmente resistente al calore, e a loro volta ricoperte da un particolare materiale refrattario.

Lo stack completo di BepiColombo poco prima di essere inserito nell’ogiva del lanciatore. – Copyright ESA/CNES/Arianespace/Optique video du CSG – S. Martin

Dato che la missione primaria di MPO è lo studio della superficie di Mercurio, un lato del satellite sarà sempre rivolto verso il pianeta in modo tale che gli strumenti scientifici siano puntati nella giusta direzione, mentre il lato del radiatore deve rimanere in ombra per scaricare calore nello spazio.

Un altro fatto decisamente controintuitivo è la grande estensione dei pannelli solari di MTM, che dispiegati arrivano a misurare 30 metri da un estremo all’altro. Si potrebbe infatti ipotizzare che dirigendosi verso una zona tanto vicina al Sole sarebbero stati sufficienti pannelli con un’estensione molto minore. Tuttavia proprio a causa della quantità di radiazione solare presente nell’orbita di Mercurio, i pannelli solari di BepiColombo non possono essere orientati direttamente verso la nostra stella per lunghi periodi, pena un degrado delle prestazioni rapidissimo. I pannelli devono dunque mantenere un orientamento molto inclinato, al punto che per raggiungere le prestazioni desiderate se ne sono dovute aumentare le dimensioni.

Un collettivo di 86 imprese provenienti da 16 Paesi diversi hanno contribuito alla costruzione del satellite. BepiColombo è infatti il frutto di una grande cooperazione internazionale, che vede ESA nel ruolo di responsabile del progetto.

  • Airbus Defence and Space Germania è il contraente principale che ha curato il design ed i subappalti per la realizzazione delle varie componenti della sonda, inclusi MPO, MTM, lo scudo parasole di MMO e l’interfaccia tra MPO e MMO (cioè tra la parte europea e la parte giapponese del veicolo). Inoltre si è curata della progettazione e fabbricazione del sistema di gestione dei dati di bordo (DMS), del sistema di guida (AOCS) e dei pannelli solari.
  • Thales Alenia Space Italia è contraente principale e ha curato lo sviluppo e la fabbricazione del sottosistema elettrico e di controllo termico, nonché delle radio di bordo. Ad essa sono stati anche affidati l’integrazione e il test della sonda.
  • Ancora Airbus Defence and Space, ma questa volta nella sua sede del Regno Unito, è stata indicata per il sistema di propulsione elettrochimico, per la struttura di tutti i moduli e per il sistema di controllo termico di MTM.
  • Airbus Defence and Space Francia ha sviluppato il software di bordo.
  • MMO è stato progettato e fabbricato da JAXA, che dal canto suo è stata responsabile dell’appalto per la costruzione del modulo che è stato affidato ad un consorzio di aziende capeggiato da NEC Corporation.

MMO dentro lo scudo parasole – Copyright ESA – M. Pedoussaut

Gli strumenti scientifici

Come abbiamo detto, BepiColombo si compone di due orbiter indipendenti, ciascuno dotato di un set di strumenti scientifici.

L’europeo Mercury Planetary Orbiter (MPO) porta a bordo 11 sensori in totale, alcuni dei quali sono a loro volta divisi in sottosistemi specializzati. Eccone un riassunto.

  • BELA: BepiColombo Laser Altimeter – Questo strumento caratterizzerà e misurerà l’aspetto, la topografia e la morfologia superficiale di Mercurio. Fornirà un’altezza e una posizione topografica assolute rispetto a un sistema di coordinate centrato su Mercurio. Queste informazioni verranno utilizzate per creare un modello digitale del terreno che consenta un’esplorazione quantitativa della geologia, della tettonica e dell’età della superficie del pianeta. In sinergia con la camera stereografica STC (parte di SIMBIO-SYS) BELA aumenterà la conoscenza della geologia mercuriale, la morfologia superficiale, la datazione superficiale, la tettonica, il vulcanismo e l’evoluzione del pianeta.
  • ISA: Italian spring accelerometer. E’ un accelerometro ad alta sensibilità, sviluppato da INAF e TAS-I.  Supporterà lo studio del pianeta Mercurio ed i test della teoria della relatività generale di Einstein a un livello di accuratezza senza precedenti. Per eseguire tali misurazioni è necessario combinare i dati di quattro diversi strumenti situati sull’MPO: star tracker, telecamera ad alta risoluzione, accelerometro e transponder. L’accelerometro misurerà tutte le accelerazioni inerziali causate dalla radiazione solare visibile in entrata e dall’albedo di Mercurio che agiscono sulla struttura MPO.
  • MPO-MAG: Mercury Planetary Orbiter Magnetometer. L’obiettivo principale di MERMAG è di fornire le misurazioni del campo magnetico che porteranno alla descrizione dettagliata del campo magnetico planetario di Mercurio e della sua fonte. L’obiettivo è di contribuire alla comprensione dell’origine, dell’evoluzione e dello stato attuale dell’interno del pianeta.
  • MERTIS: MErcury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer. L’obiettivo di MERTIS è fornire informazioni dettagliate sulla composizione mineralogica dello strato superficiale di Mercurio. Lo farà misurando l’emittanza spettrale di diverse posizioni con alta risoluzione spettrale. La conoscenza della composizione mineralogica è cruciale per individuare la migliore delle diverse teorie in competizione, e quindi per selezionare un modello valido per spiegare l’origine e l’evoluzione del pianeta. MERTIS ha quattro obiettivi scientifici principali: lo studio della composizione della superficie di Mercurio, l’identificazione dei minerali che ne formano la roccia, la mappatura della mineralogia di superficie e lo studio della temperatura superficiale e dell’inerzia termica.
  • MGNS: Mercury Gamma-ray and Neutron Spectrometer. L’obiettivo principale dello spettrometro è determinare gli elementi chimici prevalenti nelle varie zone della superficie di Mercurio. La composizione sarà determinata dalle misure delle linee di spettro dei principali elementi di composizione del suolo, del flusso di dispersione dei neutroni e delle linee spettrali di elementi radioattivi naturali con una precisione del 10-30% circa e con una risoluzione superficiale di circa 400 km al pericentro dell’orbita MPO.
  • MIXS: Mercury Imaging X-ray Spectrometer (-C: collimator; -T: telescope). Lo spettrometro a raggi X di Mercury Imaging (MIXS) ha tre obiettivi scientifici principali. In primo luogo deve produrre mappe di abbondanza dei vari elementi chimici della roccia mercuriale con una precisione del 5-50% a seconda della concentrazione. In secondo luogo, eseguire una mappatura ad alta risoluzione della distribuzione spaziale dei vari elementi, e infine confermare che la zona aurorale, dove le particelle energetiche interagiscono con la superficie, è un’intensa fonte di raggi X continui e lineari. Raggiungere questi obiettivi consentirà di affrontare i principali problemi scientifici dell’origine di Mercurio come l’evoluzione, la natura delle modifiche superficiali (ad esempio craterizzazione, vulcanismo) e la struttura e la variazione della magnetosfera di Mercurio.
  • MORE: Mercury Orbiter Radio-science Experiment. Un esperimento di radioscienza basato sul transponder di bordo in banda Ka (KaT), ancora di TAS-I. Per MORE, la responsabilità scientifica è dell’Università di Roma Sapienza, con il supporto di JPL/NASA. MORE è dedicato allo studio degli obiettivi scientifici di BepiColombo in geodesia, geofisica e fisica fondamentale. Aiuterà a determinare il campo gravitazionale di Mercurio e le dimensioni e lo stato fisico del suo nucleo. Fornirà vincoli sperimentali cruciali ai modelli della struttura interna del pianeta e testerà le teorie della gravità con un’accuratezza senza precedenti. Infine, valuterà le prestazioni del nuovo sistema di determinazione dell’orbita ad alta precisione per la navigazione spaziale.
  • PHEBUS: Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy. PHEBUS utilizza l’emissione UV dall’esosfera di Mercurio per caratterizzarne composizione, struttura e dinamica. PHEBUS è uno spettrometro che lavora nell’intervallo di lunghezze d’onda da 55 a 330 nm e dedicato alla comprensione della composizione e della dinamica dell’esosfera di Mercurio. Utilizza due griglie e due rilevatori secondo un design speciale, innovativo e compatto.
  • SERENA: Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundance (composto da ELENA: Emitted Low-Energy Neutral Atoms; MIPA: Miniature Ion Precipitation Analyser; PICAM: Planetary Ion Camera; STROFIO: Start from a Rotating Field Mass Spectrometer). In questo caso si tratta di un l’esperimento per lo studio dell’ambiente particellare mediante i due analizzatori di particelle neutre (NPA) ELENA e STOFIO, quest’ultimo realizzato dalla Southwest Research Institute-USA, e due spettrometri di ioni (IS) MIPA e PICAM, a responsabilità scientifica di IFSI, ENEA, ISM e IFN e industriale di CGS e AMDL.
  • SIMBIO-SYS: Spectrometer and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System. Si tratta di un sistema integrato di osservazione della superficie e caratterizzazione del pianeta con camere (HRIC e STC) e uno spettroscopio (VIHI) sviluppato da Selex e a guida scientifica ASI.
  • SIXS: Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer. L’obiettivo di SIXS è di eseguire misurazioni di raggi X e particelle di origine solare nella posizione di BepiColombo. Lo strumento è in grado di effettuare misurazioni a banda larga di raggi X, protoni e spettri di elettroni con una risoluzione temporale elevata e un campo visivo molto ampio.

La posizione degli strumenti scientifici di MPO – Copyright: ESA/ATG medialab

La controparte giapponese MMO è dotata di cinque strumenti scientifici:

  • MMO-MAG: Mercury Magnetometer. L’MMO / MAG è costituito da due serie di magnetometri su un braccio: MGF-O (fuoribordo), un sensore digitale dello stesso tipo utilizzato in MPO-MAG, montato all’estremità del braccio da 4,4 m; e MGF-I (entrobordo), un sensore analogico progettato e realizzato da ISAS / JAXA, montato a 1,6 m dalla fine del braccio.
  • MPPE: Mercury Plasma Particle Experiment, un pacchetto di strumenti completo per la misura di plasma e particelle ad alta energia. Consiste di sette sensori.
  • PWI: Il Mercury Plasma Wave Instrument consiste di due serie di sensori di campo elettrico (MEFISTO e WPT) e due tipi di sensori di campo magnetico (LF-SC e DB-SC) che sono collegati a tre ricevitori (EWO, SORBET e AM2P) . Il PWI osserverà sia le forme d’onda che gli spettri di frequenza nella gamma di frequenze fino a 10 MHz per il campo elettrico e da 0,1 Hz a 640 kHz per il campo magnetico.
  • MSASI: Mercury Sodium Atmosphere Spectral Imager. Pronunciato “musashi”, MSASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager) è uno spettrometro dedicato alla misurazione di una linea di emissione di sodio D2 stretta (589nm ± 0,028nm) contro la superficie luminosa di Mercurio.
  • MDM: Mercury Dust Monitor. L’obiettivo principale di MDM è quello di esplorare l’ambiente polveroso in questa regione del Sistema Solare (0,31-0,47 UA). È in grado di rilevare il momento dell’impatto, la direzione approssimativa e la densità numerica delle particelle di polvere con un campo visivo che copre quasi una semisfera.

La posizione degli strumenti di MMO – Copyright ESA/ATG medialab

Le fasi del lancio

Con la missione VA245, il vettore Ariane 5 in versione ECA, al suo quinto volo del 2018, lancerà BepiColombo in un’orbita di allontanamento dalla Terra. Il peso totale del carico utile al momento del lancio sarà di 4.241 kg, ed Ariane partirà dall’Ariane Launch Complex No. 3 (ELA-3) di Kourou, nella Guiana Francese.

Il liftoff è previsto per le 01:45:28 UTC, le 03:45 del mattino italiane di sabato 20 ottobre 2018. Il tempo di volo, dal momento del decollo fino alla seprazione di BepiColombo dal vettore, è stimato in 26 minuti e 47 secondi. La velocità terminale impressa alla sonda sarà di 3.475 m/s con un’orbita inclinata di -3,8 gradi.

Il lancio è controllato dai due computer di bordo dell’Ariane 5. Circa 7 secondi dopo l’accensione del motore criogenico dello stadio principale, a T-0, i due booster a propellente solido vengono accesi consentendo il decollo. Inizialmente il lanciatore salirà in verticale per 13 secondi, quindi ruoterà in direzione est.  L’ogiva che protegge BepiColombo sarà espulsa a T + 189 secondi. Una volta completata la prima parte del volo, i computer di bordo ottimizzeranno la traiettoria in tempo reale al fine di ridurre al minimo il consumo di propellente, portando il lanciatore in orbita intermedia alla fine della fase di propulsione dello stadio principale e successivamente nell’orbita finale alla fine della spinta dello stadio superiore criogenico.

Il core booster non arriverà in orbita, ma rientrerà  cadendo in mare nell’Oceano Atlantico, al largo della costa africana (nel Golfo di Guinea). Alla fine della corsa verso l’orbita BepiColombo si starà muovendo a  circa 10.155 metri al secondo (36.558 chilometri orari) e si troverà ad un’altitudine di 1.449 km.

Ecco la sequenza completa degli eventi

Tempo
(± o:m:s)
Descrizione evento
-11:23:00 Inizio conto alla rovescia finale
-10:33:00 Controllo dei sistemi elettrici
-04:38:00 Inizio carico dei propellenti nello stadio criogenico principale (EPC)
-03:28:00 Inizio carico dei propellenti nello stadio criogenico superiore
-03:18:00 Inizio raffreddamento del  motore Vulcain
-01:15:00 Controllo della connessione tra il lanciatore e il sistema di telemetria, inseguimento e comando
-00:07:00 Rapporto su “tutti i sistemi GO”, con sincronizzazione dei sistemi
-00:04:00 Serbatoi a pressione di volo
-00:01:00 Il razzo è alimentato dai sistemi interni
-00:00:05 Apertura dei bracci di servizio degli stadi criogenici
-00:00:04 Comando del razzo completamente trasferito ai sistemi di bordo
-00:00:00 Tempo di riferimento
+00:00:01 Accensione dello stadio principale criogenico, con il motore Vulcain
+00:00:07.05 Accensione dei booster laterali a propellente solido
+00:00:07.30 Decollo
+00:00:12.30 Fine della traiettoria verticale, inizio della manovra di rollio
+00:00:31.10 Fine della manovra di rollio
+00:02:21 Separazione dei booster laterali
+00:03:09 Espulsione dell’ogiva del razzo
+00:06:26 Acquisizione del segnale radio alla stazione di Natal
+00:08:37 Fine della spinta dello stadio criogenico principale (EPC)
+00:08:43 Separazione dello stadio criogenico principale (EPC)
+00:08:47 Accensione dello stadio criogenico superiore (ESC-A)
+00:13:22 Acquisizione del segnale radio alla stazione di Ascension
+00:17:46 Acquisizione del segnale radio alla stazione di Libreville
+00:21:59 Acquisizione del segnale radio alla stazione di Malindi
+00:24:38 Arrivo all’orbita finale
+00:26:47 Separazione di BepiColombo

La complessa danza verso Mercurio

Di Y tambe – Y tambe’s file, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=248738

BepiColombo non volerà direttamente verso Mercurio, ma per raggiungere il suo obiettivo saranno necessari vari passaggi ravvicinati con altri pianeti, compresa la Terra. Contrariamente a quanto avviene con le missioni che esplorano i pianeti esterni del Sistema Solare, le sonde che sono destinate ai pianeti più vicini al Sole rispetto alla Terra devono essere rallentate, in quanto la forza gravità del Sole le accelera a velocità molto maggiori di quelle necessarie per entrare in orbita attorno al pianeta desiderato, in questo caso Mercurio.

Per ottenere il necessario rallentamento BepiColombo dovrebbe portare con sé una quantità molto grande di propellente, da spendere in lunghe accensioni dei razzi di manovra al fine di perdere velocità. Questo, però, avrebbe aumentato in modo inaccettabile la massa al lancio, rendendo di fatto impossibile la missione.  Un secondo metodo, molto più efficiente dal punto di vista dei “consumi”, è quello di volare nelle vicinanze di altri corpi celesti, ad esempio altri pianeti come Venere o la stessa Terra, di cui sfruttare il campo gravitazionale per ottenere la variazione di velocità desiderata. Impiegando questa tecnica BepiColombo rallenterà di 4 km al secondo grazie alla spinta del modulo MTM, e di ulteriori 3 km/s grazie ai gravity-assist con Terra, Venere e Mercurio stesso.

Semplificando molto il meccanismo possiamo intuitivamente dire che se la sonda approccia il pianeta con cui effettuare il fly-by passando davanti alla faccia rivolta verso la direzione del moto del pianeta stesso lungo la sua orbita attorno al Sole, ne ottiene una diminuzione di velocità. L’energia per la “manovra” viene dunque presa in prestito dall’energia cinetica del pianeta, che data l’enorme differenza di massa tra esso e la sonda, cambierà in maniera impercettibile l’ampiezza della sua orbita. Naturalmente il risparmio in carburante ha un prezzo: le sonde devono avvicinarsi molto al pianeta usato per l’effetto fionda gravitazionale, arrivando a sfiorarne a volte gli strati più esterni dell’atmosfera e richiedendo quindi una eccellente precisione in fase  di avvicinamento, e un allungamento dei tempi di viaggio che si misura in anni, specie se come nel caso di BepiColombo sono necessari vari fly-by.

La timeline del viaggio di BepiColombo verso Mercurio – (C) ESA

Qualche dato su Mercurio

Mercurio è il pianeta più piccolo e più interno del Sistema Solare, e il più vicino al Sole. La sua orbita è anche la più eccentrica (cioè la meno circolare) degli otto pianeti. Mercurio orbita a una distanza media di 0,3871 UA (circa 58.000.000 km) con un periodo siderale (cioè la durata di un “anno mercuriale”) di 87,969 giorni terrestri. Mercurio è anche in risonanza orbitale-rotazionale, così che per ogni tre rotazioni intorno al proprio asse (tre “giorni” mercuriali) ne compie due (due “anni” mercuriali) attorno al Sole. L’eccentricità dell’orbita è assai elevata (0,205) se comparata con quella della Terra, che supera di ben 15 volte. Se osservassimo il cielo dalla superficie di Mercurio, noteremmo che il Sole avrebbe un diametro apparente quasi tre volte maggiore di quello percepito sulla Terra, occupando mediamente 1,4° della volta celeste.

Mercurio in una immagine raccolta da MESSENGER – (C) NASA/JPL

Mercurio è caratterizzato dalla maggiore escursione termica tra i pianeti del Sistema Solare, con temperature che nelle regioni equatoriali vanno dai 100 K (-173 °C) di notte ai 700 K (427 °C) di giorno. Le regioni polari invece sono costantemente al di sotto dei 180 K (-93 °C). A ciò contribuisce il fatto che il pianeta sia quasi privo di un’atmosfera, che non svolge alcun ruolo quindi nella ridistribuzione del calore. La superficie fortemente craterizzata indica che Mercurio è geologicamente inattivo da miliardi di anni.

Nonostante le sue ridotte dimensioni e il lento moto di rotazione, Mercurio possiede un campo magnetico stabile e significativo. Le misurazioni delle sonde Mariner 10 e MESSENGER indicano un’intensità pari a circa l’1% del campo terrestre.  Il campo magnetico sarebbe generato dalla circolazione dei fluidi del mantello ricco di ferro. In particolare, i forti effetti mareali, causati dalla relativamente elevata eccentricità dell’orbita del pianeta, fornirebbero l’energia necessaria a mantenere il nucleo allo stato liquido.

Come seguire la missione

L’associazione ISAA seguirà in diretta le operazioni di lancio direttamente da ESA/ESOC tramite l’account twitter @AstronautiCAST. Chi invece desiderasse discutere con altri appassionati potrà seguire e commentare nella discussione dedicata su ForumAstronautico.it.

Sempre su Twitter è possibile seguire gli account ufficiali @BepiColombo@esaoperations ed @esascience. I tre moduli spaziali avranno inoltre i propri account personalizzati (@JAXA_MMO@ESA_Bepi ed @ESA_MTM); seguiteli per contenuti extra e per un punto di vista unico della missione. L’hashtag ufficiale è #bepicolombo.

ESA Web TV offrirà una diretta streaming del lancio a partire dalle 03:15 del mattino ora italiana su esa.int/live e su livestream.

Vi avvisiamo che le immagini della telecamera di monitoraggio di MTM che mostreranno l’apertura dei pannelli solari dei moduli MTM ed MPO saranno acquisite approssimativamente soltanto 12 ore dopo il lancio, mentre quelle delle antenne e dei bracci di MPO arriveranno un giorno e mezzo dopo il lancio.

Fonti

Segui la discussione su ForumAstronautico.it

https://www.forumastronautico.it/t/25274

Marco Zambianchi

Spacecraft Analyst per la missione Gaia presso ESA/ESOC, è fondatore di ForumAstronautico.it, e co-fondatore di AstronautiCAST. Conferenziere di astronautica al Planetario di Lecco fino al 2012, scrive ora su AstronautiNEWS ed è Presidente dell'associazione ISAA.

2 Risposte

  1. RT83_Ita ha detto:

    Complimenti per l’articolo. Come sempre siete molto chiari e comprensibili, permettendo anche a i non addetti ai lavori di comprendere le meraviglie di questa Scienza. Grazie e in bocca al lupo alla sonda e a tutti gli addetti coinvolti.

  2. MayuriK ha detto:

    Davvero una missione ambiziosa per ESA/JAXA: spero vada tutto bene!

    Complimenti invece a voi per la dettagliatezza dell’articolo, davvero ben fatto!

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