Europa Clipper inizia la fase di assemblaggio

Una rappresentazione artistica di Europa Clipper mentre sorvola la luna Europa di Giove © NASA/JPL-Caltech

La singolare luna di Giove, Europa, potrebbe avere il potenziale per ospitare la vita. La sonda della NASA Europa Clipper effettuerà diversi sorvoli per verificare l’abitabilità di questo mondo oceanico.

Nei giorni scorsi, l’importante missione verso il sistema solare esterno Europa Clipper ha superato un altro fondamentale esame passando la Critical Design Review (CDR). Nel corso di questa estesa procedura di revisione, gli esperti hanno analizzato il progetto dettagliato del veicolo spaziale per verificare che fosse pronto per la fase di costruzione. Dopo aver passato questo importante esame la missione è stata promossa alla fase di assemblaggio e di test del veicolo e del suo carico utile composto da sofisticati strumenti scientifici.

Una rappresentazione artistica della sonda Europa Clipper. ©NASA/JPL-Caltech

La luna Europa, con il suo enorme oceano interno, grande il doppio di tutti gli oceani terrestri combinati, potrebbe possedere delle caratteristiche potenzialmente adatte a sostenere la vita; tuttavia le sue temperature rigide e la continua tempesta di radiazioni provenienti da Giove la rendono un mondo di difficile esplorazione. Gli ingegneri hanno così dovuto progettare una sonda abbastanza robusta da sopportare le asperità dello spazio gioviano e al tempo stesso abbastanza sensibile da permettere la raccolta dei dati scientifici dell’ambiente di Europa.

Europa Clipper volerà attorno a Giove con una traiettoria ellittica, sfiorando la luna a ogni sorvolo per svolgere la sua dettagliata ricognizione, che comprende rilievi sul suo oceano interno, la mappatura della sua composizione superficiale e della sua geologia, oltre che la ricerca di sbuffi e pennacchi di vapore acqueo che potrebbero fuoriuscire dalla sua crosta ghiacciata. Al momento è prevista una quarantina di sorvoli.

Sulla base dell’esito del Critical Design Review si può affermare che lo sviluppo della sonda sta procedendo bene. La CDR ha svolto una profonda ispezione delle specifiche progettuali di tutti gli strumenti scientifici, dalle fotocamere alle antenne, e dei sottosistemi di volo, inclusi la propulsione, i sistemi energetici, l’avionica e il computer di volo.

Hardware in lavorazione

Oltre ai progetti dettagliati, i tecnici hanno costruito dei prototipi e dei modelli ingegneristici per verificare quanto bene possano lavorare gli strumenti e i sottosistemi ingegneristici. Buona parte dell’hardware di volo è già stata costruita, visto che nel corso dell’ultimo anno e mezzo i sottosistemi ingegneristici e le strumentazioni hanno superato le proprie revisioni progettuali.

Le caratteristiche più straordinarie di Europa Clipper, i suoi elementi peculiari, stanno quindi prendendo forma. L’antenna ad alto guadagno (o High Gain Antenna – HGA), un disco del diametro di tre metri che riceverà i comandi dalla Terra e trasmetterà i dati scientifici, è nella fase finale di assemblaggio. Per ogni sessione di tracking essa sarà in grado di trasmettere diversi gigabyte di dati scientifici e fungerà da schermo solare quando la sonda interplanetaria sarà nelle vicinanze del Sole durante il viaggio verso la sua destinazione finale. I grandi pannelli solari che si dispiegheranno nello spazio sono tutt’ora in fase di costruzione. La sonda con la coppia di pannelli estesi avrà un’estensione superiore a quella di un campo da basket, ovvero 30,5 m, mentre la loro superficie complessiva raggiungerà i 90 m².

L’antenna a coppa ad alto guadagno di Europa Clipper, qui mostrata capovolta. ©NASA

Il modulo propulsivo è in fase di costruzione da parte del Johns Hopkins Applied Physics Lab (APL) a Laurel, in Maryland. Esso consiste in due cilindri impilati che assieme raggiungono un’altezza di 3 metri. Al loro interno alloggiano i serbatoi per i propellenti e i 16 motori a razzo che spingeranno Europa Clipper una volta lasciata l’atmosfera terrestre. La maggior parte delle variazioni di velocità necessarie per affinare le traiettorie una volta raggiunta l’orbita del più grande pianeta del Sistema solare, arriveranno dall’assistenza gravitazionale che la sonda sfrutterà durante i sorvoli delle sue lune.

I tecnici del Goddard Space Flight Center della NASA verificano l’unione dei cilindri del modulo propulsivo di Europa Clipper, nell’ottobre del 2020. ©NASA/Barbara Lambert

Gli enormi cilindri incarnano lo sforzo cooperativo necessario alla realizzazione di un veicolo spaziale come questo. Infatti essi sono stati costruiti dall’APL e spediti poi al Jet propulsion Laboratory (JPL) della NASA per l’installazione delle tubazioni del Heat Redistribution System, il quale fa parte del sistema di controllo termico del veicolo. Di seguito sono stati inviati al Goddard Space Flight Center della NASA di Greenbelt, Maryland, per l’installazione del sistema propulsivo. Sono presenti ben 400 saldature, tutte controllate ai raggi X per fare in modo che il sistema propulsivo venga installato con successo.

L’APL sta anche costruendo il modulo per le telecomunicazioni con la Terra e un sistema per il monitoraggio delle radiazioni, per misurare le dimensioni delle esplosioni di elettroni che colpiranno la sonda durante i suoi oltre 40 sorvoli di Europa.

Presso il Jet Propulsion Laboratory sono in fase di costruzione diversi elementi del sistema di volo che includono una volta protettiva per la schermatura dall’intensa radiazione gioviana delle apparecchiature elettroniche critiche. A Pasadena si sta costruendo anche il sottosistema avionico, il quale include il computer di volo, l’hardware per la commutazione e la distribuzione dell’energia, il software di volo necessario per eseguire la missione scientifica e gli strumenti del sistema di terra necessari per far volare la missione. Inoltre si sta costruendo l’attrezzatura di supporto a terra che verrà impiegata per assemblare e testare le grandi parti dell’hardware di volo di Europa Clipper.

«È un periodo davvero eccitante per il nostro team, il quale sta iniziando a vedere il frutto del proprio lavoro che nel giro di pochi anni verrà inviato verso Giove» ha commentato il vice manager del progetto Europa Clipper, Jordan Evans del JPL. «Anche durante la pandemia da COVID-19 il team sta continuando a dare il massimo. Usando i protocolli di sicurezza sul luogo di lavoro, alcuni addetti stanno svolgendo il lavoro necessario sull’hardware, mentre il resto del team può lavorare in sicurezza da casa».

Una suite di sofisticati strumenti scientifici

Mentre il lavoro prosegue, i responsabili del progetto continuano a pianificare l’aspetto scientifico della missione i cui strumenti sono stati selezionati nel 2015 e aggiornati nel 2019.

Alcuni degli strumenti scientifici verranno collocati direttamente sul corpo del veicolo spaziale, altri invece troveranno la loro sistemazione al termine di alcune aste. Anche alcune delle antenne di Europa Clipper parteciperanno alla ricognizione scientifica nella funzione esclusiva di antenne radar, altre antenne serviranno puramente per le telecomunicazioni, infine un gruppo di antenne servirà sia per le telecomunicazioni sia per la scienza (gravità e radio scienza).

Relativamente agli studi sulla gravità, gli scienziati useranno i segnali radio scambiati fra il sottosistema per le telecomunicazioni di bordo e la rete di antenne terrestri del Deep Space Network della NASA, per rilevare le leggere variazioni dell’attrazione gravitazionale fra Europa ed Europa Clipper. Tali variazioni riveleranno i dettagli della distribuzione interna della massa della luna, permettendo agli studiosi di conoscerne la struttura più intima.

La strumentazione scientifica della sonda misurerà lo spessore della crosta di ghiaccio, la profondità dell’oceano interno e la sua salinità; catturerà immagini a colori della geologia superficiale in dettaglio e analizzerà i potenziali getti di vapore acqueo.

Gli scienziati sono particolarmente interessati alla composizione della superficie di questa affascinante luna gioviana. Alcune evidenze suggeriscono che il materiale esposto sia un miscuglio proveniente dall’oceano sottostante. Europa Clipper svolgerà indagini sul campo gravitazionale di Europa, le quali potranno dare più indicazioni agli scienziati su come la luna si fletta a seguito dell’attrazione gravitazionale di Giove e su come questa azione possa potenzialmente riscaldare il suo oceano interno.

«Stiamo facendo un lavoro che fra dieci anni cambierà il modo in cui pensiamo alla diversità dei mondi del Sistema solare esterno e su dove riteniamo possa esistere la vita adesso e non nel passato» ha dichiarato lo scienziato del progetto, Robert Pappalardo del JPL.

Tuttavia, più strumenti trasporta un veicolo spaziale, più essi interagiscono inevitabilmente l’un l’altro inficiando potenzialmente e reciprocamente la loro operatività. Per evitare ciò, Pappalardo ha spiegato che sono in corso delle verifiche per far sì che le apparecchiature scientifiche possano tutte operare contemporaneamente senza interferenze elettromagnetiche.

Uno sguardo alle strumentazioni scientifiche

Europa Thermal Emission Imaging System

L’Europa Thermal Emission Imaging System, o E-THEMIS, realizzerà immagini infrarosse di Europa per permettere agli scienziati di misurare le temperature superficiali della luna. Lo strumento ricercherà tracce di recente rimescolamento superficiale e sarà utile per rilevare le asperità superficiali per lander del futuro.

Il modello ingegneristico del modulo del piano focale di E-Themis. ©NASA/Arizona State University

Europa Clipper Magnetometer

I sensori dell’Europa Clipper Magnetometer (ECM) misureranno la direzione, la forza e la variazione nel tempo dei campi magnetici nelle vicinanze di Europa e nel sistema gioviano. Il campo magnetico di Europa è generato dall’interazione fra il forte campo magnetico di Giove e l’oceano di acqua salata allo stato liquido che si suppone si trovi sotto la crosta della luna. L’ECM dovrebbe permettere agli studiosi di confermare l’esistenza di questo oceano, di misurarne la profondità e la salinità e di determinare lo spessore del guscio di ghiaccio. L’ECM verrà posizionato su di un’asta che verrà estesa dopo il lancio.

Il sensore dell’Europa Clipper Magnetometer. ©NASA/JPL-Caltech

Europa Imaging System

La suite di fotocamere digitali nel campo della luce visibile della sonda è chiamata Europa Imaging System, o EIS. EIS consiste di una fotocamera grandangolo e di una con un campo di ripresa più stretto, entrambe dotate di un sensore da 8 megapixel con un range di sensibilità centrato nel visibile, nell’ultravioletto e nel vicino infrarosso. Il sistema delle due fotocamere permetterà la ripresa di immagini stereoscopiche e sarà dotato di sei filtri per l’acquisizione di immagini a colori. EIS mapperà Europa a risoluzioni di gran lunga superiori a quelle mai raggiunte da altre missioni, arrivando a 50 centimetri per pixel. L’Europa Imaging System rivelerà le caratteristiche superficiali e le loro relazioni con le strutture del sottosuolo, ricercherà segnali di recente attività geologica e i getti di materiale verso lo spazio.

Il modello ingegneristico della fotocamera ad angolo ristretto di EIS. È dotata di un sistema cardanico che le permette di ruotare di 60°. ©NASA/JHU-APL
Il modello ingegneristico della fotocamera grandangolo di EIS viene sottoposta a dei test ambientali. ©NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Ultraviolet Spectrograph

L’Europa Clipper Ultraviolet Spectrograph, o Europa-UVS, raccoglierà la luce ultravioletta tramite un telescopio per diffonderla in un rilevatore che poi la analizzerà. Tramite questo strumento gli scienziati potranno identificare i gas atmosferici e i materiali superficiali di Europa. Europa-UVS indagherà anche attorno all’ambiente della luna alla ricerca di evidenze di pennacchi di acqua liquida provenienti dall’interno della luna gioviana.

L’alloggiamento destinato al volo dell’Europa Ultraviolet Spectrograph. ©NASA/SWRI

MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa

Il MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa, o MASPEX, raccoglierà i gas per far “rimbalzare” i loro ioni avanti e indietro nello strumento. Misurando con estrema precisione i tempi dei loro transiti nello strumento, gli scienziati potranno determinare la massa di questi gas ionizzati. MASPEX verrà usato per studiare i gas nella tenue atmosfera di Europa per porli in relazione con le caratteristiche della superficie, del suo ipotetico oceano sotterraneo e per comprendere i meccanismi di scambio di materiale fra l’oceano e la superficie. Lo strumento verrà inoltre impiegato per studiare come la radiazione proveniente da Giove altera i composti chimici della superficie di Europa, e per analizzare i getti di materiale provenienti dalle riserve liquide incorporate nel ghiaccio.

Il modello ingegneristico dello spettrometro di massa MASPEX ©NASA/SWRI

Mapping Imaging Spectrometer for Europa

Il Mapping Imaging Spectrometer for Europa, o MISE, raccoglierà la luce infrarossa riflessa da Europa risolvendola nelle sue varie lunghezze d’onda. Proprio come una fotocamera nel visibile, esso produrrà delle immagini, ma queste immagini mostreranno la composizione dei materiali superficiali. MISE mapperà la distribuzione dei ghiacci, dei sali, delle sostanze organiche e dei punti più caldi di Europa. Queste mappe saranno d’aiuto nel determinare se l’oceano sotterraneo, di cui si sospetta l’esistenza, sia adatto a sostenere la vita ed inoltre saranno utili per caratterizzare la storia geologica di Europa.

Il reticolo di diffrazione del MISE, che serve a disperdere la luce, in modo simile a quello di un prisma, prima che la luce vada a colpire il rilevatore dello strumento. ©NASA/JPL-Caltech

Plasma Instrument for Magnetic Sounding

Il Plasma Instrument for Magnetic Sounding, o PIMS, sarà dotato di quattro sensori chiamati coppe di Faraday che serviranno a misurare la corrente elettrica prodotta dalle particelle di gas ionizzato (plasma) che colpiscono la piastra posta all’interno di ciascun sensore. Gli scienziati si serviranno del PIMS per studiare le caratteristiche del plasma attorno ad Europa, per comprendere meglio lo spessore del guscio ghiacciato della luna, la profondità dell’oceano e la sua salinità.

I sensori delle coppe di Faraday dello strumento PIMS, per la misura del plasma nei pressi di Europa e Giove. A sinistra una unità nella sua configurazione di volo con le coperture termiche, a destra, nella configurazione per il trasporto e per i test. ©NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

SUrface Dust Analyzer

Nello spazio nelle vicinanze di Europa, oltre al plasma, vi sono minuscole particelle provenienti dalla superficie della luna che sono state scagliate nello spazio dall’azione dei micrometeoriti. Queste microscopiche particelle di polvere possono essere rilevate dal SUrface Dust Anlyzer, o SUDA. SUDA misurerà la composizione di queste polveri, oltre alla loro velocità e direzione, rivelando la regione di provenienza della superficie di Europa. Qualora Europa proiettasse realmente nello spazio getti di acqua e particelle sotterranee, SUDA sarà in grado di rilevare anche questo materiale.

Lo strumento SUrface Dust Analyser di Europa Clipper, illustrato durante le fasi di assemblaggio e test presso il Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, Boulder, Colorado. ©NASA/CU Boulder-LASP.

Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface

Il Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface, o REASON, è un radar che tramite i segnali radio ad alta frequenza (High Frequency – HF) e a frequenza molto alta (Very High Frequency – VHF) sarà in grado di penetrare fino a una profondità di 30 km nel guscio ghiacciato di Europa. Le onde radio rimbalzeranno sullo strato di acqua sottostante o sugli altri dettagli morfologici, fino a ritornare alla sonda per creare immagini dell’interno ghiacciato della luna. REASON aiuterà gli scienziati a vedere l’ipotetico oceano sotterraneo di Europa, a misurarne lo spessore del ghiaccio e a comprenderne meglio la sua struttura e la circolazione dei materiali fra i vari strati. Il radar potrà anche studiare l’elevazione, la composizione e l’asperità della superficie della luna gioviana e potrà scrutare la sua atmosfera superiore alla ricerca di getti e pennacchi provenienti dalla superficie. Come l’ECM e i pannelli solari, anche le antenne di REASON verranno ripiegate per il decollo e quindi riestese nelle settimane seguenti il lancio. I team ingegneristici stanno testando i meccanismi di dispiegamento, qui sulla Terra, per assicurarsi che REASON possa aprirsi completamente e senza problemi.

Un ingegnere del JPL ispeziona una delle quattro antenne radar VHF dello strumento REASON nella sua configurazione estesa. Nelle settimane seguenti al lancio, l’antenna VHF verrà estesa nella sua configurazione operativa raggiungendo la lunghezza di 2,6 m. ©NASA/JPL-Caltech
Gli ingegneri del JPL testano una delle due antenne ad alta frequenza dello strumento REASON. ©NASA/JPL-Caltech

Astrobiologia

Missioni come quella di Europa Clipper aiutano a fare progressi nell’astrobiologia, il campo di ricerca interdisciplinare che studia le variabili e le condizioni di mondi lontani che potrebbero ospitare la vita, per come la conosciamo. Se da un lato Europa Clipper non è una missione che ricercherà la vita, dall’altro però eseguirà una dettagliata ricognizione di Europa e appurerà se la luna ghiacciata, con il suo probabile oceano sotterraneo, ha la capacità di supportare la vita.

La comprensione dell’abitabilità di Europa, aiuterà gli scienziati a capire meglio come si è evoluta la vita sulla Terra e il potenziale per trovare la vita oltre il nostro pianeta.

La suite completa degli strumenti scientifici verrà sottoposta a una intensa serie di test dopo il suo arrivo al JPL entro quest’anno. Agli inizi del 2022 inizierà la fase di assemblaggio, test e delle operazioni legate al lancio. Per certi versi, il conto alla rovescia è già partito.

Il team è in rotta per fare in modo che Europa Clipper sia pronto al lancio nel 2024.

Fonte: NASA/JPL

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Luca Frigerio

Impiegato nel campo delle materie plastiche e da sempre appassionato di spazio, basket e birra. E' iscritto a forumastronautico.it dal Novembre 2005 e da diversi anni sfoga parte della sua passione scrivendo per astronautinews.it. E' consigliere dell'Associazione Italiana per l'Astronautica e lo Spazio (ISAA)