PACE è arrivato in orbita

Alle 07:33 italiane di giovedì 8 febbraio 2024, un Falcon 9 di SpaceX è decollato dallo Space Launch Complex 40 del centro spaziale Cape Canaveral, in Florida, negli Stati Uniti d’America, rilasciando pochi minuti più tardi il satellite PACE della National Aeronautics and Space Administration (NASA). Il booster utilizzato per questa missione è stato B1081, giunto al quarto volo dopo aver servito Crew-7 nell’agosto 2023, CRS-29 nel novembre 2023 e il gruppo 6-34 di Starlink nel dicembre 2023. Il primo stadio è poi rientrato correttamente alla Landing Zone-1 dopo circa otto minuti dal decollo. Si è trattato del primo lancio in orbita polare dalla costa est per il Launch Services Program, e il primo di NASA dal 1960. Per SpaceX invece il cosiddetto corridoio polare è stato utilizzato in diverse missioni, in particolare quelle Transporter e SAOCOM 1B. Le motivazioni per cui si è dovuto aspettare così tanto per l’utilizzo di questa traiettoria dalla costa est è da imputare alla possibile caduta di stadi sull’isola di Cuba e alla necessità di avere un sistema di terminazione del volo automatico (ATFS) in caso di problemi.

PACE, acronimo di Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem, è un satellite di osservazione terrestre che avrà lo scopo di migliorare la comprensione degli ecosistemi oceanici e dell’atmosfera tramite misurazioni di alcune variabili fondamentali associate alla formazione delle nuvole, delle particelle e degli inquinanti nell’aria e del fitoplancton, organismi microscopici presenti nei primi metri della superficie oceanica. La durata nominale della missione è di tre anni, ma il propellente caricato a bordo sarà in grado di coprire più di 9 anni complessivi in orbita.

PACE, il satellite

Una breve storia di PACE

L’agenzia spaziale statunitense ha approvato formalmente la missione nel 2015, assegnandole un budget complessivo di 800 milioni di dollari. Nel corso dei successivi anni, gli ingegneri e gli scienziati hanno proceduto a finalizzare il design degli strumenti e della sonda e predisporre i test necessari a verificare il corretto funzionamento dell’insieme.

I test finali si sono svolti tra il 2022 e il 2023 e hanno permesso di individuare delle problematiche relative al polarimetro HARP2, il cui design è stato poi rivisto dagli addetti ai lavori. Risolti i problemi, nella seconda metà del 2023 la sonda completamente assemblata è stata testata per circa 33 giorni nella camera a termovuoto del Goddard Space Flight Center a Greenbelt, nel Maryland.

Il 12 novembre 2023 la sonda è arrivata presso l’Astrotech Spacecraft Opertions Facility, vicino al Kennedy Space Center (KSC), dove sono inizate le operazioni finali prima del decollo. Dopo essere stata rifornita di idrazina, il 24 gennaio 2023 i tecnici di NASA e SpaceX hanno unito la sonda all’adattatore del Falcon 9 e il primo febbraio la sonda è stata incapsulata.

Il lancio sarebbe dovuto avvenire il 6 febbraio, ma condizioni meteo avverse ne hanno causato il rinvio prima al 7 e poi all’8 febbraio. La scelta di lanciare in notturna è dovuta all’orbita su cui PACE sarà immesso, un’orbita eliosincrona con periodo di 98,3 minuti. La particolarità di questa orbita è di mantenere costante l’orientamento rispetto al Sole, e di conseguenza, passare sopra a luoghi diversi alla stessa ora locale nelle stesse condizioni di illuminazione. Dal momento che PACE avrà come scopo principale l’osservazione degli oceani, avere il Sole direttamente dietro al satellite potrebbe generare dei riflessi indesiderati: per impedire che ciò avvenga, PACE sarà leggermente fuori asse.

L’orbita di PACE. Credits: NASA

A differenza della maggior parte delle missioni in cui il satellite viene rilasciato in un’orbita diversa da quella finale che viene raggiunta utilizzando i propri motori, il Falcon 9 ha immesso PACE direttamente nell’orbita definitiva. L’ora esatta del lancio (le 01:33 locali) è stata infatti calcolata tenendo conto di questo fattore e programmata in modo tale che, nella fase di approccio all’India e quindi nella parte illuminata della Terra, PACE attraversasse l’equatore esattamente alle ore 13:00 locali.

Dimensioni fisiche

PACE è alto circa 3 metri e a pieno carico di carburante pesa circa 1.700 kg. È dotato di un sistema propulsivo a otto motori alimentati a idrazina, contenuta in serbatoi da 235 kg di capacità l’uno. Per l’alimentazione elettrica PACE farà affidamento su un pannello fotovoltaico diviso in tre sezioni, delle dimensioni complessive di circa 2,5m × 4,3 m, in grado di produrre 2,7 kW di potenza a inizio missione.

Scopo scientifico

PACE ha due obiettivi scientifici principali:

  • ampliare il catalogo di dati disponibili su aerosol, nuvole e colore degli oceani;
  • rispondere a nuovi interrogativi scientifici tramite l’ausilio di strumentazione più avanzata rispetto alle precedenti e attuali generazioni di satelliti in orbita.

Quando si parla di colore degli oceani ci si riferisce alla composizione spettrale della luce visibile che viene riflessa dagli oceani: dipende da molti fattori, tra cui le condizioni atmosferiche e l’angolo di osservazione, ma anche dalle sostanze che sono presenti. In questo modo PACE sarà in grado di studiare la presenza di fitoplancton, distinguendone anche le diverse specie e pericolosità, grazie alla conoscenza della risposta spettrale di ogni specie e della elevata risoluzione dei suoi strumenti.

La caratterizzazione delle specie di fitoplancton permetterà anche di tracciare meglio il percorso del carbonio: specie diverse infatti fanno seguire alle molecole di carbonio percorsi diversi, ad esempio inglobandolo in cibo per altre specie oppure trasformandolo in prodotto di scarto che si deposita sul fondo dell’oceano.

Esiste comunque un filo conduttore tra PACE, fitoplancton e aerosol: alcuni di questi infatti possono contribuire ai cosiddetti fitoplankton bloom, improvvisi aumenti di concentrazione di una specie di fitoplancton, che possono avere effetti sia positivi che negativi sull’ecosistema circostante. Alcune specie di plancton invece producono sostanze che sono in grado di stimolare la formazione di nuvole.

Tramite l’analisi degli aerosol, PACE sarà anche in grado stabilire quali materiali stiano bruciando negli incendi che avvengono a Terra, e dopo che questi sono stati domati, studiare la ricrescita della vegetazione nelle aree interessate. Grazie all’Ocean Color Instrument e alla sua ampia copertura spettrale, si potrà avere una mappatura globale delle risposte della vegetazione agli stress indotti dall’ambiente circostante.

Strumenti

PACE dispone di tre strumenti: Ocean Color Instrument (OCI), lo strumento principale per l’osservazione dell’atmosfera e della superficie degli oceani, e due polarimetri, SPEXone e Hyper-Angular Rainbow Polarimeter #2 (HARP2).

Ocean Color Instrument (OCI)

Tecnicamente parlando, OCI è un radiometro per immagini iperspettrali, ovvero uno strumento in grado di scattare foto in diverse bande elettromagnetiche molto ravvicinate le une alle altre. In particolare OCI coprirà un ampio intervallo di lunghezze d’onda: da 350 nm a 885 nm, ovvero dall’ultravioletto fino all’infrarosso, a cui vanno aggiunte alcune bande negli infrarossi corti, da 940 nm a 2.260 nm. La densità di bande raggiunta da OCI è significativamente più alta rispetto ai predecessori: per dare un termine di paragone con un satellite ancora in attività, il Suomi National Polar-orbiting Partnership lanciato nel 2011 dispone del Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), in grado di osservare in sole cinque bande del visibile.

SPEXone

SPEXone è uno dei due polarimetri montati a bordo: misurerà il grado e l’angolo di polarizzazione lineare della luce riflessa dalla superficie degli oceani o della terra, con lo scopo di caratterizzare gli aerosol presenti in atmosfera. Per aerosol si intendono piccole particelle solide o liquide in sospensione nell’atmosfera e che hanno impatti sulle proprietà delle nuvole e quindi indirettamente sul clima.

Hyper-Angular Rainbow Polarimeter #2 (HARP2)

HARP2 è l’altro polarimetro e avrà gli stessi obiettivi di SPEXone. Tuttavia, osserverà in quattro bande spettrali nel visibile e nel vicino infrarosso e ad angolazioni diverse: il tutto per studiare le proprietà microfisiche delle particelle atmosferiche, come distribuzione in dimensione, abbondanza, forma e indice di rifrazione.

Fonti: PACE mission website, PACE’s mission blog on NASA website.

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Matteo Deguidi

Studio Astrophysics and Cosmology a Padova e qui provo a raccontare quello che succede nel mondo dell'astronautica mondiale, concentrandomi su missioni scientifiche in corso o in fase di sviluppo, con qualche spruzzata di astronomia.