Primo volo di precisione per la missione Proba-3

Per la prima volta nella storia, due veicoli spaziali in orbita sono stati allineati in formazione con precisione millimetrica, volando in questa modalità per diverse ore senza controllo da Terra.

Lo ha annunciato l’Agenzia spaziale europea (ESA) giovedì 8 maggio, dopo che i due veicoli spaziali, Coronograph e Occulter, che assieme compongono la missione Proba-3 (Project for On-Board Autonomy-3), hanno volato in formazione perfetta ad una distanza di 150 metri l’uno dall’altro, proprio come se fossero un unico gigantesco oggetto.

Dal punto di vista prettamente scientifico, l’obiettivo della missione è quello riuscire ad allineare i due veicoli spaziali con il Sole in modo tale che il disco del diametro di 1,4 metri montato sull’Occulter vada a proiettare un’ombra larga 5 cm sullo strumento ottico del Coronograph, permettendo ad esso di eseguire le sue osservazioni della debole corona solare.

Già qualche settimana fa la missione aveva raggiunto un importante obiettivo quando il team di controllo composto da ingegneri dell’agenzia e dai partner industriali del progetto, tutti radunati presso l’European Space Security and Education Centre dell’ESA situato a Redu in Belgio, era riuscito ad allineare i due satelliti in formazione, monitorandone poi il comportamento mentre essi mantenevano la loro posizione relativa in maniera autonoma. L’obiettivo in quella prima occasione era stato raggiunto mediante l’impiego di una serie di strumentazioni per il posizionamento gestite da Terra.

Ora invece, a seguito di test e di opportune calibrazioni, i controllori sono riusciti a raggiungere la precisione necessaria per rendere Proba-3 la prima missione al mondo ad eseguire un volo in formazione autonomo di precisione in maniera continuativa.

Per realizzare questa particolare missione, i progettisti hanno dovuto impiegare diverse tecnologie innovative, molte delle quali sono dei veri e propri dimostratori tecnologici sviluppati tramite il General Support Technology Programme (GSTP) dell’ESA.

Il volo in formazione è stato ottenuto quando quando i due satelliti erano ad oltre 50.000 km di quota durante il loro percorso orbitale, dove l’influenza della gravità terrestre è sufficientemente bassa da consentire l’utilizzo di minime quantità di propellente per mantenere la posizione. Di seguito la formazione viene rotta e quindi ripristinata di nuovo, all’orbita successiva, in maniera ciclica.

La sequenza ripetitiva di voli in formazione è stata avviata dal centro di controllo, che per prima cosa ha dovuto stabilire la posizione esatta dei due satelliti in orbita. Quindi sono stati fatti avvicinare tra di loro tramite i sistemi propulsivi di cui sono dotati e una volta raggiunta la distanza reciproca stabilita, il resto delle operazioni è stato svolto in modalità autonoma. I due veicoli orbitali sono stati in grado di misurare e controllare le rispettive posizioni relative usando il Visual Based System, il quale include una fotocamera grandangolo posizionata sull’Occulter, che è in grado di tracciare una serie di LED lampeggianti installati sul Coronograph.

Una volta che i due satelliti hanno raggiunto una determinata distanza reciproca, una fotocamera ad angolo stretto fissa sulla stessa serie di luci ha permesso un posizionamento più fine.

Tuttavia, per raggiungere la precisione nominale del volo in formazione sono dovute entrare in azione altre due tecnologie innovative: il laser di bordo con la sua calibrazione e la sua conseguente integrazione nel ciclo di gestione del volo in formazione.

Lo strumento laser, chiamato Fine Lateral and Longitudinal Sensor (FLLS), permette un’accuratezza nel posizionamento relativo di un millimetro. Consiste in un fascio laser inviato dall’Occulter e rimbalzato dal retroriflettore del Coronograph di nuovo verso l’Occulter, dove viene rilevato da un apposito sensore.

La seconda fondamentale innovazione tecnologica risiede nel sensore d’ombra, il cui algoritmo associato è in grado di elaborare i dati relativi all’intensità della luce attorno all’apertura del coronografo per assicurare che il satellite Coronograph stia perfettamente all’interno del cono d’ombra proiettato dal satellite Occulter.

La combinazione di questi sensori e dei software di bordo, che è in grado di gestire tutti i sistemi dei satelliti compresi i sistemi di navigazione, guida e controllo, permette un volo in formazione di una stabilità ben al di là dalle aspettative. Si tratta di accuratezze su scala millimetrica relativamente alla distanza e su scala submillimetrica riguardo alla posizione laterale.

La missione Proba-3 è partita per lo spazio il 5 dicembre 2024 con un vettore PSLV-XL dal Satish Dhawan Space Centre in India. I due satelliti sono stati collocati su di un’orbita ellittica con un apogeo di 60.500 km, un perigeo di 600 km ed un’inclinazione di 59°. La missione ha una durata nominale di due anni.

Fonti: ESA.