ExoMars 2020 è una missione di esplorazione robotica con l’obiettivo di portare su Marte una piattaforma dalla quale far scendere il Rover “Rosalind Franklin”. Il Rover, del peso approssimativo di 2 t, si muoverà sulla superficie marziana alla ricerca di tracce di vita, preleverà campioni di suolo con un trapano e li analizzerà grazie all’avanzatissimo Laboratorio Analitico ALD (Analitycal Laboratori Drawer), cuore del Rover. ExoMars sarà la prima missione caratterizzata da capacità di movimento sulla superficie e di analisi in profondità del suolo marziano.
Grazie all’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), il nostro Paese è stato coinvolto nella progettazione della missione e in attività essenziali per il successo del programma.

Di recente è stato inaugurato a Torino, presso ALTEC (Aerospace Logistics Technology Engineering Company), il ROCC (Rover Operation Control Center) della missione ExoMars 2020. Compito del ROCC sarà quello di pianificare e verificare gli spostamenti del Rover, ricercando le zone più idonee per gli obiettivi della missione: trovare eventuali tracce riconducibili a forme di vita passata e/o presente. Il centro di controllo sarà operativo a luglio 2020, quando la navicella ExoMars 2020 verrà lanciata per il suo viaggio interplanetario. I comandi saranno inviati al Rover tramite il TGO (Trace Gas Orbiter), lanciato nella missione ExoMars 2016 (attualmente in orbita intorno a Marte). La rete delle comunicazioni sarà gestita dall’ESOC (European Space Operations Centre) dell’European Space Agency (ESA) a Darmstadt (Germania).

Il ROCC sarà composto da differenti sistemi e strutture:
– Operations room, sala nella quale verranno pianificate, gestite ed eseguite tutte le operazioni del Rover insieme ai team scientifici;
– MarsTerrain Simulator (MTS), ambiente dove verrà simulato il terreno marziano (dal punto di vista morfologico e mineralogico) a supporto dell’attività operativa quotidiana, dei test funzionali del Rover Ground Test Model (GTM) e per riprodurre le contingenze che il Rover si troverà ad affrontare sulla superficie marziana;
– Tilting platform, struttura di 8 x 8 m che permetterà di supportare i test del Rover GTM;
– Drilling and illumination system, ambiente che riprodurrà e testerà le operazioni di trapanatura e simulare la variazione di luce marziana.

LE MISSIONI DEL PROGRAMMA EXOMARS

ExoMars è un programma congiunto ESA-Roscosmos (Agenzia Spaziale Russa) che in due distinte missioni (ExoMars 2016 e ExoMars 2020) ha il compito principale di analizzare la composizione dell’atmosfera marziana con il satellite TGO lanciato nel 2016, e il sottosuolo del pianeta rosso con il Rover nella missione del 2020, per rispondere alla domanda: c’è stata (o c’è ancora) vita su Marte? I numerosi strumenti della piattaforma fissa consentiranno di studiare in dettaglio l’ambiente circostante al sito di arrivo, e di fornire indicazioni sui possibili rischi che potranno incontrare le future esplorazioni umane sul pianeta.

La prima missione ExoMars 2016 era composta dall’orbiter TGO (Trace Gas Orbiter) e dal modulo di discesa (lander) Schiaparelli (dal nome dell’astronomo italiano Giovanni Schiaparelli che nel XIX secolo fu il primo a mappare la superficie del Pianeta Rosso). La sonda, giunta nell’orbita marziana dopo 7 mesi di viaggio, ha rilasciato il lander il cui atterraggio non è andato secondo i piani previsti. Schiaparelli è comunque riuscito a raccogliere e inviare molti dei dati ambientali che avrebbe dovuto rilevare una volta al suolo.
TGO invece è tutt’ora pienamente operativo nell’orbita marziana e con l’arrivo di ExoMars 2020 sarà utilizzato, tra l’altro, come ponte di comunicazione tra il Rover e la Terra.
 

ExoMars 2016: Trace Gas Orbiter. Image credit: ESA–David Ducros
 
La seconda missione ExoMars 2020, che partirà nell’estate del 2020, è unica nel suo genere per il contributo che potrà dare sull’esistenza di possibili forme di vita. L’obiettivo è quello di far atterrare una piattaforma (realizzata da Roscosmos) dalla quale scenderà il Rover (realizzato dall’ESA) che, perforando il terreno con un trapano (Drill) costruito in Italia, proverà a identificare i bio-marker che si stima possano trovarsi ad una profondità di circa 2 m: gli scienziati ipotizzano infatti che fino a 1,5 m le eventuali forme di vita siano state danneggiate dalle radiazioni cosmiche e solari.
 

ExoMars 2020: Rover “Rosalind Franklin”. Image credit: ESA/ATG medialab
 
Le principali fasi di attività di ExoMars 2020 saranno:
– il lancio con un razzo Proton da Baikonur tra il 26 Luglio e l’11 Agosto 2020, rotta verso Marte con una traiettoria balistica diretta, la separazione del Carrier Module (CM) dal Descent Module (DM), l’ingresso nell’atmosfera marziana, e la successiva discesa e ammartaggio del DM e del suo Rover il 19 marzo 2021;
– l’arrivo della piattaforma di ammartaggio e uscita del Rover;
– l’esplorazione di una vasta area di Marte, con raccolta di campioni geologici/scientifici della superficie e del sottosuolo fino ad una profondità di 2 m;
– la ricerca di eventuali forme di vita presenti e passate nei campioni di terreno che verranno analizzati a bordo del Rover, studio geochimico e studio dell’atmosfera della superficie e degli ambienti del sottosuolo.
 

ExoMars 2020: Rover Operations Control Center (ROCC). Image credit: ALTEC/Thales Alenia Space
 
Testo redatto su fonte Thales Alenia Space e ASI del 30 maggio 2019
Per approfondimenti su ExoMars: exploration.esa.int/mars
ExoMars 2016 – Europe’s new era of Mars Exploration, © 2015 European Space Agency
Image credit: European Space Agency (ESA)

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Con il decollo, a bordo del lanciatore Ariane 5, dalla base spaziale europea di Kourou (Guyana Francese), è iniziata la missione BepiColombo il cui obiettivo sarà l’esplorazione e lo studio di Mercurio. Si tratta del pianeta più vicino al Sole, di cui conosciamo ancora poco, difficile da raggiungere ma importantissimo dal punto di vista della Planetologia per capire l’origine e l’evoluzione del Sistema Solare. Dopo Mariner 10 e Messenger (entrambe missioni della NASA), saranno l’Europa e il Giappone a fare il grande passo verso il cosiddetto “pianeta degli estremi”. BepiColombo è il risultato della collaborazione tra l’European Space Agency (ESA) e la Japan Aerospace eXploration Agency (JAXA), ma con leadership europea.
Prima di arrivare nella regione più interna del nostro sistema planetario, ad appena 58 milioni di chilometri da Sole, BepiColombo viaggerà nello spazio per 7,2 anni. Il nome della missione è un tributo al matematico, fisico, astronomo e ingegnere padovano Giuseppe (Bepi) Colombo.

BepiColombo è una delle missioni di esplorazione interplanetaria più ambiziose mai programmate dall’ESA, nonché una delle più articolate perché composta da tre moduli e uno scudo solare, il MOSIF (Magnetospheric Orbiter Sunshield and Interface Structure).
Il sistema spaziale è composto da due sonde (orbiter) che viaggeranno unite tra loro: l’europea Mercury Planetary Orbiter (MPO) e la giapponese Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO).
MPO, avvicinandosi a Mercurio, avrà il compito di analizzarne la superficie e la composizione, mentre MMO avrà lo scopo di studiare in dettaglio l’ambiente magnetico del pianeta, la sua interazione con il vento solare e la chimica dell’impalpabile esosfera.
Una volta giunte nelle proprie orbite attorno a Mercurio, MPO e MMO opereranno autonomamente.

Mercury Planetary Orbiter (MPO)

Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO)

 
Dei 16 strumenti/esperimenti a bordo delle due sonde, l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ne ha realizzati 4 imbarcati su MPO:
1) l’accelerometro ISA (Italian Spring Accelerometer);
2) i rilevatori di particelle neutre e ionizzate SERENA (Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances);
3) la suite SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System) composta da tre strumenti ottici (High resolution and stereo cameras, Visual and NIR spectrometer);
4) il trasponder MORE (Mercury Orbiter Radio science Experiment) che misurerà i segnali di onde elettromagnetiche, in banda Ka, che saranno inviati dal trasponder a terra e viceversa.
Il contributo italiano si amplia anche con la partecipazione allo strumento francese PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy), spettrometro dedicato all’indagine della composizione e della dinamica dell’esosfera di Mercurio. La partecipazione è regolata da un accordo bilaterale ASI-CNES e riguarda le attività di calibrazione mirate a definire un modello radiometrico completo dello strumento svolte dal team del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e dell’Università di Padova.

MPO e MMO sono contenute nell’MTM (Mercury Transfer Module), un modulo, progettato e costruito dall’ESA, che, sebbene non trasporti un carico scientifico, costituisce un elemento chiave per arrivare su Mercurio, poichè funge unicamente da “mezzo di trasporto” durante la fase di viaggio e per l’inserimento in orbita. MTM utilizzerà sia la propulsione ionica che quella chimica, in combinazione con la fionda gravitazionale fornita da Terra, Venere e Mercurio, per portare le due sonde abbastanza vicine a Mercurio: MTM effettuerà, infatti, un flyby (volo ravvicinato) attorno alla Terra (2020), due attorno a Venere (2020, 2021) e sei attorno Mercurio (2021, 2022, 2023, 2024, 2024, 2025) prima di effettuare le manovre di frenata e posizionamento orbitale.
Successivamente MTM userà i suoi piccoli propulsori per indirizzare MMO nella sua orbita ellittica attorno a Mercurio, prima di separarsi e discendere verso la propria orbita, più vicina al pianeta. L’arrivo è previsto per il 5 dicembre 2025, con data fine missione, salvo possibile estensione, fissata a maggio 2028.

Testo redatto su fonte ASI del 20 ottobre 2018
Per approfondimenti su BepiColombo: www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/BepiColombo
Images credit: ESA/ATG medialab
Video credit: ESA – European Space Agency

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L’azienda statunitense Lockheed Martin ha rivelato l’idea progettuale per il futuro modulo lunare, mostrando come tale navicella riutilizzabile si inserisca nel più ampio progetto NASA del cosiddetto Lunar Gateway, ovvero di una piccola stazione spaziale orbitante attorno alla Luna, che funga da punto d’attracco per missioni sulla medesima Luna ma anche verso Marte. I disegni del modulo lunare abitabile mostrano un sistema a singolo stadio completamente riutilizzabile, che i tecnici della Lockheed Martin spiegano incorporare tecnologie di volo già collaudate dalla capsula Orion della NASA.
Nella sua configurazione iniziale, il modulo lunare potrebbe accogliere un equipaggio di 4 persone e circa una tonnellata di carico utile, permettendo due settimane di permanenza sulla superficie della Luna senza necessità di tornare al Gateway per il rifornimento. Il peculiare posizionamento orbitale del Gateway lunare sarà studiato proprio per permettere l’accesso globale della superficie lunare al modulo di discesa.
 

 
Fornendo la possibilità di visitare più siti con la stessa navicella riutilizzabile, secondo i progettisti il modulo lunare potrà servire per diverse missioni, sia commerciali che scientifiche, proposte dalla comunità astronautica internazionale, in aggiunta al progetto di esplorazione “sostenibile” della Luna portato avanti dalla NASA, per il quale il lander viene specificamente sviluppato.
Il Gateway è la chiave per la completa, frequente e veloce riutilizzabilità di questo modulo lunare. Dal momento che questa navicella non dovrà sopportare le condizioni estremamente dure che si verificano al rientro in atmosfera terrestre, può essere fatta volare diverse volte nel corso della sua vita operativa senza bisogno di manutenzioni significative e costose. Questo è uno dei vantaggi principali del Gateway e di un approccio modulare, flessibile e riutilizzabile per l’esplorazione dello spazio profondo.
 

 

 
Testo redatto su fonte INAF del 5 ottobre 2018
Per approfondimenti: Concept for a Crewed Lunar Lander Operating from the Lunar Orbiting Platform-Gateway
Images credit: Lockheed Martin Corporation

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Realizzata dall’European Space Agency (ESA) e dalla Svizzera, con il fondamentale contributo italiano dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e l’apporto scientifico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell’Università di Padova, CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) è una missione destinata allo studio dei pianeti extrasolari. Il telescopio spaziale avrà il compito di misurare con altissima precisione la luminosità di un campione di stelle per le quali è già nota la presenza di pianeti e riuscirà a registrare la piccola variazione dovuta al transito del pianeta davanti alla stella madre. Questa misura permette di calcolare con grande accuratezza la dimensione del pianeta, parametro molto importante perché, insieme alla massa che si misura da osservazioni con telescopi a terra, consente agli astronomi di definire la struttura interna del pianeta. Questo è un passo importante per trovare pianeti potenzialmente abitabili dove in futuro potrebbero essere rilevati segni di vita.
 

Image credit: Airbus Defence and Space
 
Dopo aver superato i test termici in Francia e le prove di vibrazione in Svizzera, CHEOPS è pronto per svolgere la sua missione nello spazio e resistere alle sollecitazioni meccaniche in fase di lancio. La temperatura stabile del telescopio e del rilevatore del satellite sarà un requisito fondamentale per ottenere misurazioni accurate della luminosità delle stelle. Le variazioni della temperatura, infatti, possono causare piccole distorsioni alla struttura del telescopio, con conseguenti cambiamenti artificiali della luminosità della stella misurata. Il rilevatore di CHEOPS inoltre, necessita di requisiti ancora più accurati: esso misurerà i cambiamenti minuscoli nella luminosità apparente di una stella causata dal transito di un pianeta extrasolare attraverso il disco stellare, pertanto il suo rilevatore deve essere stabile fino a un centesimo di grado per garantire la sensibilità a questi piccoli cambiamenti.
In orbita il satellite sarà riscaldato direttamente dal Sole e riceverà anche la luce infrarossa irradiata dalla Terra e la luce solare riflessa dalla superficie terrestre. Nonostante queste fonti dirette di calore, tutte le superfici esterne di CHEOPS saranno esposte allo spazio freddo e, se non riscaldate, potrebbero facilmente raggiungere temperature fino a -200° C. Quando il satellite orbita attorno alla Terra e si gira per osservare diverse stelle-bersaglio, le aree illuminate cambiano continuamente, causando variazioni di temperatura che, se non compensate attivamente, potrebbero degradare la precisione delle misurazioni del transito planetario. Per contrastare queste variazioni, il satellite è dotato di un sistema di controllo che utilizza i riscaldatori di bordo per mantenere il tubo del telescopio a una temperatura di -10° C. Il rilevatore, le cui prestazioni di rumore migliorano a basse temperature, verrà raffreddato fino a un valore inferiore di -40° C.
 

Image credit: University of Bern – T. Beck
 
Il raffreddamento passivo iniziale del rilevatore viene ottenuto accoppiando quest’ultimo a radiatori dedicati esposti al freddo dello spazio; inoltre, a causa degli sbalzi di temperatura sperimentati dal veicolo spaziale, il gruppo del rilevatore fa anche uso di materiali ad alta capacità termica ed è attivamente controllato da linee di riscaldamento che limitano le fluttuazioni di temperatura entro 0,01° C. Gli ultimi test di vuoto termico, si sono svolti tra il 20 luglio e il 2 agosto presso gli stabilimenti di prova di validazione di Airbus Engineering (EVT) a Tolosa, in Francia, e il loro obiettivo era garantire il funzionamento dei sistemi di controllo termico.
CHEOPS è stato posto in una camera a vuoto e circondato da pannelli raffreddati a -165° C grazie all’azoto gassoso. L’effetto di riscaldamento del Sole è stato simulato montando piastre riscaldanti piatte attorno a CHEOPS e usandole per provocare rapidi cambiamenti nel riscaldamento che riproducono, o volutamente superano, la gamma di condizioni previste durante le operazioni. I risultati del test hanno fornito prove dirette che i sistemi di controllo termico funzionano correttamente e CHEOPS può operare in un ambiente termico estremo e hanno restituito una grande quantità di dati che saranno utilizzati per perfezionare un modello matematico sul comportamento termico; con questo sarà possibile prevedere con precisione, mediante simulazioni al computer, scenari in volo che non possono essere testati direttamente.

Subito dopo il completamento dei test del vuoto termico in Francia, il satellite è stato spedito a Zurigo, in Svizzera, per eseguire i test meccanici di vibrazione. Durante il lancio su un veicolo Soyuz a tre stadi, CHEOPS subirà forti sollecitazioni in diversi momenti che produrranno vibrazioni a particolari frequenze. Lo scopo di questo test di vibrazione pre-volo era di confermare che il satellite costruito è resistente in fase di lancio. Una delle difficoltà incontrate dal team durante lo svolgimento di questo test riguardava i carichi applicati che necessitavano il giusto equilibrio di peso. Per trovare l’equilibrio ottimale, la forza dei carichi di vibrazione è stata messa a punto utilizzando simulazioni matematiche, a livelli che soddisfano le specifiche di progettazione e i requisiti di verifica del lanciatore Soyuz nel caso particolare di CHEOPS.
I test di vibrazione a terra hanno fornito un’importante conferma del fatto che sia il design esclusivo che la lavorazione qualificata del satellite soddisfano le esigenze meccaniche. Ora CHEOPS può passare alla fase successiva, i test sul rumore e sulla compatibilità elettromagnetica che si svolgeranno nel centro ESA, nei Paesi Bassi. Al termine, CHEOPS tornerà all’Airbus Defence and Space Spain a Madrid per gli ultimi preparativi prima di affrontare il viaggio verso il sito di lancio, lo spazioporto di Kourou in Guyana Francese.

Testo redatto su fonte ASI del 31 agosto 2018
Per approfondimenti su CHEOPS: sci.esa.int/cheops
Image credit: ESA/ATG medialab

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Il 14 marzo 2016 è iniziata ExoMars 2016, la missione dell’European Space Agency (ESA) a guida scientifica e tecnologica italiana, realizzata in collaborazione con l’agenzia spaziale russa Roscosmos. Il lancio è avvenuto con il lift-off del lanciatore russo Proton-M dal cosmodromo di Baikonour (Kazakhstan). Dopo l’acquisizione del segnale da parte della base a Malindi (Kenya) dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), il viaggio della sonda ha ora davanti a sé circa 500 milioni di km da percorrere prima di arrivare su Marte tra sette mesi, il prossimo 19 ottobre.
Quella appena iniziata fa parte della più ampia ExoMars, una missione di esplorazione robotica concepita e realizzata con l’obiettivo principale di acquisire e dimostrare la capacità dell’Europa di eseguire un atterraggio controllato sulla superficie marziana, operare sul suolo marziano in mobilità di superficie, accedere al sottosuolo per prelevarne campioni e analizzarli in situ. Nello specifico, la missione indagherà le tracce di vita passata e presente su Marte, la caratterizzazione geochimica del pianeta, la conoscenza dell’ambiente marziano e dei suoi aspetti geofisici e l’identificazione dei possibili rischi per le future missioni umane. ExoMars si svolgerà in due fasi:
– con ExoMars 2016 (inizio a marzo 2016) la sonda Trace Gas Orbiter (TGO) resterà nell’orbita di Marte per indagare la presenza di metano e altri gas presenti nell’atmosfera, possibili indizi di una presenza di vita attiva, mentre l’Entry, Descent and Landing Module Demonstrator Module (EDM), denominato Schiaparelli, contenente la stazione meteo (DREAMS) ed altri strumenti, atterrerà sulla superficie marziana;
– con ExoMars 2018 (inizio a maggio 2018) verrà portato sul Pianeta Rosso ExoMars Rover, un sofisticato rover capace di muoversi e dotato di strumenti per penetrarne ed analizzarne il suolo.

Il primo step importante che la missione dovrà affrontare sarà il check di tutta la strumentazione del TGO e dell’EDM: operazioni previste per la seconda settimana di aprile. Successivamente, tra luglio e agosto, verranno effettuate una serie di manovre per correggere la traiettoria della sonda: il “big burn” (ovvero la massima accensione dei motori in vista dell’arrivo su Marte) è fissato per il 28 luglio. A settembre, poi, si entrerà nel vivo della missione con i test di navigazione, mentre il 9 ottobre inizierà il controllo da parte del team della missione 24 ore su 24 in attesa della separazione di Schiaparelli una settimana dopo.
Il 17 ottobre il TGO inizierà dunque ad allontanarsi in vista del momento previsto per l’atterraggio del lander. Schiaparelli: protetto da uno scudo termico in grado di resistere a temperature fino a 6.000 gradi, l’EDM scenderà ad una velocità stimata di 25.000 km/h per poi essere frenato durante la fase di entrata nell’atmosfera. A partire da dicembre ci saranno alcune importanti manovre riguardanti il TGO che culmineranno il 17 gennaio con il cambio dell’inclinazione dell’orbita.
L’orbiter sarà impegnato fino a novembre del 2017 nelle operazioni di frenata e rallentamento che modificheranno la sua orbita da ellittica a circolare: si fermerà solo l’11 luglio per un mese a causa della posizione del Sole che non favorirà le comunicazioni tra Terra e Marte. A dicembre TGO inizierà la complessa fase di elaborazione dei dati per preparare al meglio la missione ExoMars 2018: l’orbiter continuerà a fornire informazioni per la seconda fase della missione europea su Marte fino al 2022.

L’ESA ha assegnato all’industria italiana la leadership principale di entrambe le missioni; oltre alla responsabilità complessiva di sistema di tutti gli elementi, è sempre italiana la responsabilità diretta dello sviluppo dell’EDM, del trapano (Drill) dell’ExoMars Rover che preleverà campioni di terreno marziano spingendosi fino a 2 m di profondità durante la missione ExoMars 2018 e del Rover Operation Control Center (ROCC), il centro di controllo da cui il Rover verrà operato.
Per quanto riguarda il contributo scientifico dell’Italia, sono 4 gli strumenti selezionati dall’ESA:
– DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface): suite di sensori per la misura dei parametri meteorologici (pressione, temperatura, umidità, velocità e direzione del vento, radiazione solare) e del campo elettrico atmosferico in prossimità della superficie di Marte. Esso avrà la possibilità di studiare le condizioni ambientali sul pianeta nel periodo, particolarmente interessante, in cui si prevede una forte presenza di polveri nell’atmosfera;
– AMELIA (Atmospheric Mars Entry and Landing Investigation and Analysis): strumento per la modellistica dell’atmosfera marziana che utilizzerà i dati raccolti dai sensori durante la discesa del lander Schiaparelli sulla superficie marziana;
– MA_MISS (MArs Multispectral Imager for Subsurface Studies): spettrometro per l’analisi dell’evoluzione geologica e biologica del sottosuolo marziano, inserito all’interno del Drill, che consentirà di analizzare la conformazione della superficie interna della perforazione effettuata dal Drill stesso;
– INRRI (INstrument for landing-Roving laser Retroreflector Investigations): microriflettore laser sviluppato dall’ASI e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Testo redatto su fonte ASI del 15 marzo 2016
Per approfondimenti sulla missione ExoMars: exploration.esa.int/mars
Image credit: ESA–D. Ducros, 2014

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Il Wide-Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST) è un osservatorio spaziale della NASA concepito per aiutare i ricercatori a comprendere aspetti fondamentali in tema di materia oscura, energia oscura, pianeti extrasolari (esopianeti) e astrofisica nell’infrarosso. Progettato per una vita operativa di 6 anni, WFIRST dovrebbe essere lanciato nel 2023 ed accoglierà l’eredità dell’Hubble Space Telescope (HST), affiancandosi al James Webb Space Telescope (JWST) (che verrà lanciato nel 2018), anch’essi entrambi della NASA.

Con uno specchio primario di 2,4 m di diametro (la stessa dimensione dello specchio primario dell’HST), WFIRST sarà dotato di due strumenti:
– il Wide Field Instrument (WFI), progettato per mappare zone del cosmo al vicino infrarosso, avrà un campo visivo 100 volte maggiore rispetto a quello dell’HST, è impiegherà contemporaneamente minor tempo di osservazione. Nel corso della sua missione il WFI misurerà la luce proveniente da un miliardo di galassie, e utilizzerà la tecnica del microlensing gravitazionale per cercare all’incirca 2.600 esopianeti della Via Lattea.
– il Coronagraph Instrument, ideato per cogliere il bagliore di singole stelle e svelare la tenue luce dei pianeti che orbitano loro intorno, permetterà di effettuare indagini dettagliate (mediante caratterizzazione spettroscopica) sulla composizione chimica dell’atmosfera degli esopianeti per individuare segnali di ambienti adatti ad ospitare la vita.

Complessivamente WFIRST combina la capacità di scoprire e caratterizzare pianeti con la sensibilità di lanciare uno sguardo ampio e profondo nelle pieghe dell’Universo. La sensibilità dei suoi strumenti sarà uno degli elementi chiave della missione perché il telescopio sarà impegnato in una ricerca ad ampio raggio sulle orme degli esopianeti, basandosi sul monitoraggio della lucentezza di milioni di stelle che si affollano al centro della nostra galassia. La missione raccoglierà dati su migliaia di nuovi esopianeti simili nella misura e nella distanza dalla loro stella come i pianeti del Sistema Solare, andando a completare il lavoro che la NASA aveva iniziato con il Kepler Space Telescope (KST).
WFIRST sarà utilizzato anche per comprendere come l’energia e la materia oscure hanno influito sull’evoluzione dell’Universo: in particolare la misurazione delle distanze di migliaia di supernove potrà fornire una mappatura dettagliata dell’andamento dell’espansione cosmica nel tempo.

WFIRST opererà nel punto lagrangiano L2 situato sulla retta Sole-Terra a circa 1,5 milioni di km dalla Terra, in direzione opposta al Sole.

Si ricorda che nel “problema ristretto dei tre corpi” (che si presenta quando uno dei corpi è molto meno massivo degli altri due) esistono 5 punti lagrangiani o di Lagrange (indicati con L1, L2, L3, L4 e L5) nei quali la forza risultante dall’attrazione combinata dei due corpi maggiori su quello minore (in questo caso il WFIRST) è esattamente bilanciata dalla risultante delle forze fittizie (centrifuga e di Coriolis) dovute alla rotazione del sistema di riferimento. Se il corpo minore si trova in uno dei punti lagrangiani, allora le mutue attrazioni gravitazionali esercitatesi tra i tre corpi sarebbero tali da mantenere inalterate nel tempo le distanze reciproche tra di essi.

Testo redatto su fonte ASI del 19 febbraio 2016
Per approfondimenti sui telescopi spaziali:
Wide-Field InfraRed Survey Telescope: wfirst.gsfc.nasa.gov
James Webb Space Telescope: www.jwst.nasa.gov
Hubble Space Telescope: hubblesite.org
Kepler Space Telescope: kepler.nasa.gov
Image credit: NASA/Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

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BepiColombo è la prima missione europea su Mercurio, il più piccolo e meno esplorato pianeta del nostro Sistema Solare. Quando, dopo un viaggio di 7 anni, la sonda arriverà su Mercurio nel 2024, dovrà sopportare temperature superiori a 350 °C, ed avrà l’obiettivo di raccogliere dati dettagliati sul pianeta e sull’ambiente che lo circonda. Il lift off è programmato per il 27 gennaio 2017 da Kourou (Guyana Francese), a bordo di un lanciatore Ariane 5.
Risultato di una collaborazione congiunta tra la European Space Agency (ESA) e la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), BepiColombo è la quinta missione cornerstone selezionata nel 2000 dall’ESA all’interno del programma del Direttorato Scientifico. L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), insieme alla comunità scientifica, contribuisce in maniera rilevante alla missione con la realizzazione di ben 4 esperimenti su 11 che vedono anche il coinvolgimento scientifico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

La missione, della durata nominale di un anno (con possibile estensione di un altro anno), è composta da due orbiter: il Mercury Planetary Orbiter (MPO), realizzato dall’ESA, e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), realizzato dalla JAXA. Entrambi partiranno “inscatolati” nel Mercury Transfer Module (MTM) dell’ESA, un veicolo provvisto di una doppia propulsione: una solare-elettrica e una chimica.
Sui 3 segmenti della missione (MPO, MMO e MTM) verranno effettuati, presso l’European Space Research and Technology Centre (ESTEC) a Noordwijk (Olanda), i test di compatibilità elettromagnetica nella Camera di Maxwell. Si tratta di un ambente nel quale la porta e le pareti metalliche schermate formano una gabbia di Faraday capace di bloccare indesiderate radiazioni elettromagnetiche esterne. Allo stesso tempo, le sue pareti interne sono coperte da “anecoiche”, piramidi di schiuma capaci di assorbire suoni o onde elettromagnetiche.

Attualmente sono in corso le verifiche sull’MPO mediante due tipi di test di compatibilità.
– Nel primo test si controlla che l’orbiter sia elettricamente compatibile con il campo elettrico che sarà generato dal lanciatore Ariane 5, che lo porterà in orbita, che non vi siano cioè interferenze con i ricevitori della sonda.
– Nel secondo test si verifica che non vi sia alcun rischio di incompatibilità tra i diversi sottosistemi dell’orbiter stesso quando sarà in orbita intorno a Mercurio. In particolare si vuole controllare che il suo trio di antenne sulla parte superiore sia in grado di comunicare correttamente con la Terra, anche nelle situazioni con i peggiori scenari.

Testo redatto su fonte ESA e ASI del 27 gennaio 2016
Per approfondimenti: sci.esa.int/bepicolombo
Image credit: European Space Agency (ESA), 2015

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Dopo essere decollato dallo spazioporto di Kourou (Guiana Francese), il lanciatore VEGA dell’European Space Agency (ESA) ha posizionato la sonda LISA Pathfinder verso l’orbita di volo transitoria, un’orbita leggermente ellittica che ha il suo punto più vicino alla Terra a 200 km di distanza e quello più lontano a 1.540 km. Nell’arco delle prossime dieci settimane, la sonda utilizzerà i suoi propulsori per raggiungere la posizione finale verso il 13 febbraio 2016 ad una distanza dalla Terra di circa 1,5 milioni di chilometri in orbita intorno al primo punto di Lagrange L1, momento di equilibrio gravitazionale tra Sole e Terra.

La sonda, realizzata dall’ESA con il fondamentale contributo, sia scientifico che tecnologico, dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (IMFN) e l’Università di Trento, ha un compito molto preciso ed ambizioso: aprire la strada alla costruzione di un vero e proprio osservatorio spaziale delle onde gravitazionali che dovrebbe essere pienamente compiuto entro il 2034 con il lancio della missione eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna).
LISA Pathfinder è il precursore tecnologico dell’osservatorio spaziale di onde gravitazionali pianificato dall’ESA come terza grande missione nel suo programma scientifico Cosmic Vision. In particolare, la sonda intende mettere alla prova il concetto di rivelazione di onde gravitazionali dallo spazio dimostrando che è possibile controllare e misurare con una precisione altissima il movimento di due masse di prova (cubi in lega d’oro e platino di 46 mm di lato posti a 35 cm di distanza) in una caduta libera gravitazionale quasi perfetta, che verrà monitorata da un complesso sistema laser.

Al LISA Technology Package (LTP), l’unico strumento a bordo di LISA Pathfinder, spetterà il difficile compito di misurare lo spostamento relativo tra i due cubi con una precisione sufficiente a registrare, nel tessuto dello spazio, increspature come quelle attese dallo scontro fra corpi celesti di enorme massa. Eventi che, calcolano gli scienziati, dovrebbero indurre nei cubi di LISA Pathfinder spostamenti nell’ordine di nanometri, più o meno la dimensione media di un atomo.
I sensori inerziali, gli strumenti di alta precisione che racchiudono le masse di prova, e che sono il cuore dell’LTP, sono stati realizzati dall’ASI con prime contractor industriale CGS (Compagnia Generale per lo Spazio) su progetto scientifico dei ricercatori dell’Università di Trento e dell’INFN.

Testo redatto su fonte Università di Trento del 3 dicembre 2015
Per approfondimenti su LISA Pathfinder: sci.esa.int/lisa-pathfinder
Per approfondimenti su eLISA: www.elisascience.org
Image credit: ESA-CNES-Arianespace/Optique Vidéo du CSG – P. Baudon, 2015

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L’European Space Agency (ESA) e la Russian Federal Space Agency (Roscosmos) stanno lavorando ad un importante progetto di cooperazione internazionale per l’esplorazione della Luna con l’obiettivo di verificare se vi saranno le condizioni per realizzare un eventuale insediamento umano permanente. Mirando a riportare l’Uomo sulla Luna entro il 2030, l’intento ultimo è di colonizzarne la superficie per sfruttare le ricche risorse minerali del suo sottosuolo, in particolare acqua e materie prime necessarie per produrre carburante ed ossigeno. Il programma di collaborazione tra le due agenzie spaziali prevede una serie di missioni di esplorazione, la prima delle quali è “Luna 27 (Luna-Resource Lander)“, un missione robotica programmata per il 2020.

Elemento principale di Luna 27 sarà il lander che dovrà posarsi sul suolo lunare per esplorarne la superficie. L’area scelta per l’allunaggio è il bordo del South Pole Aitken (SPA) Basin, che, con un diametro di 2.500 km e una profondità di 12 km, è il più grande e più antico bacino lunare da impatto. Situata sul lato oscuro del nostro satellite (è tra i luoghi più freddi del Sistema solare), questa regione potrebbe contenere acqua ghiacciata sotto forma di cristalli intrappolati nelle rocce lunari, al riparo dal riscaldamento della radiazione solare (oltre a minerali ed altre risorse). Obiettivo della missione sarà verificare se quest’acqua potrà in qualche modo essere sfruttata per le future missione umane, e se da essa sarà possibile ricavare informazioni preziose sull’origine della vita nella parte più interna del Sistema Solare.

Parte importante del contributo europeo per la missione Luna 27 è PILOT (Precise and Intelligent Landing using Onboard Technologies), un avanzatissimo sottosistema che assisterà il lander durante la fase di allunaggio. PILOT sarà costituito da diversi sensori, telecamere guida per l’avvicinamento, un 3D-imaging LIDAR e una Landing Processing Unit con avionica ad alte prestazioni. Il 3D-imaging LIDAR, in particolare, è un sistema di guida laser che, rilevando con elevata precisione la configurazione del terreno nella fase di avvicinamento alla superficie, è in grado di decidere autonomamente se il sito sarà sicuro o meno. Se necessario, il sistema può re-indirizzare l’allunaggio in un luogo diverso.

Un componente fondamentale per il successo di Luna 27 è PROSPECT (Package for Resource Observation, in-Situ analysis and Prospecting for Exploration Commercial exploitation and Transportation), un mini-laboratorio di bordo che consentirà di perforare e analizzare il duro suolo lunare fino ad una profondità di 2 m. Sarà costituito da due elementi principali: il ProSEED (PROSPECT Sample Excavation and Extraction Drill), un sofisticato sistema di perforazione e campionamento, e il ProSPA (PROSPECT Processing and Analysis), un’avanzata strumentazione per l’analisi dei campioni.

Testo redatto su fonti ESA e British Broadcasting Company (BBC) del 16 ottobre 2015
Image credit: European Space Agency (ESA), 2012

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ExoMars è una missione dell’European Space Agency (ESA) concepita e realizzata con l’obiettivo principale di acquisire e dimostrare la capacità autonoma europea di eseguire un atterraggio controllato su Marte, operare sul suolo marziano in mobilità di superficie, accedere al sottosuolo per prelevarne campioni e analizzarli in situ. Nello specifico, si tratta di una esplorazione robotica per indagare le tracce di vita passata e presente su Marte, la caratterizzazione geochimica del pianeta, la conoscenza dell’ambiente marziano e dei suoi aspetti geofisici e l’identificazione dei possibili rischi per le future missioni umane.

La missione è suddivisa in due fasi. Nella prima, con il lancio in programma entro gennaio 2016, la sonda TGO (Trace Gas Orbiter) resterà nell’orbita di Marte per indagare la presenza di metano e altri gas presenti nell’atmosfera, e di possibili indizi di una presenza di vita attiva, mentre il modulo EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module), contenente la stazione meteo DREAMS (Dust characterization, Risk assessment and Environment Analyser on the Martian Surface) ed altri strumenti, atterrerà su Marte.
Nella seconda parte della missione, che partirà nel maggio 2018, l’obbiettivo è portare sul Pianeta Rosso un innovativo rover capace di muoversi e dotato di strumenti in grado di penetrare ed analizzare il suolo.

L’ESA ha assegnato all’industria italiana la leadership principale di entrambe le missioni; oltre alla responsabilità complessiva di sistema di tutti gli elementi, è sempre italiana la responsabilità diretta dello sviluppo del modulo di discesa EDM di ExoMars, denominato anche Schiaparelli, del Drill di 2 m che perforerà il suolo marziano per il prelievo di campioni e del centro di controllo da cui il Rover verrà operato.
Per quanto riguarda il contributo scientifico, gli strumenti proposti e selezionati da ESA sono i seguenti:

– DREAMS (Dust characterization, Risk assessment and Environment Analyser on the Martian Surface) suite di sensori per la misura dei parametri meteorologici (pressione, temperatura, umidità, velocità e direzione del vento, radiazione solare) e del campo elettrico atmosferico in prossimità della superficie di Marte. Esso avrà la possibilità di studiare le condizioni ambientali sul pianeta nel periodo, particolarmente interessante, in cui si prevede una forte presenza di polveri nell’atmosfera.
– AMELIA (Atmospheric Mars Entry and Landing Investigation and Analysis), modellistica dell’atmosfera marziana impiegando i dati raccolti dai sensori durante la discesa del lander Schiaparelli sulla superficie marziana.
– Ma_MISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies) spettrometro per l’analisi dell’evoluzione geologica e biologica del sottosuolo marziano, inserito all’interno del Drill, che consentirà di analizzare la conformazione della superficie interna della perforazione effettuata dal Drill stesso.

Testo redatto su fonte Agenzia Spaziale Italiana (ASI)
Per approfondimenti su ExoMars: exploration.esa.int/mars
Image credit: ESA, D. Ducros, 2014

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LISA Pathfinder è una missione spaziale dell’European Space Agency (ESA), in collaborazione con le Agenzie Spaziali di sette Paesi europei, tra cui l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) che partecipa con un ruolo di primissimo piano. Questo satellite dovrà verificare le tecnologie che saranno impiegate in eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna), un osservatorio spaziale ad altissima tecnologia, in grado di guardare il nostro universo da una prospettiva completamente nuova. Pianificato come terza grande missione nel suo programma scientifico Cosmic Vision, eLISA sarà il primo osservatorio gravitazionale e rivoluzionerà la nostra conoscenza dell’Universo. Questa missione ha un obiettivo scientifico molto importante, poiché aprirà la strada all’Astronomia Gravitazionale, una disciplina che baserà le proprie ricerche sull’osservazione diretta delle onde gravitazionali (previste teoricamente da Albert Einstein).

Come spiega il Prof. Stefano Vitale, coordinatore scientifico e principal investigator della missione, docente all’Università di Trento e membro del Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), le onde gravitazionali sono il messaggero ideale per osservare l’Universo. Esse attraversano indisturbate qualunque forma di materia o energia, sono emesse da tutti i corpi, visibili o oscuri, ne registrano il moto e portano l’informazione sino a noi dalle profondità più remote dell’Universo. Ci raggiungono da sorgenti che non emettono luce: “ascoltare” l’Universo attraverso le onde gravitazionali promette una profonda rivoluzione in astrofisica, astronomia e cosmologia, al pari di quelle avvenute con l’invenzione del telescopio o dei radiotelescopi.

LISA Pathfinder ha l’obiettivo di verificare la possibilità di mettere delle masse di prova in caduta libera nello spazio interplanetario, con la precisione senza precedenti necessaria all’osservatorio spaziale eLISA. Questo risultato è stato ottenuto attraverso un insieme di tecnologie innovative che comprende, fra le altre, i sensori inerziali, un sistema di metrologia laser e un sistema di controllo inerziale del satellite attraverso un sistema di micropropulsori.

I sensori inerziali, realizzati dal Gruppo di Gravitazione Sperimentale (GGS) del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento, dopo una ricerca durata più di dieci anni, consistono di due masse in lega d’oro e di platino, che resteranno sospese in assenza di gravità all’interno del satellite, collegato con l’osservatorio spaziale, e di un sistema laser che misurerà lo spostamento relativo tra le due masse con la precisione delle dimensioni dell’ordine di un atomo. È necessaria una precisione di questo livello poiché le onde gravitazionali provocano piccolissime accelerazioni relative tra le masse: obiettivo di LISA Pathfinder è dimostrare che i disturbi possono essere ridotti fino a rendere misurabili proprio queste accelerazioni.
I test finali sono stati tutti completati, e per la fine di novembre LISA Pathfinder verrà lanciato dalla base spaziale ESA di Kourou, (Guyana francese) a bordo di un vettore Vega, cui seguirà la fase scientifica della missione non appena il satellite avrà raggiunto la sua posizione operativa.

Testo redatto su fonte Università di Trento del 3 settembre 2015
Per approfondimenti su LISA Pathfinder: sci.esa.int/lisa-pathfinder
Per approfondimenti su eLISA: www.elisascience.org
Image credit: ESA – J. Huesler, 2015

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Un’impresa storica: dopo oltre 9 anni di viaggio, nei quali ha percorso la distanza di 4,9 miliardi di km, con un flyby avvenuto a circa 50.000 km/h, il 14 luglio scorso la sonda New Horizons della NASA ha sfiorato Plutone con un passaggio radente ad appena 12.500 km di distanza (si consideri che la Luna orbita a circa 400.000 km dalla Terra). La sua distanza dalla Terra è tale che per trasmetterle segnali, o per ricevere i dati raccolti e le immagini scattate, saranno necessarie 4,5 ore.

Quando era partita il 19 gennaio 2006 da Cape Canaveral, a bordo di un vettore Atlas V, la sonda aveva come obiettivo il nono pianeta del Sistema Solare, ma il 24 agosto dello stesso anno l’IAU (International Astronomical Union) decise di adottare una nuova classificazione dei pianeti e di declassare Plutone a pianeta nano. Questo fatto non ha sminuito l’importanza di New Horizons, la missione che ha puntato i suoi “occhi” sull’unico grande corpo celeste del Sistema Solare finora ad allora mai raggiunto da nessun’altra sonda.

Durante il rendez-vous la sonda è stata impegnata con i suoi sette strumenti scientifici per scattare fotografie a Plutone e a Caronte (la sua luna più grande), mapparne la superficie e analizzarne la composizione chimica. Separati da una distanza di 19.636 km, i due corpi celesti costituiscono un sistema binario poiché essi ruotano intorno ad un punto di gravità comune.
Mentre New Horizons era in viaggio sono state scoperte altre quattro lune del pianeta nano (oltre al già citato Caronte): Stige, Idra, Cerbero e Notte.

Testo redatto su fonte ASI del 14 luglio 2015
Per approfondimenti su New Horizons: www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main
Image credit: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

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Philae, il lander della missione Rosetta, che, dopo un viaggio di 10 anni, il 12 novembre 2014 era atterrato sulla cometa 67P/Churyumov Gerasimenko, è uscito dallo stato di ibernazione in cui era entrato 2 giorni dopo. Il suo primo contatto, dopo sette mesi di silenzio e ripetuti tentativi di comunicare da parte dell’Orbiter Rosetta a partire dal 12 marzo 2015, è durato 85 secondi.
Philae, dopo aver rimbalzato per tre volte sulla superficie della cometa, finì in un di crepaccio, in una posizione che lasciava esposta alla luce solare solo una piccola parte dei pannelli necessari per alimentare le batterie e portare avanti la seconda fase della sua missione. Una volta esaurita l’energia iniziale delle batterie, il 14 novembre scorso il lander si è “addormentato”, cadendo in uno stato di ibernazione, e da allora non si è ancora saputo se il trapano (realizzato in Italia) sia riuscito a perforare la superficie della cometa.

Ora Philae ha inviato a Rosetta, e quindi a Terra, oltre 300 pacchetti di dati che verranno processati e analizzati presso il Centro di controllo missione del German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR). Il lander ha una temperatura di funzionamento di -35 gradi Celsius e ha a disposizione 24 Watt. Da un primo esame è emerso con chiarezza che Philae doveva essersi “risvegliato” da un po’, perché negli 85 secondi ha inviato osservazioni databili ad almeno 1,5 giorni cometari. I pacchetti di dati attesi, conservati nella memoria di massa di Philae, sono ancora più di 8.000 e saranno analizzati dal team internazionale che segue la missione.

Rosetta è una missione dell’European Space Agency (ESA) con contributi dei suoi stati membri e della NASA. Il lander Philae è stato sviluppato da un consorzio internazionale a guida di DLR, MPS, CNES e ASI. La partecipazione italiana alla missione consiste in tre strumenti scientifici a bordo dell’orbiter: VIRTIS (Visual InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer) sotto la responsabilità scientifica dell’IAPS (INAF Roma), GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) sotto la responsabilità scientifica dell’Università Parthenope di Napoli, e la WAC (Wide Angle Camera) di OSIRIS (Optical Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System) sotto la responsabilità scientifica dell’Università di Padova. A bordo del lander, è italiano il sistema di acquisizione e distribuzione dei campioni SD2 (Sampler Drill & Distribution), sotto la responsabilità scientifica del Politecnico di Milano, ed il sottosistema dei pannelli solari.

Testo redatto su fonte ESA/ASI del 14 giugno 2015
Per approfondimenti sulla missione Rosetta: www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta
Image credit: ESA/ATG medialab, 2014

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Francesco Topputo del Politecnico di Milano e Edward Belbruno della Princeton University hanno dimostrato che è possibile ottenere una riduzione sensibile del costo per trasferimenti Terra-Marte utilizzando il concetto di cattura balistica. La tecnica sfrutta la simultanea attrazione gravitazionale di due o più corpi celesti sul satellite, per cui vìola alla base le ipotesi del modello patched-conics, attualmente in uso. Nella cattura balistica il satellite si avvicina a Marte in modo più “dolce” e ad un costo praticamente nullo. Inoltre, dopo la cattura, il satellite è in grado di compiere alcune rivoluzioni attorno al pianeta rosso in modo naturale (senza manovre), caratteristica che rende la nuova tecnica molto più sicura dell’attuale sistema, che prevede una manovra nel punto di massima vicinanza al pianeta, pena il “fly-by” dello stesso e la perdita della missione. Il prezzo da pagare è un tempo di trasferimento più lungo, per cui le nuove orbite non sono particolarmente adatte a trasferimenti per moduli abitati, ma a sonde robotiche, dove non ci sono particolari vincoli sui tempi di trasferimento. In sintesi, la cattura balistica sfrutta la natura gravitazionale del sistema solare in modo più efficiente, e ha le potenzialità per rivoluzionare la progettazione delle missioni automatiche per l’esplorazione del sistema solare.

La tecnica classica per progettare trasferimenti dalla Terra a Marte si basa sulla decomposizione del sistema solare in problemi Kepleriani. Il satellite risente della sola attrazione gravitazionale della Terra quando è all’interno della sua sfera di influenza. Durante il viaggio interplanetario, risentirà solamente dell’influenza del Sole e, infine, quando sarà nei pressi di Marte risentirà della sola attrazione del pianeta rosso. Questa tecnica, nota come “patched-conics” ha permesso (e permette tutt’oggi) di progettare la maggior parte dei trasferimenti interplanetari in modo veloce. Tuttavia, l’approssimazione che ne è alla base fissa il livello energetico delle orbite su valori alti, poiché le regioni dove il modello va in crisi, ossia quelle dove due o più attrazioni gravitazionali diventano confrontabili, devono essere attraversate velocemente. Ciò implica elevati costi in termini di ∆v, ossia di variazione di velocità (o impulso) che bisogna imprimere ad una sonda interplanetaria per modificarne l’orbita.

I ricercatori che operano nel campo della progettazione preliminare di traiettorie interplanetarie sono alla continua ricerca di soluzioni che minimizzino il ∆v. Infatti, ad una riduzione dell’impulso corrisponde una minor massa di propellente necessario ad effettuare il trasferimento. Ciò può essere sfruttato per lanciare una massa più ridotta (con conseguente risparmio in termini economici) o per imbarcare più strumenti a parità di massa lanciata (con conseguente massimizzazione del ritorno scientifico della missione).

Testo redatto su fonte Politecnico di Milano del 23 dicembre 2014
Per approfondimenti:
Earth–Mars Transfers with Ballistic Capture – arXiv.org | 27.10.2014
A New Way to Reach Mars Safely, Anytime and on the Cheap – Scientific American | 22.12.2014
Image credit: NASA/CALTECH/JPL

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Dopo una lunga attività, il lander Philae ha concluso la prima fase scientifica con grande entusiasmo della comunità scientifica internazionale e soprattutto italiana. La missione dell’ESA “Rosetta” si è confermata come un programma di grandissimo successo. Tutto ha funzionato, compreso il Drill SD2 di costruzione italiana. Ora Philae è stato messo a “dormire”: se andrà tutto di nuovo come i tecnici prevedono, sarà risvegliato tra qualche mese appena i pannelli solari ricominceranno a produrre energia.

“Anche nella non prevista posizione in cui Philae è atterrato – ricorda il Presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Prof. Roberto Battiston – tutto ha funzionato a regolarmente. Il drill italiano e gli altri strumenti hanno fornito dati unici sulla natura della cometa. È un momento straordinario nel quale questo piccolo oggetto a cavallo di una cometa è riuscito nel suo arduo compito farci sognare e darci tanta scienza”. “Inizia ora la fase di analisi dei dati scientifici, sarà un lavoro difficile ma eccitante, dal quale ci aspettiamo grandi risposte.” ci conferma Enrico Flamini, Coordinatore scientifico dell’ASI e a suo tempo con Raffaele Mugnuolo sempre dell’ASI, uno dei progettisti di Philae.

Nelle due fasi operative Separation Descent and Landing e First Science Sequence, tutti gli strumenti scientifici a bordo del lander hanno acquisito – ricorda Mario Salatti dell’ASI, dal Lander Control Center di Colonia – dati almeno una volta. Per quanto le sequenze operative abbiano dovuto essere modificate sostanzialmente per far fronte alla situazione non nominale del lander sulla cometa, gli obiettivi per cui Philae è stato progettato sono stati raggiunti con successo.
La fase operativa successiva all’esaurimento della batteria principale, definita Long Term Science, può iniziare quando la batteria secondaria sarà nuovamente caricata mediante i pannelli solari a bordo: dato l’assetto di Philae sulla superficie della cometa, ciò avverrà di certo più in là nel tempo di quanto previsto.

“La posizione finale di Philae, raggiunta in maniera così rocambolesca, rappresenta – sottolinea Salatti – un ricovero ideale da un punto di vista termico in attesa che nei prossimi mesi la crescente irradiazione solare, quando Churyumov-Gerasimenko si avvicinerà sempre più al Sole, permetta di tornare ad essere operativi”.

Testo redatto su fonte ASI del 15 novembre 2014
Image credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA, 2014

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Mancano due anni esatti al lift-off della più ambiziosa missione ad oggi programmata dall’ESA nel campo dell’esplorazione interplanetaria: BepiColombo, così battezzata in onore del matematico, fisico, astronomo e ingegnere italiano Giuseppe (Bepi) Colombo, verrà infatti lanciata a luglio del 2016 dalla base ESA di Kourou con un vettore Ariane 5. Nel frattempo l’”agenda dei lavori” prosegue senza soste e, a Torino, precisamente nelle “camere pulite” presso gli stabilimenti di Thales Alenia Space Italia (TAS-Italia), si stanno ultimando i test funzionali sul satellite che, subito dopo, verrà spedito a Noordwijk in Estec, dove avrà inizio l’ultima fase di preparazione al lancio: la campagna di test ambientali.

BepiColombo è un progetto frutto di una collaborazione tra Europa (ESA – European Space Agency) e Giappone (JAXA – Japan Aerospace Exploration Agency). Si tratta della quinta missione cornerstone selezionata nel 2000 dall’ESA all’interno del programma del Direttorato Scientifico e si pone come obiettivo lo studio dettagliato del pianeta Mercurio e dell’ambiente che lo circonda.

L’ASI (Agenzia Spaziale Italiana), insieme alla comunità scientifica, contribuisce in maniera rilevante con la realizzazione di ben 4 esperimenti su 11. Si tratta di SIMBIO-SYS, un sistema integrato di osservazione e caratterizzazione della superficie del pianeta, dell’accelerometro ad alta sensibilità ISA e dell’esperimento di radioscienza MORE, basato sul trasponditore di bordo in banda Ka (KaT), e dell’esperimento SERENA, per lo studio dell’ambiente particellare mediante due analizzatori di particelle neutre e due spettrometri di ioni.

Thales Alenia Space Italia è parte del Core Team industriale, guidato da Airbus Defence & Space, per la realizzazione del satellite e coordina un gruppo di oltre 35 aziende europee. In particolare è responsabile del progetto e della realizzazione dei sistemi di telecomunicazione, controllo termico, distribuzione potenza elettrica, integrazione e prove del satellite completo, nonché della esecuzione della campagna di lancio. L’azienda, inoltre, sviluppa direttamente il trasponditore in banda X e Ka, il computer di bordo, la memoria di massa e l’antenna ad alto guadagno, una parabola di 1,1 m di diametro che servirà per comunicare con la Terra ed eseguire l’esperimento di Radio Scienza durante la missione. Si tratta di una evoluzione dell’antenna realizzata per la nota missione Cassini-Huygens per lo studio di Saturno.

La peculiarità di BepiColombo, come già detto, è la necessita di operare a temperatura eccezionalmente alta per una sonda spaziale: infatti la distanza Mercurio-Sole è poco meno di 1/3 della distanza Terra-Sole e si stima che la radiazione solare in orbita intorno a Mercurio sia 10 volte più intensa che per un satellite geostazionario. Per arrivare in orbita intorno a Mercurio, la sonda – nella parte esposta al Sole – sopporterà temperature superiori a 300° C, con escursioni locali (limitate nello spazio e nel tempo) sul riflettore dell’antenna fino a 400° C ed oltre, mentre all’interno, grazie a innovativi sistemi di schermatura termica, gli strumenti installati all’interno del satellite potranno operare in un intervallo di temperatura molto più favorevole, da 0° C a 40° C. É stato invece necessario sviluppare materiali e dispositivi ad hoc per tutti gli elementi esposti direttamente al sole, quali le coperte termiche, le antenne, le celle solari e i relativi meccanismi di puntamento.

BepiColombo è composto da tre moduli interconnessi tra loro per il lancio e la fase di avvicinamento al pianeta Mercurio: il modulo di trasferimento (MTM) che fornisce la necessaria spinta, il modulo che orbiterà intorno a Mercurio (MPO – Mercury Planetary Orbiter) con a bordo gli strumenti di osservazione Europei ed infine il modulo di osservazione della magnetosfera di Mercurio (MMO – Mercury Magnetospheric Orbiter) sviluppato dalla agenzia spaziale Giapponese JAXA.

Testo redatto su fonte ASI del 4 luglio 2014
Per approfondimenti: sci.esa.int/bepicolombo
Image credit: European Space Agency (ESA)

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La Missione Cassini-Huygens, realizzata in collaborazione tra le Agenzie Spaziali di Stati Uniti (NASA), Europa (ESA) ed Italia (ASI), ha come scopo lo studio di Saturno e del suo sistema di satelliti ed anelli con particolare riguardo al satellite Titano. La missione è partita il 15 ottobre 1997, e, dopo un viaggio di sette anni, l’orbiter Cassini (realizzato dalla NASA) e la sonda Huygens (realizzata dall’ESA) hanno raggiunto il sistema di Saturno il 1° luglio 2004, mentre la sonda Huygens è atterrata sulla superficie di Titano il 14 gennaio 2005.
Sono trascorsi 10 anni dall’inizio della missione: grazie ad essa sono oggi disponibili centinaia di gigabytes di dati scientifici e più di 3.000 report.

Cassini, con a bordo la sonda Huygens, è giunta nel sistema di Saturno per una missione che prevedeva una durata iniziale di 4 anni. I numerosissimi successi e la sua “eterna giovinezza” hanno determinato l’estensione della missione da parte della NASA nel 2008: nel corso di questi dieci anni, il pianeta ha completato un terzo dei quasi trent’anni di viaggio intorno al Sole e gli scienziati hanno avuto la possibilità di osservare una varietà di cambiamenti stagionali.

L’ASI è uno dei partner della missione Cassini: in base ad un accordo di collaborazione con la NASA, ha sviluppato l’antenna ad alto guadagno con incorporata un’antenna a basso guadagno (che assicurano le telecomunicazioni con la Terra per l’intera durata della missione ed è anche l’antenna del radar), il canale visibile dello spettrometro VIMS, il sottosistema di radioscienza (RSIS) e il Radar che utilizza anch’esso l’antenna ad alto guadagno. L’ASI ha inoltre sviluppato, per la sonda Huygens, lo strumento HASI che ha misurato le proprietà fisiche dell’atmosfera e della superficie di Titano.

Testo redatto su fonte ASI del 30 giugno 2014
Per approfondimenti: saturn.jpl.nasa.gov
Image credit: NASA

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Con una decisione presa all’unanimità, lo Science Programme Committee dell’European Space Agency (ESA) ha selezionato e di fatto ufficialmente dato il via allo studio dettagliato della missione ATHENA, un sofisticatissimo osservatorio orbitante nei raggi X. ATHENA, che verrà lanciata nel 2028, indagherà i fenomeni più energetici che avvengono nell’universo, come il plasma caldo negli ammassi di galassie e gli oggetti celesti più estremi che si conoscano, ovvero i buchi neri e i lampi gamma, spingendosi fino all’epoca in cui si sono formate le prime stelle supermassicce, a 150 milioni di anni dal Big Bang. L’Italia con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e numerose Università avrà un ruolo determinante nel progetto, sia per la parte scientifica che per lo studio del concetto di satellite e dei suoi strumenti.

“ATHENA è uno dei quattro pilastri del futuro osservativo a multilunghezza d’onda di INAF, con SKA (Square Kilometre Array) nella radioastronomia, E-ELT (European Extremely Large Telescope) nell’ottico e CTA (Cherenkov Telescope Array) nella sorgente gamma” dice Giovanni Bignami, Presidente INAF. “Conquistata la possibilità di una presenza italiana ora dobbiamo concretizzarla. Saremo aiutati in questo dalla grande tradizione italiana nella astronomia X dallo spazio, cominciata da Riccardo Giacconi 50 anni fa e continuata in Italia con le brillanti missioni BeppoSax, EPIC XMM e IBIS INTEGRAL”.

L’Universo è permeato di un plasma caldissimo, che si estende in una ragnatela cosmologica e al cui centro risiedono gli ammassi di galassie. I buchi neri di ogni taglia, i più grandi dei quali risiedono al centro di ogni galassia, sono l’altra componente fondamentale per comprendere come “funziona” l’universo che noi conosciamo. L’energia espulsa dal buco nero è in grado di influenzare la formazione e la vita delle stelle e della galassia che lo ospita. I primi buchi neri si sono formati dall’esplosione delle prime stelle dell’Universo, circa 150 milioni di anni dopo il Big Bang. Queste stelle primordiali sono evolute molto rapidamente, in “solo” un milione di anni dalla nascita hanno esaurito il loro combustibile e sono esplose, formando e poi espellendo nello spazio i primi elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio – come ad esempio carbonio, ossigeno e ferro, necessari per le generazioni seguenti di stelle – e generando i primi buchi neri dell’Universo, i ‘semi’ dei buchi neri supermassicci che oggi si trovano al centro di ogni galassia. Il modo di scoprire queste stelle primordiali è osservare e studiare la loro esplosione, che è accompagnata da un lampo di raggi gamma.

“Con la selezione di ATHENA si aggiunge un altro elemento al programma scientifico dell’ESA”, ha dichiarato Roberto Battiston, Presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). “Questa missione, la seconda selezionata della classe di missioni Large, rappresenta la seconda pietra angolare della costruzione europea del programma Cosmic Vision che vede l’ASI e con essa la comunità scientifica italiana, ma anche quella industriale, chiamate a mantenere il livello di eccellenza raggiunto in molti anni di impegno continuo. Un impegno che necessita di spalle più solide di quelle che sono state disponibili negli ultimi anni”.

“L’Europa con ATHENA conquista di fatto il primato negli studi dell’Universo nei raggi X per i prossimi trent’anni. E sarà un’importante facility su cui potrà formarsi e ottenere notevoli risultati scientifici la nuova generazione di ricercatori in questo settore” commenta Luigi Piro dell’INAF-IAPS di Roma, il coordinatore della parte italiana del team che ha proposto la missione ATHENA.

La selezione della missione ATHENA giunge a valle della scelta dell’ESA, lo scorso novembre, del tema scientifico per la sua prossima grande missione spaziale dal titolo “L’Universo caldo ed energetico”, che vede il supporto di oltre 1200 ricercatori in tutta Europa, con il coinvolgimento di numerosi Istituti e Osservatori dell’INAF (IAPS/Roma, IASF di Milano, Bologna, Palermo, Osservatori di Milano, Trieste, Torino, Bologna, Arcetri, Padova, Roma, Napoli, Palermo ) e le Università di Roma (I, II e III), Milano, Trieste, Bologna, Palermo, l’Università e sezione INFN di Genova e l’IFN del CNR.

Testo redatto su fonte ASI del 27 giugno 2014
Per approfondimenti: www.the-athena-x-ray-observatory.eu
Image credit: European Space Agency (ESA)

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Titano e Marte sono due mondi completamente diversi, osservati da radar in buona parte pensati, realizzati e utilizzati in Italia. Radar anch’essi molto diversi tra loro: uno è un SAR, progettato per mappare la superficie di Titano altrimenti quasi invisibile per le dense nubi che avvolgono questo satellite di Saturno; gli atri due, MARSIS su Mars Express e SHARAD su MRO, studiati per determinare le strutture nelle profondità di Marte e scoprire se ci sono depositi sotterranei di acqua ghiacciata o liquida.
Grazie agli ultimi fly-by ravvicinati di Cassini, il team del radar ha recentemente potuto realizzare un mosaico multi-immagine con un dettaglio sorprendente della regione del polo nord di Titano, caratterizzata dalla presenza di molti laghi e mari di idrocarburi, principalmente metano ed etano. Si è anche potuto elaborare una mappa 3D che ci consente di sorvolare l’area del mare di Ligeia come se fossimo lì. Sulla Terra il metano e l’etano sono dei gas, ma su Titano, dove la temperatura media è -170°C, sono liquidi. Titano è un mondo per molti aspetti simile alla Terra: ci sono dune nella zona equatoriale, montagne, anche se non molto alte, vulcani, fiumi, laghi e mari, ma dove qui abbiamo rocce silicatiche lì abbiamo ghiaccio d’acqua, le dune sono formate da una polvere di idrocarburi, i vulcani sono in effetti criovulcani che eruttano colate di ghiaccio d’acqua e metano e le superfici liquide di fiumi, mari e laghi, concentrati quasi solamente nelle zone polari dell’emisfero nord, sono appunto di metano.

“Imparare a conoscere le caratteristiche relative a superfici come laghi e mari ci aiuta a capire come liquidi, solidi e gas di Titano interagiscano tra loro rendendolo in qualche modo simile alla Terra”, ha affermato Steve Wall, in qualità di acting radar team lead al Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, Pasadena, in California. “Anche se questi due mondi non sono esattamente la stessa cosa, più lo osserviamo e più emergono processi simili a quelli terrestri”.

Queste nuove immagini mostrano che il più grande mare di Titano – Mare Kraken – è più ampio e complesso di quanto si pensasse. Inoltre, quasi tutti i laghi su Titano rientrano in un’area che è di circa 900 per 1.800 km. Solo il 3 per cento dei liquidi di Titano non rientra in quest’area. “Gli scienziati si sono chiesti perché i laghi di Titano si trovano in quella determinata posizione. Queste immagini ci mostrano che il substrato solido e la geologia devono creare un ambiente particolarmente adatto per i laghi in quest’area”, ha detto Randolph Kirk, un membro del team radar di Cassini presso l’US Geological Survey a Flagstaff, in Arizona. “Pensiamo che possa essere qualcosa come la formazione del lago preistorico chiamato Lago Lahontan nei pressi del lago Tahoe tra Nevada e California, dove la deformazione della crosta ha creato fessure che potrebbero essere state riempite con liquidi”.

L’opportuno utilizzo di tecniche già sviluppate nell’ambito dell’elaborazione dei dati forniti dai radar-sounder marziani SHARAD e MARSIS, la cui mappatura del sottosuolo di Marte continua ancora oggi con successo, ha consentito per la prima volta di eseguire questa storica misura. Lo studio guidato da ricercatori italiani, a cui hanno contribuito anche ricercatori americani e francesi e i cui risultati sono stati presentati oggi al congresso dell’ American Geophysical Union a San Francisco, dimostra in modo definitivo la natura liquida di almeno uno dei mari di Titano, il Mare Ligeia, ci dice che è composto di metano quasi puro e fornisce il primo profilo batimetrico (la profondità) di un mare extraterrestre che raggiunge 160 metri circa di profondità.
“Il Mare Ligeia si è rivelato essere proprio della giusta profondità per il radar Cassini per rilevare un segnale di ritorno dal fondo del mare, che non si pensava fosse possibile ottenere”, ha dichiarato Marco Mastrogiuseppe, membro del team radar Cassini e associato presso l’Università La Sapienza di Roma, Italia. “La misurazione che abbiamo fatto mostra che Ligeia sia più profondo in almeno un punto, rispetto alla profondità media del lago Michigan”.

“Questo è un grande successo che si è potuto conseguire grazie alle altissime competenze scientifiche sviluppate in Italia nel campo dei radar planetari realizzati dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) in collaborazione con la NASA. Oggi abbiamo un bellissimo esempio di come gli algoritmi ed i metodi di processo dei dati sviluppati nei nostri programmi siano potenti e flessibili e come, grazie alla splendida intuizione di un giovane ricercatore, ben supportato da un grande team, possano portare a risultati non aspettati, ma anche come la missione Cassini non smetta mai di stupirci” ci dice Enrico Flamini dell’ASI che partecipa al team del radar ed è uno degli autori del lavoro.
Ora Cassini si sta avvicinando all’inizio dell’estate nord del sistema di Saturno e tutti gli scienziati si aspettano novità per quello che potenzialmente sarà il periodo di maggiori cambiamenti climatici nell’emisfero nord di Titano.
Cassini-Huygens è una missione realizzata in collaborazione tra NASA, European Space Agency (ESA) e ASI: è gestita dal JPL, una divisione del California Institute of Technology, Pasadena, per il Science Mission Directorate della NASA, Washington. L’orbiter Cassini è stato progettato, sviluppato e assemblato dal JPL. Lo strumento radar è stato costruito dall’Agenzia Spaziale Italiana e dal JPL, in collaborazione con i membri del team degli Stati Uniti e di diversi Paesi europei.

Testo redatto su fonte ASI dell’11 dicembre 2013
Image credit: ASI

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