Il veicolo di lancio H-IIA della Mitsubishi Heavy Industries, mentre la sua carriera si sta concludendo a favore dell'H3, ha lanciato, al suo 47° volo, il lander lunare robotico Smart Lander for Investigating Moon (SLIM) ed il telescopio per i raggi-X X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM). Dopo questo volo, il secondo del 2023 per l’H-IIA, all’H-IIA resteranno soltanto tre voli prima del pensionamento.
Il lancio del veicolo H-IIA (F47) era previsto dalla piattaforma di lancio LA-Y1 presso il Tanegashima Space Center, in Giappone, lunedì 28 agosto alle 00:26 UTC. Dopo un rinvio a causa del maltempo, il lancio di SLIM e XRISM è avvenuto mercoledì 6 settembre alle 23:42 UTC (le 8:42 ora del Giappone del 7 settembre).
Immediatamente dopo il decollo, l'H-IIA ha volato verso est sul Pacifico. I due booster a razzo solido dell'H-IIA sono stati rilasciati a T+1:48, mentre il nucleo centrale, con il suo motore LE-7A che utilizza idrogeno e ossigeno liquidi come propellenti, hanno funzionato fino a circa T+6:35.
Dopo la separazione, il secondo stadio, equipaggiato con un motore LE-5B e utilizzando la stessa combinazione di propellenti dell'LE-7A, ha funzionato fino a circa 15 minuti dopo il lancio. I due carichi utili si sono separati qualche tempo dopo che lo stadio ha spento il motore.
L'osservatorio a raggi X XRISM è stato collocato in un'orbita bassa circolare terrestre di 550 chilometri inclinata di 31 gradi rispetto all'equatore. Anche il lander lunare SLIM sarà posizionato nella stessa orbita ma utilizzerà i propri motori per raggiungere la Luna.
Prima di XRISM
Il carico utile principale di questo volo è l’XRISM: l’osservatorio è una missione sostitutiva iniziata nel 2016 dopo il guasto dell’osservatorio a raggi X Hitomi, avvenuto poche settimane dopo aver raggiunto l’orbita. Hitomi era nella fase di messa in servizio, dopo aver effettuato alcune osservazioni di prova quando false informazioni provenienti da un sensore e problemi software hanno causato la rotazione della navicella spaziale in orbita e la sua rottura.
Nell'illustrazione artistica XRISM in orbita. Credito: JAXA.
Il fallimento di Hitomi avrebbe potuto lasciare la comunità scientifica senza un osservatorio a raggi X in orbita per un lungo periodo di tempo, dall’inizio degli anni 2020 alla fine degli anni 2030. JAXA ha avviato il progetto XRISM nel giugno 2016, tre mesi dopo il fallimento di Hitomi. La NASA, l'ESA e le principali università di tre continenti stanno collaborando al progetto.
L’astronomia a raggi X è stata eseguita solo negli ultimi sessant’anni, poiché i raggi X provenienti dallo spazio profondo sono attenuati dall’atmosfera terrestre. L’umanità osserva da millenni il cielo in luce visibile con i propri occhi e da secoli con mezzi ottici. L'avvento del volo spaziale ha consentito l'osservazione di stelle, galassie e dello sfondo dell'universo in lunghezze d'onda inaccessibili agli astronomi prima degli anni '60.
Il primo osservatorio a raggi X giapponese, Cygnus X-1, venne lanciato nel 1979 e il Giappone ha fatto volare con successo numerosi telescopi a raggi X. XRISM si unirà ad altri osservatori spaziali come l'Osservatorio a raggi X Chandra, XMM-Newton, NuSTAR e IXPE in orbita. Tutti questi veicoli spaziali osservano l'universo nello spettro dei raggi X, ma lo fanno in modi diversi che si completano a vicenda.
I raggi X sono generati da oggetti come stelle che esplodono, buchi neri, radiogalassie, pulsar e altri fenomeni ad alta energia. Gli obiettivi scientifici di XRISM sono studiare gli ammassi di galassie, come si evolve la struttura dell’Universo, come la materia si diffonde attraverso lo spazio interstellare, come l’energia viene trasportata attraverso l’Universo e come si comporta la materia sotto forti campi gravitazionali e magnetici che non possono essere creati sulla Terra.
Per raggiungere questi obiettivi, XRISM è dotato di due strumenti, entrambi collegati a un gruppo specchio a raggi X dedicato. Lo spettrometro Resolve è progettato per effettuare misurazioni altamente dettagliate della temperatura e della composizione di un oggetto che emette raggi X e può effettuare misurazioni Doppler dettagliate per determinare come si muovono gli oggetti nell’Universo.
Per effettuare le sue osservazioni, Resolve deve essere raffreddato a -273,1 gradi Celsius, appena sopra lo zero assoluto. Questo viene fatto con un dewar riempito di elio superfluido. Lo strumento osserva i raggi X “molli”, che hanno lunghezze d’onda più lunghe rispetto ai raggi X “duri” per i quali i veicoli spaziali come IXPE sono progettati per osservare.
Nella foto XRISM prima di essere imbarcato a bordo del razzo H-2A. Credito: JAXA.
L'imager a raggi X Xtend, come Resolve, è progettato per osservare i raggi X molli. Xtend ha un campo visivo in grado di catturare la Luna piena e di fotografare oggetti celesti più grandi. Lo strumento è simile a quello utilizzato su Hitomi.
Il veicolo spaziale XRISM pesa 2.300 chilogrammi, è lungo otto metri e ha un diametro di tre metri. Inoltre, i due pannelli solari si estenderanno per nove metri da una punta all'altra. Dopo che il veicolo spaziale avrà raggiunto l’orbita, ci sarà una fase operativa critica in cui verrà testata la capacità di controllo dell’assetto di XRISM.
Una fase di test metterà alla prova i sottosistemi del veicolo spaziale e una fase di verifica delle prestazioni di sette mesi valuterà gli strumenti scientifici. Una volta terminata questa fase, inizieranno le osservazioni scientifiche. La durata della missione principale è prevista per due anni e si valuterà un'eventuale estensione della missione.
E dopo Vikram...SLIM
Sulla scia del successo dello sbarco del Chandrayaan-3, il Giappone cercherà di unirsi agli Stati Uniti, all’Unione Sovietica, alla Cina e all’India nel club delle nazioni che hanno sbarcato con successo sonde sulla Luna. Il lander SLIM tenterà di riuscire laddove i precedenti tentativi di atterraggio giapponesi con le missioni Hakuto-R e OMOTENASHI sono falliti.
SLIM è il carico utile secondario su questo volo. Il progetto è una conseguenza del lander SELENE-B proposto all’inizio del secolo e SLIM è stato proposto nel 2012. La revisione critica del progetto del veicolo spaziale è stata effettuata nel 2019 e la sua data di lancio ha continuato a spostarsi insieme al volo del carico utile XRISM.
Il lander SLIM pesa circa 700 chilogrammi, dopo essere stato rifornito, ed è costruito attorno a un serbatoio di carburante cilindrico lungo oltre due metri contenente propellenti ipergolici. La navicella è dotata di due motori principali capaci di 500 Newton di spinta insieme a 12 propulsori capaci di circa 20 Newton di spinta.
Nell'illustrazione le parti principali che compongono SLIM. Credito: JAXA.
La navicella spaziale richiede una traiettoria lenta ed efficiente in termini di carburante che porterà SLIM sulla Luna in circa quattro mesi. Questo è simile al lander HAKUTO-R e a differenza dei lander più grandi come i veicoli spaziali Chang’e o Chandrayaan che impiegano meno tempo per raggiungere la Luna.
Una volta che SLIM avrà raggiunto l'orbita lunare, trascorrerà lì circa un mese prima del suo tentativo di atterraggio. A differenza della missione Chandrayaan-3, SLIM non è mirata alla regione del polo sud. Il sito di atterraggio è nel Mare Nectaris, a 13,3 gradi di latitudine sud, 25,2 gradi di longitudine est, sulle pendici del cratere Shioli.
Una volta completata la deorbitazione di SLIM, utilizzerà un sistema basato sulla tecnologia di riconoscimento di immagini per navigare autonomamente verso il sito di atterraggio. La navicella spaziale ha una mappa a bordo con dati di osservazione dall'orbiter SELENE. Utilizzando tali dati, confronterà le caratteristiche del terreno che vedrà ed è dotato di un radar di atterraggio, un telemetro laser e una telecamera di navigazione per fornire informazioni critiche al computer integrato.
Uno degli obiettivi principali di SLIM è dimostrare un atterraggio di precisione entro 100 metri dal bersaglio. Questa capacità, se raggiunta, consentirebbe ai futuri lander di raggiungere siti attualmente non visitabili dai veicoli spaziali. Le attuali capacità di atterraggio lunare sono dell'ordine di almeno diversi chilometri come ellisse di atterraggio.
SLIM passerà alla posizione orizzontale appena prima dell'atterraggio e utilizzerà cinque gambe di atterraggio fisse con ammortizzatori in alluminio deformabile per atterrare sulla superficie lunare. I pannelli solari a film sottile montati sul lato opposto alle gambe di atterraggio forniscono energia, mentre un sistema di comunicazione in banda S collega SLIM con la Terra.
La navicella spaziale è dotata di una telecamera spettrale multibanda progettata per misurare la composizione delle rocce che circondano il sito di atterraggio. Si spera che le misurazioni della mineralogia possano aiutare gli scienziati a ricostruire il modo in cui si è formata la Luna.
Nell'illustrazione il particolare metodo di atterraggio di SLIM. Credito: JAXA.
Una piccola sonda conosciuta come Lunar Exploration Vehicle-1 dovrà separarsi da SLIM appena prima dell'atterraggio e fotografare il sito. SLIM trasporta anche il mini-rover SORA-Q a forma di palla, noto anche come Lunar Exploration Vehicle-2, progettato da Tomy, il produttore di giocattoli giapponese che ha inventato i giocattoli dei trasformatori.
Inoltre, la NASA ha fornito uno specchio riflettore per consentire una misurazione precisa della distanza tra la Terra e il luogo di atterraggio, simile a quelli a bordo di Chandrayaan-3 e delle missioni Apollo.
Un obiettivo ambizioso per SLIM è condurre operazioni fino al tramonto lunare. La luce del giorno lunare in una determinata località dura circa 14 giorni terrestri e una volta che il sole tramonta, la superficie lunare può raggiungere una temperatura di meno 130 gradi Celsius.
Il pensionamento di H-IIA
La famiglia H-II è stata il veicolo di lancio del Giappone da quasi 30 anni. Il primo volo dell'H-II avvenne nel 1994, mentre l'H-IIA volò per la prima volta nel 2001 dopo che l'H-II fu ritirato a seguito di un fallimento nel lancio nel 1999.
L'H-IIB ha volato per la prima volta nel 2009 per i veicoli cargo HTV verso la ISS e l'ultimo volo nel 2020. La famiglia H-II nel suo complesso ha lanciato satelliti meteorologici e per comunicazioni, sonde lunari e interplanetarie e satelliti da ricognizione militare insieme ad altri carichi utili.
L'H-IIA è l'unico veicolo ancora attivo nella famiglia di razzi H-II e l'H3 dovrebbe sostituirlo. Tuttavia, il primo volo dell’H3 nel marzo di quest’anno si è concluso con un fallimento, e il secondo stadio è stato coinvolto nel fallimento. Il secondo stadio H3 è molto simile a quello H-IIA, quindi è stato necessario eliminare le modalità di guasto comuni prima che il lancio XRISM/SLIM potesse volare.
Dopo questo volo, l'H-IIA dovrebbe far volare il satellite di monitoraggio dei gas serra GOSAT-GW non prima di dicembre 2023 e i veicoli spaziali da ricognizione militari giapponesi IGS-Optical 8 e IGS-Radar 8 non prima di aprile 2024. Se tutto andrà bene, l'H-IIA terminerà la sua carriera con 49 lanci riusciti in 50 tentativi, con l'unico fallimento avvenuto nel 2003 a causa della perdita di un sistema di separazione SRB.
L'H-IIA si unisce all'Ariane 5 tra i principali veicoli di lancio che verranno ritirati nel 2023. JAXA sta lavorando per riportare in volo l'H3 e il calendario per questo non è attualmente noto. Una volta risolti i problemi dell’H3, questo è destinato a diventare il principale lanciatore del Giappone per importanti missioni verso la ISS, satelliti meteorologici civili e militari, comunicazioni e osservazione, e futuri voli lunari e interplanetari.
Si è trattato del 143esimo lancio orbitale globale del 2023, il terzo del Giappone.
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