Scritto: Lunedì, 30 Agosto 2021 06:00 Ultima modifica: Venerdì, 03 Settembre 2021 06:12

HERA e Licia, gli altri protagonisti della missione Dart


Il 24 novembre si aprirà la finestra di lancio della missione Double Asteroid Redirection Test (DART). DART verrà lanciato, insieme a LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids), a bordo di un razzo Falcon 9 della SpaceX dalla base aerea di Vandenberg, in California. Insieme, voleranno verso il sistema di asteroidi binari Didymos che, circa quattro anni dopo, sarà raggiunto anche da HERA.

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HERA e Licia, gli altri protagonisti della missione Dart
Crediti: ESA/Science Office

La faccia butterata della Luna e le visibili cicatrici sulle superficiali di altri corpi nel Sistema Solare sono una testimonianza che gli asteroidi possono colpire in qualsiasi momento ed ovunque. Anche la Terra non è stata e non è immune. Secondo il Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona, il nostro pianeta ha subito oltre tre milioni di impatti, con crateri di diametro superiore a 1 chilometro, il più grande di oltre 300 chilometri.

L'impatto di Tunguska in Siberia del 1908, il più grande impatto registrato nella storia, è stato causato da un oggetto di 30-40 metri di diametro. L'esplosione aerea di Chelyabinsk del 2013, la cui onda d'urto ha colpito sei città della Russia, potrebbe essere stata causata da un asteroide inferiore a 20 metri di diametro. Intanto, corpi più piccoli si scontrano continuamente con la Terra: la stragrande maggioranza non rappresenta una minaccia ma, sebbene la possibilità sia bassa, un grande impattato potrebbe sempre verificarsi con gravi conseguenze per la nostra società.

Gli effetti dell'impatto di un asteroide sulla Terra dipendono da molti fattori, come ad esempio la posizione dell'impatto, la traiettoria, le proprietà fisiche dell'asteroide, ecc., ma un piccolo oggetto di soli 150 metri potrebbe rilasciare una quantità di energia considerevole.

Nel 2016, la NASA ha istituito il Planetary Defense Coordination Office (PDCO) per gestire ed organizzare gli sforzi di difesa planetaria.
Il PDCO:

- Fornisce il rilevamento precoce di oggetti potenzialmente pericolosi (potentially hazardous object, PHO), il sottoinsieme di NEO (Neo Earth Object) che potrebbero intersecare l'orbita terrestre entro 8 milioni di chilometri e di dimensioni sufficientemente grandi (30-50 metri) da causare danni significativi sul nostro pianeta;
- Traccia e caratterizza i PHO ed emette avvisi sui possibili effetti di potenziali impatti;
- Studia strategie e tecnologie per mitigare gli impatti e svolge un ruolo guida nel coordinamento della pianificazione del governo degli Stati Uniti per rispondere ad una minaccia di impatto reale

La maggior parte delle tecniche finora proposte per evitare un impatto sulla Terra sono basate sull'alterazione della traiettoria di un oggetto in rotta di collisione. Tra le proposte, quella attualmente considerata più matura, perché basata su tecnologia spaziale esistente e conveniente, è l'impattore cinetico, che modifica l'orbita di un asteroide colpendolo con un veicolo spaziale ad una velocità relativamente elevata (diversi chilometri al secondo).

Nell'ambito di tali studi di mitigazione, è necessaria una migliore comprensione del processo di frammentazione risultante da un impatto.

La missione DART della NASA fa parte di questo programma di difesa planetaria.
L'obiettivo è il sistema di asteroidi binari Didymos ("doppio", "gemello" in greco) formato da un asteroide più grande, Didymos, di 780 metri di diametro, e da un asteroide satellite più piccolo, Dimorphos, che ha un diametro di 160 metri.

DART infographic v4

DART è una sonda low cost. La struttura principale è una sorta di scatola 1,2x1,3x1,3 metri, con due grossi pannelli solari da 8,5 metri ciascuno.
Il payload è costituito da un singolo strumento, la Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation (DRACO). DRACO è un imager ad alta risoluzione derivato dalla fotocamera LORRI della sonda New Horizons, concepito per supportare la navigazione e il targeting, per misurare le dimensioni e la forma del bersaglio, per determinare il sito di impatto e il contesto geologico. La navicella utilizza NEXT–C (Evolutionary Xenon Thruster–Commercial) della NASA, un sistema di propulsione elettrica a energia solare, un motore a ioni a griglia elettrostatica che produce spinta mediante accelerazione elettrostatica di ioni del gas xeno ionizzato. NEXT-C offre prestazioni migliorate (impulso e rendimento specifici più elevati), efficienza del carburante e flessibilità operativa rispetto ai sistemi di propulsione ionica precedentemente usati nella missione Dawn e Deep Space 1.

NEXT TVAC

Motore a ioni NEXT-C acceso durante i test presso il Glenn Research Center della NASA nel dicembre 2019.
Crediti: NASA Glenn Research Center/Aerojet Rocketdyne/NEXT–C

La sonda impatterà con Dimorphos alla velocità di circa 21.000 chilometri orari, a oltre 10 milioni  di chilometri dalla Terra

Con DART viaggerà LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroid), un piccolo satellite gestito dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e sviluppato dalla Argotec, l'azienda ingegneristica aerospaziale di Torino, diventata popolare per la ISSpresso.
Il satellite europeo Hera, invece, arriverà sul posto qualche anno più tardi ed avrà il compito di misurare gli effetti dell'impatto sull'orbita Dimorphos.
Conosciamoli meglio.

 

LICIAcube

ll cubesat italiano LICIACube, dopo un viaggio di circa 16 mesi insieme a DART, si separerà dalla sonda NASA per documentare “da vicino” gli effetti dell’impatto, il cratere e l’evoluzione dei detriti generati dalla collisione. Tutti i dati prodotti in questa fase della missione saranno importanti per verificare la capacità di deflessione di questo metodo.

liciacube argotec cubesatCrediti: Argotec

Prendere parte ad una missione così ambiziosa e delicata della NASA è motivo di orgoglio e motivazione", aveva dichiarato nella press release Simone Pirrotta, Program Manager della missione LICIACube per ASI. "Nel fornire il nostro miglior supporto e contributo alla validazione della tecnica di deflessione dell’orbita, una capacità che un giorno potrebbe salvare la Terra da potenziali minacce di asteroidi in rotta di collisione con il nostro pianeta. Per questo l’Agenzia Spaziale Italiana ha attivato un team robusto e ampio, basato sulla capacità industriale di Argotec e arricchito delle competenze dei ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica ma anche del Politecnico di Milano e dell’Università di Bologna. Si tratterà della prima missione nazionale destinata ad un target così remoto [la prima sviluppata e gestita autonomamente da un team italiano n.d.r.] e questo ci consentirà anche di far crescere specifiche competenze interne e di valorizzare nuove infrastrutture come la grande antenna sita in Sardegna per comunicazioni deep space".

LICIACube è grande quanto una scatola di scarpe (30x20x10 centimetri) ma ha un alto contenuto scientifico e tecnologico. La piattaforma di Argotec utilizzerà un sistema di navigazione autonomo, un sistema propulsivo integrato, un’ottica potente e un evoluto computer di bordo, per raccogliere dati scientifici fondamentali per valutare questa tecnica di difesa planetaria. Sarà rilasciato da DART 10 giorni prima dell'impatto ed entrerà autonomamente nella traiettoria di volo.

Il payload di LICIACube è composto da LEIA (Liciacube Explorer Imaging for Asteroid), una telecamera a campo stretto, e LUKE (Liciacube Unit Key Explorer), un imager a campo largo con un filtro pattern Bayer RGB, che raccoglierà e trasmetterà a Terra le immagini uniche degli effetti dell'impatto sull'asteroide, come la formazione e lo sviluppo dell'eventuale pennacchio. Speriamo le immagini raw vengano condivise con il pubblico: sarebbe emozionante processare queste foto made in Italy!

liciacube argotec
Il team di Argotec con LiciaCube pronto per essere spedito alla NASA.
Crediti: Argotec

 

HERA

Sarà lanciata nel 2024 e raggiungerà il sistema Didymos nel 2027, circa quattro anni dopo l'impatto di DART. Durante la missione, la navicella spaziale principale ed i suoi due CubeSat compagni condurranno rilievi dettagliati di entrambi gli asteroidi, con particolare attenzione al cratere lasciato dalla collisione con l'impattatore americano.

Hera mission timeline pillarsTimeline della missione HERE.
Crediti:ESA – Science Office

DART e Hera fanno parte della collaborazione internazionale AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), uno sforzo combinato dei team insieme ad altri ricercatori in tutto il mondo, per estrarre le migliori informazioni possibili per la difesa planetaria e la scienza del Sistema Solare da queste rivoluzionarie missioni spaziali.

Hera è stata concepita con una triplice funzione: difesa planetaria, tecnologia e scienza e include una componente dimostrativa tecnologica molto forte.
Preparerà la strada per le future missioni testando la navigazione e la guida nello spazio profondo, la comunicazione tra satelliti (tra il veicolo spaziale principale Hera e i suoi CubeSat), nonché operazioni di prossimità nell'ambiente a gravità estremamente bassa dell'asteroide.

L'obiettivo principale di Hera è convalidare completamente il metodo dell'impattore cinetico DART per la difesa planetaria che, quindi, potrà essere utilizzato su altri obiettivi.
Parte della tecnologia utilizzata sarà quasi intangibile: algoritmi software e hardware combineranno i dati da più sensori in tempo reale, costruendo un'immagine dettagliata di ciò che circonda Didymos. "Applicheranno le lezioni apprese dalle precedenti missioni interplanetarie, come Rosetta, così come molti studi sviluppati all'interno del Concurrent Design Facility dell'ESA (Don Quijotte, Marco Polo, MarcoPolo-R)", si legge nella presentazione.

Al fine di calcolare la massa di Dimorphos e l'efficienza dell'impatto di DART, Hera eseguirà un'indagine ravvicinata di tutte le proprietà fisiche rilevanti dell'asteroide, caratteristiche superficiali, porosità e struttura interna.
La massa sarà misurata osservando le "oscillazioni" del suo asteroide genitore. Selezionando punti di riferimento chiave, come i massi sulla superficie, Hera monitorerà il loro movimento attorno al centro di massa dell'intero sistema di asteroidi.
L'intera luna verrà osservata con una risoluzione di pochi metri, con la mappatura delle immediate vicinanze del cratere DART fino a una risoluzione di 10 centimetri.

Mentre le dimensioni, la struttura e la profondità del cratere forniranno nuove informazioni sull'impatto del DART, Hera illustrerà anche le conseguenze di questa collisione sul resto di Dimorphos. L'impatto potrebbe innescare effetti su tutta la sua superficie, incluso un altro cratere sul lato opposto e ejecta, cracking su larga scala, valanghe e flussi granulari.
Tutti questi dati combinati potrebbero, in futuro, aiutare la costruzione di modelli per caratterizzare altre rocce spaziali.

Hera è una piccola sonda compatta (2.2x2x1.8 metri senza pannelli solari) con una massa a pieno carico di 870 chilogrammi, alimentata da pannelli solari con un sistema di propulsione a idrazina.
La fotocamera principale sarà utilizzata sia per la navigazione che per lo studio scientifico delle superfici dei due asteroidi; un radar lidar, PALT, servirà per misurare l'altimetria e per supportare la mappatura scientifica. TIRA, uno strumento a infrarossi termici osserverà l'asteroide nella regione spettrale del medio infrarosso aiutando a determinare la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la porosità di Dimorphos. L'esperimento di radioscienza utilizzerà il collegamento radio tra Hera e la Terra per misurare la massa e la distribuzione di massa (comprese le variazioni di densità interna) di Didymos e la massa di Dimorphos. La precisione dell'esperimento potrà migliorare con il supporto dei CubeSat , Juventas e Milani, rilasciati dalla sonda. Una novità per l'Europa.

I CubeSat sono di classe nanosatellite basati su scatole standardizzate da 10 centimetri (6-unit), sfruttando al massimo i sistemi commerciali disponibili.
Non potranno comunicare direttamente tra loro se non passando per la navicella madre, Hera, quindi ciascuno avrà bisogno di un alto livello di autonomia anche per l'elaborazione dati, per ridurre il volume di informazioni da trasmettere.

Juventas e Milani trasporteranno ulteriori strumenti scientifici, a complemento del payload di Hera: un radar per investigare l'interno di Dimorphos e uno spettrometro di imaging ASPECT e uno di massa per determinare la composizione mineralogica ed elementare di Didymos e Dimorphos.

JuventasIl radar, a bordo di Juventas, ha un design semplice "monostatico" con un'architettura minimale, un trasmettitore, un filtro e un amplificatore per la ricezione metre tutta l'elaborazione dei dati viene eseguita a Terra.
Il grande vantaggio che abbiamo è che orbiteremo attorno a un asteroide, quindi rispetto ai chilometri al secondo di una missione planetaria, ci muoveremo molto lentamente, intorno a pochi metri al secondo, e anche molto più da vicino, fino a 3 chilometri di altitudine o meno", spiega il team. "Possiamo approfittare di questo per inviare lo stesso segnale più volte e aumentare il rapporto segnale/rumore, compensando la nostra mancanza di potenza".

Il radar a bassa frequenza di Juventas dispiegherà un quartetto di antenne lunghe 1,5 metri, più grandi dello stesso cubesat, poste perpendicolari tra loro per fornire un segnale radar a polarizzazione circolare. "Il ritorno scientifico dovrebbe essere ottimo", spiega il Dr. Alain Hérique dell'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG) francese dell'Université Grenoble Alpes che ha lavorato su alcuni dei più importanti strumenti radar nello spazio, tr acui CONSERT a bordo della sonda Rosetta. "Mi aspetto di vedere nel profondo, ma la penetrazione del radar dipende molto da cosa c'è dentro".

Milani ASPECT, a bordo di Milani, combina lunghezze d'onda visibili e vicine all'infrarosso per rilevare la superficie fino a una risoluzione spaziale massima di 1 metro. Setaccia la luce solare riflessa da Dimorphos e dal suo compagno più grande Didymos, alla ricerca di distintivi assorbimenti, ossia "impronte digitali" minerali. "Ottenendo uno spettro completo per ogni pixel, possiamo identificare le variazioni nella composizione della superficie, incluso il cratere di DART e i suoi ejecta, e collegarli a campioni e minerali noti di meteoriti", spiega Tomas Kohout dell'Università di Helsinki in Finlandia e dell'Accademia delle scienze ceca.

Milani volerà lungo una serie di traiettorie complesse sugli asteroidi Dydimos, in un'orbita inclinata di 20 gradi rispetto ai poli, avvicinandosi al massimo di 11,7 chilometri sopra Dimorphos per consentire ad ASPECT di mantenere l'intero asteroide nel suo campo visivo. La sua orbita di lavoro è pianificata per mantenere in vista la faccia dell'asteroide illuminata dal Sole,  con regolari manovre orbitali utilizzando propulsori.

Il payload secondario di Milani si chiama VISTA (Volatile In-Situ Thermogravimetre Analyser), un rilevatore di polvere made in Italy. Lo strumento è nato per rilevare la presenza di particelle di polvere inferiori a 5-10 micrometri (millesimi di millimetro) per cercare sostanze volatili come l'acqua, caratterizzare sostanze organiche leggere e monitorare la contaminazione molecolare che circonda il CubeSat.

La missione primaria di Miami durerà 12 settimane, dopodiché bisognerà deciderne la sorta. Potrebbe essere spedito in un'orbita cimitero oppure, con una mossa azzardata, potrebbe posarsi sulla superficie di Dimorphos.

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore e l'image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno" (segui su LinkedIn le mie attività professionali).
Amo le missioni robotiche inviate nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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