Kepler rompe una seconda ruota di reazione. Missione finita?

Lo scorso 14 maggio la missione del telescopio spaziale Kepler ha subito un nuovo brutto colpo: dopo che lo scorso ottobre una delle quattro ruote di reazione si era guastata, ora anche un secondo elemento di questi attuatori sembra aver subito un danno irreparabile.

Quando il Flight Control Team  ha contattato il satellite per uno dei due consueti controlli settimanali, Kepler è stato trovato in “Safe Mode”, una speciale modalità di funzionamento che, in seguito a seri problemi di assetto o all’hardware, prende il controllo del satellite mantenendo i pannelli solari puntati verso il Sole, in attesa che i tecnici a terra accertino eventuali problemi e implementino le relative soluzioni.

In Safe Mode le ruote di reazione vengono tenute spente, e il controllo dell’assetto è affidato ai soli thrusters (i razzetti di bordo, parte del sistema RCS). Le vibrazioni indotte dallo sparo dei thrusters e la “grossolana” precisione dei movimenti che ne derivano rendono impossibile ogni produzione di dati scientifici, ma di contro il satellite affida il suo posizionamento nello spazio ad un sistema intrinsecamente più semplice e affidabile.

Quando i controllori di Kepler ha tentato di riconfigurare il telescopio per la ripresa delle normali operazioni è arrivata l’amara sorpresa: inizialmente tutto sembrava andare per il meglio, la telemetria mostrava che le tre ruote avevano risposto correttamente ai comandi, ma successivamente ci si è accorti che la RW4 aveva una velocità di rotazione pari a zero. Questo comportamento è il tipico sintomo di un guasto strutturale all’hardware dell’attuatore, probabilmente ai cuscinetti, e pertanto si è preferito tornare al Safe Mode in attesa di chiarire la situazione.

La commissione di indagine che è stata nominata per comprendere meglio l’accaduto ha concluso che i dati sembrano dimostrare inequivocabilmente un guasto fisico grave della RW4, e ha incaricato il Flight Control Team di attivare la modalità “Point Rest State”, che utilizza il sistema RCS per il controllo di tutti e 3 gli assi assicurando un assetto non buono per le osservazioni ma sufficientemente preciso per mantenere le antenne radio di Kepler in vista della Terra.

Due delle ruote di reazione di Kepler durante l’assemblaggio. Cliccando sull’immagine si accede alla galleria completa. Credit: Ball Aerospace.

Purtroppo sia il Safe Mode che il Point Rest State, facendo uso dei thrusters, incidono sensibilmente sulle limitate scorte di propellente a bordo, anche se con l’attuale rateo di consumo sarà possibile portare a compimento senza troppi patemi l’attuale fase di valutazione del da farsi, che si protarrà per qualche settimana. I tecnici dovranno capire se Kepler sarà mai in grado di riprendere la ricerca di esopianeti, anche se la perdita di una seconda RW sembra escluderlo definitivamente. Tra le ipotesi allo studio c’è una modalità “mista”, che prevede l’uso combinato delle due RW  rimaste e dei thrusters. Certamente Kepler non potrà garantire i livelli di accuratezza del puntamento necessari per la fotometria ad alta precisione.

Kepler ha completato la sua missione primaria, della durata di 3 anni e mezzo, ed è entrata nella fase “estesa” lo scorso novembre. Con una vita utile prevista di almeno 7 anni, la rottura di ben due ruote di reazione a soli tre anni dal lancio è un brutto segnale, che non depone a favore della qualità costruttiva di questi fondamentali attuatori.

Tutti i prossimi sviluppi si possono seguire sul sito della missione: http://kepler.nasa.gov/

COSA SONO E A COSA SERVONO LE RUOTE DI REAZIONE

Le ruote di reazione sono un componente tra i più diffusi nei sitsemi di controllo dell’assetto dei sistemi spaziali. Consentono di puntare un satellite in diverse direzioni senza bisogno di utilizzare i razzetti di manovra (thrusters), e si rivelano particolarmente utili quando i movimenti da imprimere sono molto piccoli, come quelli necessari, per esempio, per mantenere il puntamento di un telescopio spaziale verso uno specifico obiettivo. Questi attuatori svolgono il loro compito tramite motori elettrici collegati a ruote metalliche. Aumentando (o diminuendo)la velocità di rotazione delle ruote in una certa direzione, il satellite ruoterà con velocità proporzionale in senso contrario, per mantenere il momento angolare.

Il sistema di riferimento di uno dei satelliti Galileo (C) ESA

Equipaggiando un veicolo spaziale con almeno tre ruote, una per ognuno dei tre assi vicendevolmente ortogonali  X, Y e Z, e accelerando o frenando ciascuna di esse secondo specifici e precalcolati profili, è facile intuire come sia possibile muovere a piacimento il veicolo stesso in ogni direzione possibile. Le ruote di reazione sono attuatori di tipo “interno”, e quindi possono muovere un satellite solo attorno al suo centro di massa, ma non possono essere usate per spo traslarlo da un punto all’altro nello spazio, compito affidato al sistema RCS.

Questo video didattico, in particolare dal minuto 4 in avanti, aiuta a comprendere meglio come le ruote di reazione possano essere usate per muovere un oggetto attorno al suo centro di massa.