Mercoledì 12 novembre, alle 9:35 italiane, la sonda Rosetta rilascerà il piccolo lander Philae che, qualche ora più tardi atterrerà sul nucleo della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Si tratta dell’evento culminante di una missione partita più di 10 anni fa, sicuramente la più ambiziosa finora mai tentata dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA).

L’atterraggio si prospetta per niente banale. Non solo è la prima volta che si tenta un atterraggio su una cometa, ma il lander stesso è stato progettato più di un decennio fa, senza sapere esattamente le condizioni che avrebbe trovato al momento dell’atterraggio. Non si conosceva la forma della cometa, la sua rotazione, la consistenza del terreno e tante altre variabili, e anche adesso, dopo che Rosetta è stata in orbita intorno a Churyumov-Gerasimenko per più di tre mesi, molte di queste informazioni sono ancora incognite.

Il lander

Philae ha una massa di circa 100 kg ed è stato sviluppato e progettato da un consorzio guidato dall’agenzia spaziale tedesca (DLR) con il contributo di ESA e dell’agenzia francese CNES, oltre a quello di vari istituti di altri paesi membri, in particolare in Austria, Finlandia, Francia, Ungheria, Irlanda, Italia e Regno Unito.

Il lander è dotato di tre zampe per l’atterraggio, un arpione per ancorarsi alla cometa e un piccolo propulsore per evitare di rimbalzare una volta sulla superficie. Oltre, ovviamente ai dieci strumenti scientifici che permetteranno a Philae di compiere la propria missione. Nel dettaglio:

• APXS: Spettrometro a particelle alfa e raggi X, per studiare la composizione elementare.
• CIVA: Sei fotocamere in bianco e nero per immagini panoramiche, sensibili al visibile e all’infrarosso.
• CONSERT: Radiosonda, per studiare l’interno della cometa.
• COSAC: Analizzatore di gas per identificare le molecole organiche.
• Ptolemy: Analizzatore di gas per misurare gli isotopi degli elementi leggeri.
• MUPUS: Sensori per misurare le proprietà fisiche della cometa in superficie e sotto.
• ROLIS: Fotocamera per fotografare il contesto del sito di atterraggio.
• ROMAP: Strumento per misurare il campo magnetico e il plasma.
• SD2: Trivella per il campionamento, capace di scavare fino a 23 cm di profondità.
• SESAME: Serie di sensori per la misura di diverse proprietà fisiche della cometa

Da segnalare il contributo italiano agli strumenti di Philae: la professoressa Amalia Ercoli-Finzi, del Politecnico di Milano è il Principal Investigator (PI) dello strumento SD2.

L’atterraggio

Mercoledì 12 novembre, intorno alle 7:30 del mattino in Italia, Rosetta accenderà i propulsori per cominciare la manovra per allinearsi correttamente. La spinta porterà la sonda dall’attuale orbita a 30 km di distanza dalla cometa a circa 22,5 km; sarà a questo punto, alle 9:35 CET, che verrà rilasciato Philae. Data la distanza da Terra, la conferma dell’avvenuto rilascio ci arriverà circa 28 minuti dopo. Mentre Philae si avvierà nella sua traiettoria balistica verso Churyumov-Gerasimenko, Rosetta seguirà il lander da vicino fino a circa 40 minuti dopo il rilascio, quando i motori si accenderanno un’altra volta per manovrare Rosetta su un’altra traiettoria.

I motivi per cui Philae viene rilasciato proprio a 22,5 km di distanza sono molti, relativi principalmente alla velocità di rilascio, la distanza di sicurezza con Rosetta e altri fattori spiegati nel dettaglio dal direttore di volo di Rosetta Andrea Accomazzo in questo post del blog di Rosetta (in inglese). La seconda accensione dei propulsori di Rosetta permetterà all’orbiter di essere in posizione ottimale al momento del touchdown di Philae.

Durante la discesa, diversi strumenti di Philae rimarranno accesi. Al momento della separazione da Rosetta, CIVA scatterà alcune immagini di addio, mentre il compito di riprendere la discesa verso la cometa sarà affidato a ROLIS. Una volta raggiunte le vicinanze della cometa, COSAC e Ptolemy “assaggeranno” la debole chioma di Churyumov-Gerasimenko, composta da particelle espulse dal nucleo. ROMAP studierà l’interazione tra il vento solare ed il plasma cometario, mentre SESAME si occuperà di misurare le polveri e il plasma rispettivamente, con i sensori SESAME/DIM e SESAME/PP. Inoltre CONSERT, insieme ad altri strumenti, si occuperà di misurare il rateo di discesa e di compiere rilevazioni sugli strati superiori del nucleo.

Philae non avrà nessuna possibilità di manovrare durante la discesa. La traiettoria sarà completamente balistica e quindi conterà soltanto la spinta iniziale. Se tutto va bene l’atterraggio averrà circa sette ore dopo il rilascio da Rosetta, quindi intorno alle 5 del pomeriggio in Italia. Philae toccherà il suolo a velocità molto bassa, ammortizzata ulteriormente dalle zampe di cui dispone. Per evitare di rimbalzare, il piccolo lander è dotato di piccoli razzi nella parte superiore che si accenderanno al momento dell’atterraggio. Successivamente alcuni arpioni ancoreranno Philae alla superficie di Churyumov-Gerasimenko.

È possibile trovare una timeline molto dettagliata (ma comunque soggetta a possibili variazioni) degli eventi che si succederanno durante l’atterraggio in questo post sempre nel blog della missione di Rosetta.

La cometa

Il sito prescelto per l’atterraggio di Philae è stato recentemente ribattezzato “Agilkia”. Il nome è stato assegnato tramite un concorso pubblico e fa riferimento all’isola di Agilkia, sul Nilo, il luogo dove sono stati trasferiti dall’isola di Philae (inondata dopo la costruzione della diga di Assuan nel secolo scorso) diversi edifici di rilevanza archeologica, tra cui il Tempio di Iside. Il sito, originariamente chiamato Sito J, fu scelto in base alle migliori caratteristiche di illuminazione solare, di condizioni del terreno (per quanto possibile rilevare dall’orbita) e di meccanica orbitale.

Il punto più distante dal Sole dell’orbita della cometa Churyumov-Gerasimenko è poco più interno dell’orbita di Giove. Attualmente si trova in fase di avvicinamento al perielio (il punto dell’orbita più vicino al Sole), che si trova tra le orbite della Terra e di Marte e verrà raggiunto ad agosto del 2015.

L’orbiter Rosetta, dopo aver raggiunto la cometa lo scorso agosto, ha passato le ultime settimane a mapparne il nucleo e a rilevare le condizioni del terreno e molte altre caratteristiche. L’orbita di Rosetta è stata gradualmente abbassata dai 100 km iniziali a 50, poi 30, 20 e addirittura 10 km dalla superficie. Nonostante questo sono ancora molte le incognite che agitano i sonni degli scienziati e degli ingegneri che lavorano alla missione di Philae. In particolare le condizioni del terreno, sia per quel che riguarda l’asperità (Philae non potrà “sterzare” all’ultimo minuto per evitare massi o punti sfavorevoli) che per quel che riguarda la consistenza.

La cometa ha una forma molto irregolare, con due corpi principali distinti (Agilkia si trova sulla “testa”, cioè il corpo più piccolo) uniti da un “collo” più sottile e in cui sembra concentrarsi l’attività della cometa. Come in tutte le comete, infatti, le sostanze volatili che compongono il nucleo tendono a sublimare man mano che la cometa si avvicina al sole, dando origine alla sua chioma e alla coda. Il nucleo, inoltre, ha una rotazione intorno al proprio asse del periodo di circa 12 ore e mezzo.

La missione

Una volta al suolo Philae comincerà la fase post-atterraggio della propria missione scientifica. Per prima cosa CIVA riprenderà un’immagine panoramica del sito di atterraggio. Insieme ad altre informazioni provenienti dagli altri strumenti, la foto verrà utilizzata per determinare il punto esatto dove si trova il lander. MUPUS monitorerà gli arpioni che nel frattempo saranno sparati per ancorare Philae al suolo. Le proprietà elastiche della superficie verranno misurate dal terzo sensore di SESAME, SESAME/CASSE.

Una volta saldamente al suolo, comincerà la prima fase scientifica (FSS, o First Scientific Sequence). Questa fase durerà fino a 54 ore ed è stata pianificata per essere completata con una singola carica delle batterie di bordo. In questo modo, anche se ci dovessere essere qualche problema e le batterie non si dovessero ricaricare grazie ai pannelli solari che ricoprono il lander, una prima serie di preziosissimi dati scientifici potrà comunque essere raccolta.

La FSS si compone di diverse sezioni, ognuna con un diverso obiettivo scientifico. Nella fase iniziale, che durerà alcune ore, verranno riprese immagini tramite ROLIS e verranno utilizzati gli strumenti ROMAP, MUPUS e CONSERT. Durante questa sequenza il team di Rosetta determinerà la posizione e l’allineamento di Philae, e monitorerà la telemetria dei pannelli solari. La determinazione dell’allineamento permetterà, al termine della prima sequenza, di ruotare il lander nella posizione ottimale per massimizzare l’energia solare raccolta dai pannelli.

La seconda sequenza sarà principalmente dedicata a determinare la composizione dell’immediato sottosuolo del nucleo. Sarà in questa fase che verrà utilizzata la piccola trivella SD2, mentre COSAC e Ptolemy rileveranno i gas nell’ambiente circostante. Verranno raccolti due campioni che verranno quindi riscaldati in un piccolo forno rilasciando le sostanze volatili che altrimenti non sublimerebbero in maniera naturale. Le sostanze rilasciate dal primo campione verranno misurate da COSAC, mentre Ptolemy si occuperà di quelle rilasciate dal secondo campione. Nel frattempo SESAME si occuperà di misurare le polveri.

La terza sequenza si occuperà principalmente delle caratteristiche superficiali, mentre SD2 verrà utilizzato nuovamente nella quarta sequenza, in cui verrà anche utilizzata la fotocamera CIVA per analisi microscopiche del campione.

Se i pannelli solari e la batteria funzioneranno a dovere, la FSS sarà seguita dalla fase LTS (Long-Term Science), che potrebbe durare fino a marzo del 2015. In questa fase la missione sarà orientata soprattutto a monitorare i cambiamenti del nucleo della cometa durante l’avvicinamento al Sole. A marzo del prossimo anno le temperature saranno troppo elevate per gli strumenti di Philae e quindi la sua missione, con ogni probabilità, giungerà al termine. Continuerà in orbita, invece, la missione di Rosetta, accompagnando Churyumov-Gerasimenko durante il passaggio al perielio e oltre, almeno fino a dicembre del 2015.

Come seguire l’evento

Naturalmente sarà possibile seguire l’atterraggio sulla rete attraverso numerosi canali. Anche se l'”evento” è molto distributo nel tempo (a confronto ad esempio dei famosi “7 minuti di terrore” dell’atterraggio di Curiosity su Marte), saranno disponibili numerosi aggiornamenti più o meno in tempo reale.

L’agenzia spaziale europea comincerà a trasmettere dal vivo in streaming, dal centro di controllo missione dell’ESOC, a partire dalle ore 20 di martedì 11 novembre e manterrà la diretta fino alle 20 del giorno successivo. Durante questo streaming costante del centro di controllo trasmetterà anche alcuni aggiornamenti con commenti e servizi. L’elenco completo degli aggiornamenti si trova sul sito di ESA TV.

Tra i siti, in inglese, che pubblicheranno i principali aggiornamenti ci sarà senz’altro il blog di Rosetta. Inoltre, per aggiornamenti più frequenti, assolutamente da non perdere i feed su Twitter di @Esa_Rosetta e @Philae2014. Già adesso è divertente seguire, ad esempio, l’interessante conversazione tra Philae e l’astronauta ESA Alexander Gerst su chi è più nervoso per l’atterraggio! (Alex tornerà sulla Terra dalla sua missione di lunga durata sulla ISS nei prossimi giorni).

Potrete infine seguire gli aggiornamenti in italiano su ForumAstronautico.it, grazie agli utenti del forum, e commentare le varie notizie provenienti da Rosetta e Philae.