Sabato 31 gennaio 2015 è stato messo in orbita il primo satellite della NASA progettato per misurare a livello planetario l’umidità presente nel suolo terrestre. Si tratta di SMAP (Soil Moisture Active Passive), un satellite realizzato dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Pasadena in California e costato 916 milioni di dollari.
Il lancio è avvenuto dalla rampa SLC-2W della Vandenberg Air Force Base in California per mezzo di una razzo Delta II nella configurazione 7320. Questa versione prevede un primo stadio RS-27A a kerosene e ossigeno liquido, tre booster GEM-40 a propellenti solidi ed un secondo stadio (o stadio superiore) AJ-10-118K a propellenti ipergolici. Il tutto per un peso totale al lancio di 152 tonnellate.
Il video del lancio.
Alle 14:22:00 GMT (le 6:22 ora locale e le 15:22 in Italia) il razzo gestito dalla società ULA (United Launch Alliance) si è sollevato dalla rampa con una spinta di 243 tonnellate che in appena 36 secondi lo hanno portato a superare la barriera del suono (Mach 1). I tre booster laterali hanno terminato la loro spinta 64 secondi dopo il lancio, ma si è dovuto attendere altri 35 secondi per il loro sganciamento in quanto il razzo stava sorvolando una zona di oceano caratterizzata dalla presenza di piattaforme petrolifere. La separazione è quindi avvenuta sufficientemente al largo e con il razzo ad una quota di 35 km. Il primo stadio ha continuato a spingere fino a 4 minuti e 22 secondi dal lancio, separandosi sei secondi dopo con il vettore ad una quota già superiore ai 100 km. Il secondo stadio si è acceso sei secondi dopo la separazione dal primo ed ha continuato a spingere per 6 minuti e 8 secondi. Nel frattempo, circa 30 secondi dopo l’accensione del secondo stadio, è avvenuta anche l’espulsione dei due semigusci (fairing) che hanno protetto il prezioso carico durante la salita negli strati più densi dell’atmosfera.
Allo spegnimento dello stadio superiore il razzo aveva acquisito un’orbita preliminare di 185 x 710 km con un’inclinazione di 98,1 gradi. Dopo 41 minuti di attesa l’orbita è stata portata al valore definitivo di 661 x 685 km (mantenendo l’inclinazione precedente) grazie ad una seconda accensione di 12 secondi dello stadio superiore. Cinque minuti dopo (e 57 minuti dopo il lancio) SMAP è stato rilasciato completando con successo la missione del Delta II. Il satellite ha subito dispiegato il suo pannello solare ed ha effettuato un rapido controllo dei suoi sistemi di bordo confermando di non aver subito danni o anomalie durante il lancio.
Il rilascio di SMAP.
SMAP, che ha un peso di 944 kg di cui 356 kg costituiti dalla strumentazione scientifica, rimarrà in orbita per almeno tre anni durante i quali produrrà la più dettagliata (9 km di risoluzione) e accurata mappa dell’umidità presente nel suolo terrestre (fino a 5 cm di profondità) mai ottenuta dallo spazio. Grazie ai suoi due strumenti (un radar e un radiometro) potrà compiere misurazioni sia di giorno che di notte e con qualsiasi copertura nuvolosa. Se non troppo fitta, potrà anche penetrare attraverso la vegetazione.
Grazie alla sua orbita polare (con un periodo di 98,5 minuti) potrà monitorare l’intero pianeta. Ogni otto giorni (corrispondenti a 117 orbite) passerà sopra lo stesso punto della superficie, ma dal momento che la sua fascia di osservazione sarà ampia 1.000 km potrà coprire di misurazioni la stessa zona ogni due o tre giorni a seconda della latitudine.
L’umidità del suolo gioca un ruolo importantissimo nel ciclo energetico terrestre dal momento che l’evaporazione raffredda la superficie e la bassa atmosfera mentre porta umidità all’alta atmosfera dando vita a nubi e piogge. Oltre a stabilire il livello di umidità, SMAP potrà anche rilevare se il terreno è ghiacciato oppure in fase di scongelamento. Questo aspetto è molto importante in quanto poter osservare le tempistiche dello scongelamento primaverile e le variazioni nella lunghezza di questa stagione, deputata alla crescita della vegetazione, aiuterà a stabilire con più precisione quanto carbonio le piante rimuovono dall’atmosfera ogni anno. Con le sue misurazioni, SMAP aiuterà a migliorare drasticamente le previsioni del tempo a breve termine e a ridurre l’incertezza delle proiezioni a lungo termine di come i cambiamenti climatici impattano sul ciclo dell’acqua. Permetterà inoltre agli scienziati di monitorare le siccità e predire in maniera più accurata le inondazioni causate da forti piogge o dallo scioglimento della neve. Tutte informazioni importantissime che possono salvare vite umane e beni materiali. La stessa crescita delle piante dipende dalla quantità d’acqua nel suolo per cui si potrà predire meglio anche il rendimento dei raccolti e di conseguenza dare subito l’allarme per eventuali carestie.
La NASA si pone cinque obiettivi principali per questa missione: comprendere i processi che collegano acqua, energia e ciclo del carbonio sulla superficie terrestre; stimare il flusso d’acqua e di energia fra l’atmosfera ed il terreno a livello globale; quantificare il trasferimento netto di carbonio tra le foreste boreali e l’atmosfera; migliorare le previsioni meteo e climatiche; sviluppare migliori previsioni di alluvioni e carestie.
Per fare tutto ciò però SMAP deve prima attivare e calibrare tutti i sistemi di bordo. Si tratta di operazioni che richiederanno circa tre mesi, durante i quali verrà anche dispiegata la grande antenna che consentirà al radar ed al radiometro di fare il proprio lavoro di monitoraggio. Questa grande antenna da sei metri di diametro è stata realizzata dalla Astro Aerospace, un’azienda facente parte della Northrop Grumman, che è anche specializzata nella costruzione di strutture di supporto e meccanismi di dispiegamento per questo tipo di apparati. Il traliccio di supporto dell’antenna, lungo 5 metri, verrà dispiegato il 16 febbraio in una sequenza che durerà 16 minuti. Il 20 febbraio, dopo aver verificato il comportamento del satellite con il traliccio dispiegato, sarà la volta dell’antenna vera e propria. L’antenna verrà dapprima estratta dal suo contenitore, lungo 1,2 metri e del diametro di 30 cm, e aperta parzialmente per un diametro di due metri. Successivamente raggiungerà la sua massima apertura completando la delicata operazione che avrà una durata totale di 33 minuti.
Animazione del dispiegamento dell’antenna.
Passerà poi circa un mese prima che venga messa in rotazione, durante il quale si continueranno le attivazioni ed i test di tutte le strumentazioni di bordo. La velocità di rotazione dell’antenna sarà inizialmente e per qualche giorno mantenuta a 4,5 giri al minuto per le prime verifiche di funzionamento. Dopodiché verrà gradualmente aumentata fino a raggiungere i 14,6 giri al minuto definitivi. Questo dovrebbe avvenire entro la fine di marzo per consentire un altro mese circa di test con tutte le strumentazioni ormai attivate. I primi risultati scientifici verranno prodotti entro il prossimo ottobre mentre nella primavera 2016 si dovrebbero già avere dei dati pienamente validati.
I dati raccolti dal satellite saranno però resi disponibili immediatamente a 45 organizzazioni per testarli ed integrarli in svariate applicazioni. Fra queste organizzazioni ci sono: U.S. Department of Agriculture, U.S. Geological Survey, U.S. Centers for Disease Control and Prevention, United Nations World Food Programme, ma anche meteorologi di svariate nazioni non americane. La parte attiva delle misurazioni è affidata al radar, che lavora in banda L nelle microonde fra 1,217 e 1,298 MHz, mentre quella passiva al radiometro che opera nella stessa banda ma con un range fra 1,400 e 1,427 MHz.
Il satellite è gestito dal JPL (il Project Science è Simon Yueh) per conto del NASA Science Mission Directorate, con parte della strumentazione e del contributo scientifico proveniente dal Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland. In particolare, il Jet Propulsion Laboratory ha realizzato il satellite ed è responsabile della gestione del progetto, dei sistemi ingegneristici, della strumentazione radar, delle operazioni di missione e del sistema di dati a terra. Il Goddard è invece responsabile della strumentazione del radiometro e della produzione dei dati scientifici. Le stazioni di terra che riceveranno telemetria o potranno inviare comandi si trovano alla McMurdo Station in Antartide (che potrà contare su dieci contatti quotidiani per un totale di 91 minuti), alla Svalbard Station in Norvegia (dieci contatti al giorno per 88 minuti), Fairbanks in Alaska (7 contatti quotidiani per 54 minuti) e Wallops in Virginia (3 contatti per 26 minuti totali).
Oltre ad SMAP, il razzo Delta II ha portato in orbita anche un carico secondario costituito da quattro piccoli satelliti CubeSat. Tre quarti d’ora dopo il rilascio di SMAP, lo stadio superiore ha effettuato una terza accensione di 8 secondi per abbassare l’orbita ed iniziare il rilascio, avvenuto tre minuti dopo, dei quattro mini satelliti. Si tratta di FIREBIRD II-A e II-B della Boston University, GRIFEX del JPL e ExoCube del California Polytechnic State University.
I satelliti FIREBIRD (Focused Investigations of Relativistic Electron Burst, Intensity, Range, and Dynamics mission) studieranno le fasce di Van Allen, GRIFEX (GEO-CAPE ROIC In-Flight Performance Experiment) testerà dei componenti elettronici che dovranno essere utilizzati sul futuro satellite GEO-CAPE (Geostationary Coastal and Air Pollution Events) e ExoCube studierà composizione e stato di attività dell’esosfera.
Quello di sabato è stato il lancio numero 151 per il razzo Delta II, ma soprattutto il 98° consecutivo senza problemi. Nessun vettore al mondo può vantare una simile striscia di successi, facendo di questo razzo il più affidabile della storia spaziale. Il prossimo lancio è programmato per il novembre 2016, sempre da Vandenberg, per portare in orbita il satellite meteorologico JPSS 1.
Il lancio di SMAP (credit: ULA)
Fonte: NASA
In copertina: rappresentazione pittorica di SMAP in orbita.
