Per LISA e VEGA è il momento di entrare in scena

A che cosa servono anni di prove, errori e ripensamenti? A migliorarsi, ad affinare la tecnica, a imparare e memorizzare meccanismi e movimenti. Si prova, si tenta, e poi si sbaglia, almeno fino al giorno del debutto. Poi non sono ammessi errori, amnesie e dimenticanze.

Domani 2 dicembre sarà la volta dell’entrata in scena di VEGA, il razzo italiano alla sua sesta prova da protagonista, e della sua ospite, LISA Pathfinder, giovane promessa dell’esplorazione scientifica. Palcoscenico d’eccezione sarà il punto lagrangiano L1, posto a 1,5 milioni di chilometri della Terra.

Il tutto è organizzato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che ha finanziato la missione insieme ai principali partner europei.

Dopo anni di lavoro giunge quindi al debutto uno dei più importanti progetti scientifici dell’Agenzia europea che, se avrà successo, darà vita ad una lunga tournée tra i punti di Lagrange. Come ha spiegato l’astrofisico Gabriele Piersimoni sul nostro Blog “La risposta è 42”, LISA Pathfinder «avrà lo scopo di testare gli strumenti che tra 20 anni saranno a bordo della missione principale», cioè  eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna).

Siamo di fronte dunque ad un dimostratore tecnologico, che deve far comprendere agli scienziati se gli strumenti sono in grado di intercettare il loro obiettivo principale: le onde gravitazionali (dai un’occhiata al nostro Blog per saperne di più).

Pertanto l’Agenzia europea ha chiamato questi due giovani attori, su cui ricade l’onere e l’onore di fare da apripista alle successive generazioni.

Il razzo VEGA

A portare LISA Pathfinder nello spazio sarà il razzo italo-europeo VEGA, acronimo di Vettore Europeo di Generazione Avanzata. Si tratta di un razzo leggero alto circa 30 metri e dal peso di circa 137 tonnellate, in grado di portare in orbita fino a 2000 kg di payload. Il vettore è stato sviluppato dall’ESA – l’Italia è capofila del progetto con il 65% del finanziamento – e dall’ELV (European Launch Vehicle), la joint venture tra l’AVIO di Colleferro (70%) e l’Agenzia spaziale italiana (30%, ASI). Quella di domani è la sesta missione per il VEGA – la terza del 2015 – che finora ha registrato solo successi completi.

In particolare, in occasione della quarta missione, in cui ha portato in volo suborbitale la capsula IXV – Intermediate eXperimental Vehicle, il VEGA ha dimostrato una grande precisione nell’inserimento orbitale, che ha confermato la bontà del progetto dell’upper stage AVUM, prodotto da AVIO.

Dal punto di vista strutturale il VEGA è un razzo a quattro stadi, di cui i primi tre a combustibile solido e il quarto, l’AVUM, a liquido.

Il primo stadio, il P80 (80 sono le tonnellate di carburante trasportato) è stato sviluppato da AVIO in collaborazione con la belga SABCA, che ha curato il sistema di spinta direzionale. Alimentato con polibutadiene con radicali ossidrilici, il P80, alto circa 11 metri, è accreditato di una spinta pari a 2,261 kN per un tempo di accensione di 110 secondi. Secondo AVIO, il propulsore è il più grande e potente motore a blocco unico a propellente solido mai costruito.

Il secondo e terzo stadio sono invece il sistema Zefiro-23 e Zefiro-9 (anche in questo caso le tonnellate di  carburante trasportato): la loro lunghezza complessiva è di circa 12 metri. Il tempo di accensione dei due segmenti, anche loro alimentati da combustibile solido, è rispettivamente di 77 e 120 secondi.

L’upper stage AVUM  (Attitude Vernier Upper Module) ha invece il compito di depositare lo spacecraft nell’orbita obiettivo dopo che gli stadi precedenti si sono ormai distaccati. L’AVUM contiene tutta l’avionica del razzo ed è stato sviluppato dall’azienda di Colleferro – così come i precedente stadi – in collaborazione con i partner europei. I propulsori sono i russi RD-843, costruiti dalla Yuzhnoye Design Bureau e in parte derivati da quelli dell’ICBM SS-18. Infine, sulla sommità del razzo, trova posto il fairing, (letteralmente carenatura), progettato e prodotto dall’azienda svizzera RUAG Space. 

Una delle caratteristiche dell’AVUM è la capacità di trasportare più di un payloads per lancio: questa peculiarità – generalmente assente nei razzi leggeri – lascia bene sperare sul successo commerciale del VEGA, che dopo LISA, di fatto entrerà nella sua piena vita operativa. Finora, escludendo il primo lancio, le missioni del razzo sono state parte del programma VERTA (Vega Research and Technology Accompainment), il piano di crescita che ha accompagnato il VEGA dalla giovinezza fino alla maturità.

Ora in avanti, invece, il razzo entrerà nella sua vita commerciale, in cui dovrà competere sul mercato con gli altri lanciatori della sua classe: sono già dieci le missioni programmate per diversi clienti, tra cui il Vietnam, il Kazakistan, la Turchia, l’Estonia, il Perù e Google, che proprio con il vettore italiano metterà in orbita i primi satelliti della sua costellazione per l’osservazione della Terra ad alta risoluzione Sky Box.

Il lancio dei quattro Sky Box avverrà nei primi mesi del 2016 insieme a quello del satellite peruviano Perusat-1. La prossima missione, in sostanza, metterà subito in mostra la versatilità e le capacità del razzo.

In ogni caso AVIO, insieme all’ESA e ad Airbus&Safran Launchers, sta già sviluppando la nuova versione del vettore, conosciuta come VEGA C (C sta per consolidated). Il VEGA C avrà un primo stadio più potente (il P120) e il suo sviluppo verrà integrato con quello del nuovo razzo europeo Ariane 6. Difatti il VEGA C, oltre che razzo stand-alone, sarà utilizzato come booster per la nuova generazione Ariane. Per questo la produzione di AVIO passerà dagli attuali 3 motori annuali fino a 36.

Il payload, LISA Pathfinder

La sonda LISA Pathfinder è stata sviluppata dall’ESA in collaborazione (almeno iniziale) della NASA. Inoltre, hanno partecipato al progetto le principali aziende spaziali europee, guidate dal prime contractor Airbus Defence&Space.

Per l’Italia la CGS (Compagnia Generale per lo Spazio, parte del gruppo tedesco OHB Bremen) ha sviluppato per conto dell’ASI gli strumenti ad alta precisione della sonda, mentre Stefano Vitale dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN) è stato nominato il responsabile scientifico della missione.

Inoltre, hanno fornito il loro know-how alla missione anche Thales Alenia Space Italia (67% Thales, 33% Finmeccanica), che ha prodotto i transponders e i meccanismi di controllo, e Selex ES, (gruppo Finmeccanica), subcontractor per i pannelli solari e per il sensore solare.

La sonda monta a bordo due strumenti: il LISA Technology Package (LTP) sviluppato in Europa, e il Disturbance Reduction System (DRS), costruito invece dalla NASA. L’intera sonda pesa, carburante incluso, 1900 chilogrammi.

Il budget della missione, inizialmente stabilito in 100 milioni di euro, ha sfondato nel corso degli anni quota 400 milioni di euro. L’aumento della spesa è stato generato dalle complesse sfide tecnologiche affrontate, che hanno ritardato la missione di 2 anni e, di conseguenza, fatto lievitare i costi.

La missione: rotta verso L1

Il sipario sulla missione si aprirà domani 2 dicembre alle 01:15 ora locale, le 05:15 del mattino in Italia, quando VEGA accenderà il suo P80 e lascerà il Vega launch complex (SLV) dello spazioporto di Kourou dell’ESA, in Guyana francese. Dopo lo spegnimento e il distacco dei primi tre stadi, l’AVUM lascerà andare via LISA un’ora e 45 minuti dal lancio. LISA verrà inserita in un orbita ellittica inclinata a 6,5° gradi rispetto all’equatore con un perigeo di 200 km e un apogeo di 1540 km.

Grazie a sei passaggi intorno alla Terra con apogeo progressivamente più elevato, dopo una settimana di manovre, LISA, usando il suo modulo di propulsione, si spingerà verso il punto langrangiano L1, distante 1,5 milioni di chilometri, in cui arriverà dopo otto settimane di viaggio. Qui la sonda si inserirà su un’orbita particolare, detta di Lissajous.

I punti di Lagrange sono posizioni dello spazio in cui (semplificando un po’ le cose) le forze che agiscono su un oggetto si bilanciano e creano una situazione di equilibrio. Non si tratta di oggetti specifici, quindi l’orbita di Lissajous è essenzialmente una traiettoria posta in prossimità di un punto. LISA, in particolare, compirà uno specifico tipo di orbita di Lissajous, chiamata Halo, e orbiterà intorno ad L1 ad una distanza di 500mila per 800mila chilometri.

Una volta sul palcoscenico, LISA Pathfinder comincerà la sua missione di sei mesi, monitorata a Terra dal centro di controllo ESOC a Darmstadt, Germania, che riceverà i dati intercettati dall’apposita antenna della base italiana di Malindi, in Kenya.

Ma è ancora presto per gli applausi: prima occorre sedersi, aspettare che il sipario si apra e ascoltare (in diretta streaming qui su FON) l’ouverture dei motori del VEGA durante il lancio.