Rosetta: la guida completa all’atterraggio sulla cometa

L’articolo è stato aggiornato con ulteriori dettagli dopo la sua pubblicazione iniziale (vedi qui).

Ormai ci siamo: il prossimo venerdì 30 settembre la missione Rosetta, la più ambiziosa e complessa esplorazione robotica mai intrapresa dell’Agenzia Spaziale Europea dai tempi della sonda Giotto, vedrà la sua conclusione con uno spettacolare atterraggio sulla cometa Churyumov-Gerasimenko.

In questa guida cercheremo di riassumere, chiarire ed approfondire gli eventi delle ultime 24 ore della parte volata della missione, e di scoprire qualche interessante dettaglio.

Ecco il video dell’hangout live di ESA con i principali responsabili della missione Rosetta dal lato scientifico e dal lato delle operazioni, trasmesso lo scorso 20 settembre e dal quale prende largamente spunto questo articolo.

Perché la missione deve finire proprio ora?

Rosetta si trova attualmente in un’orbita che rende difficile continuare le operazioni, e la missione ha dovuto scegliere tra varie alternative: si sarebbe potuto seguire la cometa nel suo allontanamento dal Sole, ma questo avrebbe comportato presto l’incapacità di generare sufficiente energia elettrica con i pur massivi pannelli solari; si sarebbe potuto semplicemente abbandonare il satellite, ma è una decisione che nessuno si è sentito di prendere; oppure continuare le operazioni tentando un atterraggio sulla cometa negli ultimi giorni in cui la distanza dalla Terra avrebbe consentito di continuare in maniera sicura ad inviare comandi e ricevere telemetria.

Perché si è deciso di tentare l’atterraggio sulla cometa?

Perché date le possibili opzioni non potrebbe esserci una fine migliore per la parte operativa della missione che depositarla dolcemente sulla Churiyumov – Gerasimenko. Rosetta sarà guidata in modo controllato verso la superficie della cometa, e durante la discesa potrà compiere osservazioni scientifiche uniche, incluse fotografie a risoluzione altissima e misurazioni dei gas e delle polveri a distanze ridottissime, mai raggiunte in precedenza da alcuna sonda nella storia dell’astronautica per quanto concerne l’esplorazione cometaria.

Non era possibile rimettere Rosetta in ibernazione?

A differenza del giugno 2011, quando Rosetta venne ibernata per 31 mesi nel tratto finale del suo avvicinamento alla cometa, questa volta si trova in volo attorno alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e ne segue la traiettoria. La distanza massima della cometa dal Sole (afelio) raggiunge gli 850 milioni di chilometri, troppo distante per generare l’energia elettrica sufficiente a mantenere le temperature minime necessarie al funzionamento della sonda, con scarse se non nulle probabilità di sopravvivenza. A differenza delle missioni nello spazio profondo di altre agenzie spaziali quali la NASA, ESA non utilizza energia atomica per alimentare Rosetta, i cui due enormi pannelli solari non sarebbero all’altezza del compito.

Dove atterrerà Rosetta?

Dopo un’intensa campagna fotografica ravvicinata compiuta nelle scorse settimane, il team di Rosetta ha deciso di far atterrare la sonda nella zona chiamata “Ma’at”, che si trova sul più piccolo dei due lobi che formano la cometa. In particolare si punterà ad una zona molto attiva ricca cavità aperte dalle attività eruttive, che misurano fino a 100 metri di larghezza e fino a 50 di profondità, con la speranza di scorgere qualche dettaglio di queste affascinanti formazioni. La zona precisa è tra le cavità Ma’at 2 e Ma’at 3. Da sinistra a destra, le tre cavità misurano rispettivamente 125, 130 e 140 metri di diametro, e 65, 60 e 50 metri di profondità.

 

Quanto preciso sarà l’atterraggio di Rosetta?

Sono molti i fattori di cui si è tenuto conto nel calcolo delle possibili traiettorie di discesa di Rosetta, tra i quali giocano un ruolo molto importante la non uniforme attrazione gravitazionale della cometa e la possibile fuoriuscita di gas e materiali dalla superficie. Si stima che la traiettoria sarà precisa entro un’ellisse di 700 per 500 metri centrata attorno al punto desiderato di atterraggio.

 

La raccolta di dati scientifici durante l’avvicinamento finale

Quasi tutti gli strumenti saranno operativi durante la discesa di Rosetta verso la cometa, con alcune eccezioni. MIDAS e COSIMA, i sensori dedicati allo studio della polvere cometaria, e VIRTIS, lo spettrometro ad infrarossi, resteranno spenti. ROSINA, lo spettrometro progettato per indagare la composizione dell’atmosfera cometaria, sarà attivato solo parzialmente (2 sensori su 3). In ogni caso questo evento rappresenta una straordinaria opportunità per studiare zone mai osservate da distanze tanto ravvicinate. L’attenzione dei sensori della sonda sarà rivolta alla “zona di accelerazione”, una regione dove le polveri che costituiscono il corpo della cometa vengono accelerate dalle emissioni gassose provenienti dal nucleo del corpo celeste. Di grande interesse anche lo studio della morfologia della superficie, specialmente dei “pits”, cioè veri e propri fori dai quali fuoriescono getti di gas prodotti dal materiale acquoso in sublimazione. Lo strumento per lo studio del plasma, RPC, studierà l’interazione del vento solare nei pressi del nucleo cometario mentre questo diventa via via meno attivo.

 

Le fasi della manovra di avvicinamento

• Sabato 24/9: Rosetta cambierà la sua orbita portandosi su una nuova traiettoria di 16 x 23 km, ideale per mettersi in posizione per la discesa finale.
• Lunedì 26/9: Seconda parte della manovra orbitale di trasferimento.
• Giovedì 29/9, ore 20:50 UTC (22:50 ITA) – Una breve accensione dei thrusters di bordo porterà Rosetta in rotta di collisione con la Churyumov-Gerasimenko, dando il via alla discesa da quota di 19 km. Rosetta sarà in caduta libera, senza più alcuna accensione dei suoi thrusters analogamente a quanto fatto per il lander Philae, raccogliendo dati scientifici durante il cammino.
• Venerdì 30/9 ore 10:40UTC  ± 20 minuti (12:40 ITA)  – Rosetta dovrebbe toccare la cometa in questo momento, con un margine di errore di circa 20 minuti. La conferma del buon esito della manovra dovrebbe giungere ad ESOC solo 40 minuti dopo (a causa della distanza Terra-sonda), quindi tra le 11:20 UTC/13:20 ITA ± 20 minuti. Il margine di incertezza potrebbe venire ampiamente ridotto con le misurazioni dei parametri orbitali compiuti nelle ultime ore della missione.

Ecco il video ESA con tutte le manovre fino alla traiettoria finale.

 

Quali dati saranno resi disponibili il giorno della discesa finale?

Per ovvie ragioni tutti i dati raccolti durante la manovra di collisione devono essere ritrasmessi a Terra in tempo reale, e non possono essere salvati temporaneamente nella memoria di bordo come normalmente fatto fino ad ora. Ci si aspetta che le trasmissioni cessino nel momento del contatto con il suolo della 67/P. Si prevede che una serie preliminare di dati siano rilasciati al pubblico non appena possibile, in particolare almeno qualche immagine, dopo le necessarie procedure tecniche di decodifica dei dati ricevuti.

Cosa potrebbe andare storto?

Il grande successo riscontrato fino ad oggi dalla gestione della sonda Rosetta nella sua danza orbitale attorno alla Churyumov-Gerasimenko potrebbe indurre a credere che sia relativamente semplice operare in qualsiasi condizione. In realtà le cose stanno esattamente al contrario: il personale di ESOC del team di Rosetta, con il settore di Dinamica Volo in prima fila, stanno dando fondo alle loro migliori risorse per regalare a tutti noi un ultimo brivido, e soprattutto per sfruttare al meglio l’occasione più unica che rara di raccogliere dati fino a poche centinaia di metri dalla superficie di una cometa. Ecco alcuni dei pericoli più critici:

• Le ruote di reazione a bordo di Rosetta lavoreranno a velocità molto più alte del normale, a causa del rateo di manovra molto elevato nelle fasi finali. Un momento torcente maggiore significa anche una probabilità di guasto più elevata.
• Gli star tracker, sensori che Rosetta utilizza per orientarsi usando le stelle visibili in cielo, potrebbero indurre un safe mode. Questi strumenti sono dotati di un software programmabile in grado di osservare una certa zona di cielo e, studiando gli asterismi le cui stelle superano una soglia minima di luminosità, deducono l’assetto della sonda. La presenza di pulviscolo e frammenti cometari nel campo visivo degli star tracker può portare al riconoscimento di stelle inesistenti, con un impatto sul computer di guida di Rosetta tale da indurlo a far scattare la modalità di emergenza. Il software degli star tracker è stato già aggiornato in passato per far fronte efficacemente ai mesi di massima attività eruttiva della cometa, e queste modifiche restano valide anche in questo contesto.
• Safe mode indesiderati. Così come per ogni altro Safe Mode, se la transizione in modalità di emergenza avvenisse proprio durante la discesa il Flight Control Team di Rosetta si metterebbe al lavoro per comprenderne le casuse e per mettere in atto le contromosse necessarie a risolvere il problema e riportare la sonda alla piena operatività. Vista però la fase delicata che la sonda è in procinto di iniziare, vi sarà un punto di non ritorno, oltre il quale sarà impossibile recuperare completamente le funzioni di Rosetta. Inoltre, proprio per scongiurare comportamenti anomali che non si avrebbe il tempo di contrastare, a tre ore dal touchdown verrà caricato un aggiornamento del software di bordo (vedi qui un approfondimento) che in caso di Safe Mode spegnerà la sonda che continuerà la sua traiettoria senza più contatti con la Terra.

Natualmente il fattore distanza ha un ruolo fondamentale: trovandosi a 40 minuti luce dalla Terra, non vi è modo per il team in ESOC di far fronte in tempo reale a qualsiasi emergenza dovesse richiedere una decisione rapida e contingente.

Che succederà nel momento del touchdown?

La sonda non è stata progettata per atterrare, ma data la bassa velocità di impatto non ci si aspetta né uno schianto né che (come capitato al piccolo lander Philae) Rosetta possa rimbalzare e tornare indietro nello spazio. Ci si aspetta però che la sonda possa subire qualche rimbalzo minore e che giri su se stessa a causa del contatto degli ampi pannelli solari pannelli solari e delle antenne degli strumenti con il suolo.

Non ci sono speranze di ricevere dati dalla sonda una volta arrivati sulla cometa: non appena toccato il suolo tutti i sistemi vitali di Rosetta saranno spenti, inclusi il sistema di controllo dell’assetto ed il trasmettitore di bordo. Quest’ultima misura è necessaria in quanto richiesta dagli accordi internazionali che regolano le missioni spaziali. La patch di “passivizzazione” di Rosetta è stata caricata qualche giorno fa, e sarà “attivata” 3 ore prima dell’atterraggio. Nessuna riattivazione automatica sarà possibile a quel punto, ed in ogni caso va considerato che l’antenna ad alto guadagno, con ogni probabilità, non sarà più puntata verso la Terra rendendo ogni tentativo di comunicazione completamente vano.

Qualche dettaglio extra sui momenti finali di Rosetta

Abbiamo avuto modo di parlare con Andrea Accomazzo, Flight Director di Rosetta, che ci ha spiegato meglio i dettagli di come la patch di “passivizzazione” funzionerà.

• La patch consiste in una modifica al software Rosetta che causerà la totale “neutralizzazione” dei principali sistemi di bordo; una sorta di “lobotomia” che spegnerà alcuni sottosistemi e renderà di fatto inerti quelle che invece, per motivi tecnici, non possono essere spenti.
• La patch è già caricata a bordo, e verrà attivata a T-3 ore dal touchdown. Attivazione non significa esecuzione, però: solo un riavvio del computer di bordo porterà, come parte delle operazioni di reboot, all’esecuzione della patch. L’attivazione di fatto equivale all’operazione di “togliere la sicura” alla patch.
• Il principale motivo che potrebbe indurre il riavvio del computer di bordo è un Safe Mode.
• Ci si aspetta di incorrere sicuramente in un Safe Mode al momento del touchdown di Rosetta sulla cometa, quando i dati in arrivo dai sensori del sistema di guida di Rosetta faranno “disorientare” il sistema AOCS (Attitude and Orbit Control System) al punto che esso stesso causerà il Safe Mode.
• Come accennato, l’inevitabile riavvio del computer di bordo causato dal Safe Mode darà il via alla sequenza di eventi previsti per la fine ufficiale della missione volata.
• Se durante la discesa, tra T-3 ore ed il touchdown vero e proprio avvenisse un Safe Mode, la patch entrerà subito in azione e Rosetta ci darà il suo addio con anticipo rispetto al previsto.
• In ogni caso, che avvenga in volo o sul suolo della Churyumov-Gerasimenko, la conferma dell’esecuzione della patch sarà la scomparsa del segnale portante sulla frequenza del trasmettitore di bordo.

Qual è lo stato attuale di Rosetta?

Rosetta gode di ottima salute e le performance sono perfette. In questo momento la sonda si trova in una fase di “flyover” durante il quale, mentre si muove attorno alla cometa, Rosetta sta progressivamente abbassando la sua orbita. Ora si trova a 3,9 km dal centro e a soli 1,9 dal punto più ravvicinato della superficie. Nei prossimi giorni però si tornerà ad una più sicura quota di 4,2 km di distanza, in quanto ogni volta che Rosetta si avvicina molto alla Churiyumov – Gerasimenko ne riceve un “calcetto” gravitazionale (data la disomogenea distribuzione delle masse) difficile da calcolare con precisione e che crea parecchi grattacapi al personale della Dinamica Volo che lavora per tenere sotto controllo l’assetto. La campagna fotografica per la mappatura ravvicinata della cometa e la contemporanea ricerca del lander Philae sulla superficie della cometa sono state rese particolarmente difficoltose da questa caratteristica.

Dove seguire l’atterraggio live e avere altre informazioni ed approfondimenti

• La prima risorsa che consigliamo è naturalmente il sito istituzionale di ESA, che proporrà in home page il link allo streaming della diretta.
• Il blog ufficiale di Rosetta, dove sono costantemente riportati dettagli “sfiziosi” che non sempre raggiungono gli articoli pubblicati sul sito principale di ESA.
• AstronautiNEWS, dove daremo copertura live dell’evento.

© Immagine di copertina: ESA