MarCO: i primi CubeSat nello spazio profondo

NASA ha ricevuto i primi segnali dai suoi CubeSat inviati nello spazio profondo: per primo un messaggio in codice e poi una storica foto.

Lo scorso 5 maggio NASA ha lanciato la missione InSight verso Marte ma sullo stesso vettore hanno preso posto anche altri due “passeggeri”: MarCO-A e MarCO-B. Si tratta di due CubeSat gemelli il cui nome completo, Mars Cube One, ne rivela anche la principale caratteristica: sono le prime sonde di questo tipo a essere inviate verso Marte e più in particolare verso lo spazio profondo.

I CubeSat sono una categoria di satelliti dalla forma cubica (come suggerisce il nome) con il lato di circa 10 centimetri, quindi piuttosto piccoli e infatti secondo una classificazione informale il loro peso dovrebbe ricadere fra i 15 e i 2,5 chilogrammi. Erano stati inizialmente pensati per un uso didattico in ambito universitario per insegnare agli studenti le basi della progettazione di satelliti senza incorrere nelle spese esorbitanti necessarie alla costruzione di un satellite tradizionale. Questi satelliti infatti usano componentistica COTS standard che ne abbatte notevolmente i costi di produzione e progettazione potendo inserire moduli già pronti e funzionanti come a esempio lo stesso sistema di interfacciamento con il vettore e il meccanismo di rilascio grazie al fatto di avere dimensioni standard.

Ncube-2 cubesat, una tipica configurazione di questo tipo di satelliti (la copertura esterna è stata tolta). Credits: ARES Institute

I MarCO in più sono stati progettati sfruttando un’altra caratteristica di questa classe di satelliti: la modularità. È possibile mettere insieme più di un modulo base di CubeSat a formare un satellite più grande con funzionalità avanzate, in particolare i due satelliti di NASA misurano 36,6 per 24,3 per 11,8 centimetri, violando in questo caso la regola non scritta di potersi espandere solo in una dimensione. Grazie alla sua semplicità ed economicità questa categoria di satelliti è diventata subito la preferita da università e centri di ricerca che con una spesa contenuta, sia di progettazione che di lancio, potevano accedere allo spazio per svolgere le proprie ricerche. In questo modo si è assistito a una vera esplosione di questi satelliti che in orbita eseguono le più disparate operazioni, dalla gestione di rotte di spedizione alla raccolta di dati sul cambiamento climatico, ma fino al lancio di questa coppia il campo di azione è sempre rimasto l’orbita terrestre, solitamente non oltre gli 800 km di quota. Con questa missione nella missione NASA intende proprio dimostrare la possibilità di espandere il campo di utilizzo di questa “tecnologia” a basso costo.

Il primo compito di questi satelliti è stato segnalare la piena attivazione dopo il lancio e la coppia lo ha portato a termine nella serata di domenica 6 maggio, precisamente alle 21.15 e 22.58 ora italiana (19.15 e 20.58 UTC) quando i centri NASA hanno ricevuto il loro messaggio in codice “Polo!” con un chiaro riferimento benaugurante al celebre viaggiatore veneziano del XIII secolo.

“Entrambi MarCO-A e MarCo-B hanno inviato ‘Polo!’. È un segno che i piccoli satelliti sono attivi e senza problemi,” ha detto Andy Klesh, capo ingegnere per la missione MarCo al Jet Propulsion Laboratory di NASA a Pasadena in California, il centro che ha costruito le due sonde.

Anche se può sembrare un compito facile, la ricezione di questi messaggi ha comportato per i due CubeSat una gran quantità di lavoro e indica che molte cose si sono svolte come dovevano. Essendo delle missioni secondarie e a basso costo la loro preparazione non era prioritaria e in particolare i loro computer sono stati testati e accesi per l’ultima volta a metà marzo presso la California Polytechnic State University di San Luis Obispo, sono rimasti inattivi quindi per quasi 2 mesi. La riattivazione sta a indicare che le batterie hanno mantenuto una carica sufficiente per permettere al sistema di dispiegare i pannelli solari, stabilizzare l’assetto, girare la sonda verso il Sole e accendere la radio.

Dopo questo primo obiettivo raggiunto i tecnici si sono concentrati sul controllo delle funzionalità dei due MarCO eseguendo tutta una serie di verifiche e continuando a rimanere in contatto negli slot di tempo assegnati alla missione. Questa fase dovrebbe durare circa 2 settimane ma alcuni risultati sono già stati resi pubblici perché piuttosto interessanti e, se vogliamo, molto “visibili” specialmente sui social network.

La fotografia inviata da MarCO-B con le annotazioni dei tecnici.
Credits: NASA / JPL / Caltech

Infatti, martedì 8 maggio mentre la coppia stabiliva il primato di distanza dalla Terra per un CubeSat a circa 1 milione di chilometri, i tecnici hanno deciso di provare le camere di ripresa, in particolare la cosiddetta FishEye (obiettivo grandangolare). MarCO-B, che il gruppo di gestione della missione chiama affettuosamente Wall-E dal noto film della Disney, ha scattato una foto della Terra in compagnia della Luna in un remake della celebre “Pale Blue Dot” scattato dalla sonda Voyager 1 nel 1990. “Consideratelo il nostro omaggio alle Voyager,” ha detto Klesh. “I CubeSat non sono mai andati così lontano nello spazio fino a ora, quindi è un grosso passo in avanti. Entrambi i CubeSat sono attivi e funzionano pienamente. Guardiamo in avanti per vederli viaggiare anche più lontano.” L’invio della foto è stato utilizzato per testare le prestazioni dell’antenna ad alto guadagno in banda X che è uno dei principali componenti di CubeSat che l’agenzia vuole verificare con questa missione trattandosi di un pannello piatto studiato per dirigere le onde radio allo stesso modo di un’antenna a disco ma con meno ingombro.

“Siamo ansiosi ma eccitati,” ha detto Joel Krajewski del JPL e direttore del progetto MarCO. “Un sacco di lavoro è stato fatto nella progettazione e nel collaudo di questi componenti, così potrebbero sopravvivere al viaggio verso Marte e inoltrare i dati durante l’arrivo di InSight. Ma il nostro obiettivo maggiore è capirne di più su come adattare le tecnologie dei CubeSat alle future missioni nello spazio profondo.”

Nei prossimi giorni continueranno le procedure studiate per verificare le componenti e il comportamento delle due sonde in vista dell’arrivo su Marte dove effettueranno un semplice passaggio di fly-by di conserva e, si spera, di aiuto alla missione InSight.

Come accennato infatti da Krajewski, benché la missione principale sia la verifica di nuove tecnologie da impiegare in future missioni nello spazio profondo mediante CubeSat, NASA spera di poter usare i due satelliti come ripetitori per la missione InSight durante i famosi “Sette Minuti di Terrore”, la cruciale fase richiesta alla maggior parte delle sonde destinate a toccare terra su Marte.

Le discese su Marte sono notoriamente molto impegnative a causa della tenue atmosfera del pianeta rosso. I CubeSat MarCO seguiranno da dietro InSight nel suo viaggio verso Marte. Dovessero riuscire a fare tutto il viaggio, invieranno verso Terra i dati di InSight mentre entra nell’atmosfera e scende sulla superficie del pianeta. Le antenne ad alto guadagno sono uno dei punti chiave di questo tentativo.

“MarCO-A e MarCO-B sono i nostri primi CubeSat interplanetari progettati per monitorare InSight durante il breve periodo dell’arrivo sulla superficie, se dovessero arrivare su Marte,” ha detto Jim Green, direttore della divisione scienze planetarie di NASA presso il quartier generale di Washington. “Tuttavia questa missione non è necessaria per il successo di InSight. Sono una dimostrazione delle future potenziali capacità. La coppia MarCO porterà i propri esperimenti di comunicazione e navigazione durante il suo volo indipendente verso il pianeta rosso.”

Rappresentazione artistica di MRO.
Credit: NASA

Quando InSight arriverà su Marte in novembre, non si affiderà a MarCO per mandare i dati a Terra, il compito sarà portato a termine dal Mars Reconnaissance Orbiter di NASA e da numerosi telescopi astronomici basati a terra. Ma se la missione MarCO dovesse avere successo, si avrebbe la conferma del successo di InSight quasi in tempo reale (a meno del tempo di viaggio del segnale) poiché i due CubeSat implementano due apparati radio diversi: una ricevente UHF e una ricetrasmittente in banda X. Questa configurazione permetterà loro di inviare a Terra in banda X i segnali in UHF da Insight mentre li stanno ricevendo. MRO non può farlo non potendo usare simultaneamente le due bande radio, deve attendere di aver ricevuto e immagazzinato tutto dalla sonda e poi inviare i dati verso le stazioni a Terra, inserendo un ritardo di più di un’ora tra la ricezione dei dati a Terra e l’effettiva trasmissione da InSight.

Uno degli altri aspetti che NASA vuole verificare con questa missione sono i sistemi di controllo dell’assetto e di propulsione in questo tipo di satellite e anche per questo ha deciso di pianificare una traiettoria di arrivo su Marte completamente indipendente dalla missione principale con anche manovre di correzione a sé stanti che verranno appunto testate nei prossimi giorni con la prima manovra pianificata a breve.

Le sonde MarCO sono state costruite dal JPL che per conto di NASA anche dirige sia la missione InSight sia MarCO. Sono state finanziate sia dal JPL che dalla Divisione per le Missioni Scientifiche di NASA.

Fonte: NASA