Altro passo in avanti per la missione DART

La struttura principale del veicolo spaziale DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA è stata riportata lo scorso 15 maggio presso l’Applied Physics Laboratory (APL) della Johns Hopkins University a Laurel (Maryland). Equipaggiato ora con il suo sistema di propulsione chimica e con gli elementi del suo sistema di propulsione elettrica allo xenon, installati presso gli stabilimenti della Aerojet Rocketdyne di Redmond, Washington, DART rimarrà presso l’APL per la fase finale di assemblaggio e per la campagna di test pre lancio.

Il team di Integration and Test di DART ha accolto la struttura delle dimensioni all’incirca di un grosso frigorifero dopo il suo lungo viaggio attraverso gli Stati Uniti. Subito è stata spostata nella camera bianca del campus dove durante i prossimi mesi verrà equipaggiata con i sistemi operativi critici e con il suo unico strumento tecnologico, il Dydimos Reconaissance and Asteroid Camera for Optical navigation (DRACO).

«Questo importante evento segna il culmine di quattro anni di lavoro», ha spiegato Jeremy John, ingegnere della propulsione principale dell’APL. «Questi ultimi mesi ci hanno messo alla prova con diverse sfide inattese, che i team di APL e di Aerojet Rocketdyne sono stati in grado di superare con successo al fine di completare l’integrazione del sistema di propulsione ed i test d’accettazione».

L’APL, preposta alla progettazione, alla costruzione e alla gestione della missione DART per conto della NASA, ha passato il mese appena trascorso installando le finiture elettriche ed i vari sottosistemi nelle pannellature del veicolo spaziale e ha poi testato l’avionica il software del sistema Small-body Maneuvering Autonomus Real Time Navigation (SMART Nav). Gli ingegneri hanno anche ricevuto e testato l’unità di elaborazione della potenza per il propulsore ionico NEXT-C della NASA, le cui funzionalità verranno dimostrate durante la missione.

Il veicolo spaziale, come detto, è dotato di un sistema propulsivo duale; uno chimico composto da 12 propulsori a idrazina da 0,9 N di spinta ciascuno, e uno elettrico allo xenon di nuova generazione. NEXT-C (NASA Evolutionary Xenon Thruster-Commercial) costruito dalla Aerojet Rocketdyne è un sistema di propulsione elettrica solare di nuova concezione, basato sulla collaudata tecnologia sviluppata dal Glenn Research Center della NASA. «DART gioca un ruolo importante nella valutazione di tecnologie per la deflessione delle orbite degli asteroidi», ha dichiarato Eileen Drake, presidente e amministratrice delegata di Aerojet Rocketdyne. «Il nostro sistema a proulsione chimica aiuterà il veicolo spaziale a raggiungere la sua destinazione e a impattare il suo obiettivo, mentre il nostro sistema di propulsione elettrica dimostrerà le sua capacità per le applicazioni del futuro».

Il laboratorio è rimasto aperto anche durante la pandemia COVID-19, al fine di supportare in presenza i lavori più critici, inclusa quindi la missione DART in vista del suo lancio del 2021. Gli ingegneri informatici della missione, inoltre, hanno preso delle ulteriori precauzioni svolgendo delle turnazioni di lavoro sfasate con lo scopo di limitare il numero di lavoratori presenti contemporaneamente e indossando degli addizionali sistemi di protezione individuale sul posto di lavoro.

La missione DART verrà lanciata nel 2021 dalla Vandenberg Air Force Base in California, con un razzo Falcon 9 della SpaceX e servirà a dimostrare le tecnologie della deflessione cinetica da impatto. Essa verrà accelerata a una velocità di circa 6,5 km/s verso il sistema binario di asteroidi Didymos, con obiettivo Didymos B, la piccola luna di Didymos A. La coppia di asteroidi sarà a circa 11 milioni di km dalla Terra quando verrà raggiunta da DART. Questa missione dimostrativa non rappresenta un pericolo per il nostro pianeta, e l’evento culmine avverrà a una distanza ideale per permettere le osservazioni e la raccolta di dati dalla Terra.

«DART sarà la prima missione della storia a dimostrare la tecnica di deflessione cinetica da impatto», ha spiegato Andrea Riley, dirigente esecutivo del programma DAR, presso il quartier generale della NASA di Washington. «Questa missione incredibile utilizzerà tecnologie innovative, specie quando navigherà autonomamente verso il sistema di Didymos. Essa fa parte integrante del programma per la difesa planetaria della NASA».

Dopo un viaggio di 14 mesi, nel settembre del 2022, DART si dirigerà verso Didymos B utilizzando il sistema autonomo di controllo e di guida SMART sviluppato dall’APL. Quindi andrà deliberatamente a colpire a elevata velocità l’asteroide con l’obiettivo di variarne la traiettoria di moto. I telescopi della Terra potranno osservare in sicurezza il cambiamento dell’orbita di Didymos B attorno a Didymos A.

DART in breve

DART è un veicolo spaziale a basso costo. Il corpo principale misura 1,2 × 1,3 × 1,3 metri, da cui si estendono due grossi pannelli solari lunghi 8,5 metri ciascuno. L’unico payload a bordo è lo strumento DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation). DRACO è un sistema per la rilevazione di immagini ad alta risoluzione, derivato dalla telecamera LORRI della missione New Horizon, per il supporto della navigazione, l’individuazione dell’obiettivo, la misura delle sue dimensioni, la rilevazione della sua forma e la determinazione del contesto geologico.

Il velivolo spaziale trasporterà anche un CubeSat fornito dall’Agenzia Spaziale Italiana, denominato LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids). DART rilascerà LICIACube approssimativamente 5 giorni prima del suo impatto con Didymos B. Il CubeSat italiano potrà così catturare le immagini dell’impatto del veicolo spaziale statunitense, della nube di ejecta, e forse potrà anche riuscire a dare un’occhiata al cratere da impatto sulla superficie di Didymos B.

Il progetto DART intende dimostrare come un veicolo spaziale possa navigare autonomamente per andare ad impattare con successo contro il suo bersaglio, riuscendo a misurare gli effetti di tale impatto sull’asteroide. Questa dimostrazione sarà di aiuto per la NASA per pianificare al meglio una missione verso degli asteroidi che potrebbero rappresentare un reale pericolo per la Terra e i suoi abitanti.

Una delle sfide principali che il veicolo spaziale dovrà affrontare sarà quella di individuare autonomamente il suo bersaglio, la piccola luna Didymos B del diametro di 160 m, e di colpirlo direttamente quando entrambi saranno alla distanza di 11 milioni di km dalla Terra. Per vincere questa sfida, come detto, sarà fondamentale l’apporto di SMART Nav, il sistema di algoritmi di guida, navigazione e controllo. Questo sistema ottico autonomo sarà in grado di identificare e distinguere i due corpi celesti e quindi, in concerto con gli altri elementi del sistema GNC (Guidance, Navigation and Control) potrà dirigere DART verso l’oggetto più piccolo, il tutto entro un’ora dall’impatto.

I pannelli solari ROSA (Roll-Out Solar Array) sono dotati di una tecnologia che è già stata dimostrata sulla Stazione Spaziale Internazionale. I pannelli solari tradizionali possono essere ingombranti, pesanti e per venire aperti nello spazio devono fare affidamento a cerniere meccaniche che devono funzionare sempre perfettamente. Più piccolo e leggero dei pannelli solari tradizionali, il sistema ROSA consiste in un’ala centrale realizzata in materiale flessibile contenente celle fotovoltaiche. I sottili bracci presenti su entrambi i lati dell’ala, composti da una serie di tubi appiattiti in materiale composito ed arrotolati su loro stessi in senso longitudinale, sono in grado di distendersi sfruttando appunto la forza del rilascio elastico intrinseca del materiale, quindi senza la necessità di un motore, srotolando di fatto il pannello solare. Sfruttando la tecnologia ROSA, una piccola porzione dei pannelli solari di DART è configurata per dimostrare la tecnologia TSA (Trasformational Solar Array), la quale è dotata di celle solari ad altissima efficienza e di concentratori riflettenti in grado di fornire una potenza tre volte superiore rispetto alla tecnologia dei pannelli solari attualmente in uso.

La finestra di lancio si aprirà il 22 luglio 2021, mentre l’impatto di DART avverrà il 30 settembre 2022. Il sistema asteroidale Didymos è il candidato ideale per il primo esperimento di difesa planetaria della storia dell’umanità, nonostante la sua traiettoria orbitale non sia tale da portarlo a collidere con il nostro pianeta. Esso è composto da due oggetti; Didymos A, il più grande, che misura 780 metri in diametro e la sua luna Didymos B, larga 160 metri, che è l’obiettivo finale della missione. Il sistema Didymos è un sistema binario a eclisse, in cui Didymos B passa prima di fronte e poi dietro Didymos A; pertanto i telescopi sulla Terra saranno in grado di misurare la regolare variazione di luminosità dell’intero sistema e quindi di determinare la variazione del percorso orbitale di Didymos B, rispetto alle misurazioni fatte precedentemente all’impatto.

Fonti: NASA; DART mission; Aerojet Rocketdyne