In Irlanda è attualmente in fase di costruzione il primo dei sensori che verrà impiegato per la missione europea Hera. L’azienda InnaLabs di Dublino è infatti impegnata nell’integrazione del giroscopio che terrà sotto controllo i movimenti della sonda quando questa si staccherà dal suo lanciatore, l’Ariane 6, permettendole di orientare in sicurezza i propri pannelli solari verso il Sole e prendere vita.
Il lancio di Hera è attualmente programmato per il 2024.
Quando Hera raggiungerà il sistema asteroidale doppio di Didymos, il giroscopio sarà l’unità di riserva per il controllo dell’assetto, con il compito di coadiuvare il sensore stellare principale qualora quest’ultimo venisse “accecato” dal bagliore solare o dalla polvere asteroidale.
Il giroscopio, basato sulla tecnologia Coriolis Vibratory Gyroscope (CVG) sviluppata dall’azienda InnaLabs, sarà anche il sensore di assetto primario in caso di “safe mode”, consentendo di trovare il corretto orientamento per puntare le antenne di Hera verso la Terra, in attesa che l’intervento dei controllori della missione la possano riportare alla piena operatività.
«Questa unità giroscopica a tre assi, con la sua schermatura ed i suoi sistemi elettronici, ha una massa di 1,5 kg ed è cruciale per la missione» ha spiegato Steeve Kowaltscheck, responsabile dell’unità Attitude and Orbit Control and Guidance Navigation and Control Sensors dell’ESA. «Negli ultimi tre anni l’ESA ha lavorato a stretto contatto con InnaLabs per la progettazione e per le fasi di test, usando parti disponibili in commercio ma certificate individualmente collettivamente per gli standard spaziali».
I giroscopi sono impiegati da decenni nei sistemi di guida delle missioni spaziali. Essi derivano, come funzione, dai giroscopi rotanti a elevata velocità tradizionalmente installati sui sottomarini, razzi e velivoli. Proprio come una trottola per bambini, la rapida rotazione del giroscopio permette il mantenimento della posizione dell’asse “di spin” (quello attorno al quale avviene la rotazione della massa), fornendo questa informazione al sistema elettronico di guida.
Con l’evoluzione della tecnologia, da diverso tempo sono stati introdotti nei sistemi di guida i giroscopi a stato solido, i quali non avendo parti in movimento fanno affidamento alla vibrazione elettricamente indotta di un elemento cilindrico solido.
Così come il suono di un bicchiere di cristallo fatto vibrare passando un dito sul bordo cambia inclinando il bicchiere, allo stesso modo i cambiamenti indotti dai movimenti nello spazio alle vibrazioni del cilindretto del giroscopio sono interpretati dall’elettronica di controllo e dal relativo software contenuti nel sensore. Si tratta, in effetti, della stessa tecnologia che permette ai nostri smartphone, ai droni, e ai sistemi antislittamento delle automobili di conoscere il proprio orientamento spaziale.
Naturalmente i giroscopi costruiti per lavorare nello spazio devono obbedire a una progettazione che garantisca loro di resistere alle estreme condizioni ambientali che dovranno affrontare durante la loro missione, compreso il “trauma” del lancio.
«Esistono diverse tipologie di giroscopi in commercio, di differenti forme e precisione, che spaziano da quelli meno accurati, delle dimensioni di una zolletta di zucchero, a quelli estremamente precisi a fibra ottica, in grado di determinare i movimenti sulla base degli scostamenti delle frequenze luminose» ha spiegato Steeve.
L’Agenzia Spaziale Europea sta tentando di trovare dei fornitori certificati per entrambi i livelli di performance: «abbiamo notato una carenza nel mercato di giroscopi a media precisione in grado di fornire comunque delle buone prestazioni. Di conseguenza i sistemi di controllo attitudinale e orbitale di alcune missioni hanno rinunciato a includere dei giroscopi. L’introduzione di una nuova famiglia di giroscopi che utilizza dei componenti commerciali [COTS – Commercial off the shelf, NdT] potrebbe invertire questa tendenza. Questa ricerca ci ha portato alla InnaLabs, un’azienda che dal 2012 è specializzata nel campo dei sensori inerziali e di stabilizzazione per applicazioni di elevate performance per il mercato aeronautico, dei sistemi di rilevamento e dei veicoli sottomarini a guida remota».
ESA ha stipulato una partnership con InnaLabs per due progetti: uno per lo sviluppo del giroscopio per la missione Hera e per alcuni clienti commerciali che potranno beneficiare dell’utilizzo di alcuni componenti standard, grazie al supporto del programma dell’agenzia GSTP (General Support Technology Programme), che incentiva la realizzazione di prodotti a costo relativamente basso per il mercato spaziale e non. Il secondo progetto riguarda un giroscopio a elevata precisione, costituito esclusivamente con parti certificate per uso spaziale, supportato dal programma SCTP (Science Core Technology Program) dell’ESA, che supervisiona la preparazione di tecnologie critiche e strategiche per specifiche missioni future. Destinata alla produzione in volumi ridotti, questa unità è destinata al telescopio spaziale dell’ESA PLATO per il rilevamento di esopianeti, e alla missione per il monitoraggio della temperatura della superficie terrestre del programma Copernicus, Land Surface Temperature Monitoring Mission.
La missione europea Hera fa parte del progetto internazionale di difesa planetaria AIDA (Asteroid Impact & Defence Assesment) che studia la possibilità di deflettere artificialmente la traiettoria di un asteroide a rischio di collisione con la Terra. Hera opererà parallelamente alla missione statunitense DART (Double Asteroid Redirect Test). Queste due sonde raggiungeranno, seppur in tempi diversi, l’asteroide binario Didymos con la sua piccola luna Dimorphos.
DART verrà lanciata nel 2021 e andrà a impattare proprio con Dimorphos, mentre Hera partirà nel 2024 e raggiungerà il sistema binario in un secondo momento per studiare i postumi dell’impatto. L’idea è di valutare l’eventuale efficacia della tecnica di deflessione della traiettoria di Dimorphos per creare dei modelli matematici applicabili ad altri oggetti potenzialmente pericolosi per il nostro pianeta.
