Gli astronauti che lavoreranno a bordo del Lunar Gateway probabilmente non ricorderanno del piccolo CubeSat che ha validato la stabilità dell’orbita su cui l’avamposto è inserito. Il CubeSat in questione si chiama CAPSTONE, acronimo di Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment, è stato progettato e gestito da Advanced Space e lanciato il 28 giugno 2022 a bordo di un razzo Electron di Rocket Lab dal proprio complesso nella penisola di Mahia, in Nuova Zelanda.
Caratteristiche fisiche
CAPSTONE
Con soli 25 kg, CAPSTONE rappresenta una delle sonde più leggere a raggiungere la Luna, superato solo dall’orbiter Hagoromo, del peso di 8 chilogrammi, e nel prossimo futuro da alcuni dei CubeSat rilasciati nel corso della missione Artemis-1, come ad esempio LunaH-Map (14 kg) o LunIR (14 kg).
Sarà alimentato da due pannelli fotovoltaici e avrà la strumentazione necessaria per la navigazione e per comunicare con la Terra e con il Lunar Reconnaissance Orbiter.
Dispone anche di un sistema di propulsione alimentato a idrazina che fornirà oltre 200 m/s di ∆V. I motori in tutto erogano una spinta di 0,25 N e sono otto, di cui quattro utilizzati per gli spostamenti e il mantenimento di assetto e quattro per il desaturamento del momento.
Photon
Si tratta di un terzo stadio opzionale per il razzo Electron, appositamente modificato per la missione, e sarà il responsabile dell’inserimento di CAPSTONE nell’orbita verso la Luna, come spiegato più avanti. È stato presentato per la prima volta nel 2019 e ha raggiunto lo spazio nel 2020 nel corso della missione I can’t believe it’s not optical, durante la quale è stato trasformato in un satellite in grado di inviare immagini della Terra, dopo aver rilasciato i carichi paganti.
Un secondo esemplare adattato al raccoglimento di dati utili alla missione CAPSTONE è stato invece lanciato nel 2021, nel corso della missione They go up so fast.
Obiettivi
Come ricordato dalla parola Experiment nell’acronimo, CAPSTONE è una missione puramente dimostrativa e di validazione della stabilità dell’orbita NRHO (near-rectlinear halo orbit) che sarà utilizzata nel futuro dal Lunar Gateway, l’avamposto lunare orbitante a guida statunitense ed elemento fondamentale nell’architettura del programma Artemis.
Come si può vedere nel video, l’orbita ha una significativa eccentricità (perilunio a 1.600 km e apolunio a 72.000 km) e un periodo di 7 giorni. È stata studiata in modo da garantire stabilità per lunghi periodi di tempo e contemporaneamente rilassare i requisiti per il trasferimento da e verso la superficie lunare. La forma dell’orbita e la sua orientazione impediscono eclissi della Terra e quindi periodi di assenza di comunicazione, ma permettono la copertura del Polo Sud lunare, individuato come zona di esplorazione e permanenza degli astronauti nel corso delle missioni Artemis.
La sonda impiegherà circa tre mesi per arrivare nell’orbita di destinazione e vi rimarrà per almeno sei mesi per verificare che i requisiti di potenza e propulsione per il mantenimento dell’orbita siano congrui alle ipotesi elaborate da NASA.
In aggiunta a questo, CAPSTONE dimostrerà l’affidabilità delle comunicazioni con le stazioni a Terra e soprattutto di soluzioni di navigazione autonoma basate sulla comunicazione tra due sonde.
Per questo ultimo obiettivo CAPSTONE dispone di un secondo computer dedicato e di un apparato radio che effettueranno i calcoli sulla posizione della sonda basandosi sulla velocità di variazione della distanza con il Lunar Reconnaissance Orbiter. Nel caso in cui questa metodologia si dimostrasse sufficientemente affidabile potrebbe rappresentare un punto di svolta importante per le missioni nello spazio profondo, in quanto ridurrebbe la dipendenza delle sonde dalle antenne di Terra.
Un ultimo obiettivo, certamente più laterale dei due precedenti, è un miglioramento nella gestione e controllo di CubeSat oltre l’orbita bassa terrestre e potrebbe risultare utile per future missioni che prevedono CubeSat in orbita lunare, come quelli presenti a bordo della missione Artemis-1.
Lancio e trasferimento in orbita lunare
Il lancio era previsto inizialmente dal Middle Atlantic Regional Spaceport in Virginia, ma ritardi nella certificazione dell’autonomous flight termination system, il sistema di distruzione automatica del razzo in caso di malfunzionamenti, hanno costretto i team di NASA e Rocket Lab a spostare la partenza presso il complesso di lancio privato dell’azienda neozelandese a Mahia, in Nuova Zelanda.
Dopo diversi rinvii legati all’evoluzione della pandemia da coronavirus in Nuova Zelanda e tempo addizionale necessario per controlli, il duo composto dal Photon e CAPSTONE, del peso di 300 kg complessivi, è decollato il 28 giugno 2022 alle 11:55 italiane (le 21:55 a Mahia) diretto verso l’orbita bassa terrestre. Dopo la separazione nominale del primo e del secondo stadio, il compito di immettere CAPSTONE in orbita lunare è passato al Photon.
La traiettoria che seguiranno le due sonde si chiama ballistic lunar transfer (BLT) e prevede l’innalzamento dell’apogeo dell’orbita a oltre un milione e mezzo di chilometri (ben oltre l’orbita della Luna, situata mediamente a 395.000 km). Questo tipo di orbita permette un cambio di piano e altre manovre così vantaggiose dal punto di vista energetico che, se l’immissione è sufficientemente precisa, possono essere effettuate senza la necessità di attuare correzioni (∆V=0).
Il Photon quindi ha compiuto e sta compiendo una serie di accensioni dei propri motori con lo scopo di innalzare l’apogeo della propria orbita: al momento della scrittura dell’articolo ne sono state completate 6 delle 8 inizialmente previste, poi ridotte a 7 grazie all’unione di due accensioni in una unica. La prossima e ultima avverrà non prima del 4 luglio e immetterà CAPSTONE nell’orbita di trasferimento balistico e il Photon in una traiettoria che consentirà il passaggio ravvicinato della Luna. Da quel momento in poi, la sonda di NASA proseguirà nel lungo percorso di avvicinamento all’orbita NRHO, mentre il Photon effettuerà un flyby del nostro satellite, scattando alcune foto.
La separazione delle due sonde è prevista circa venti minuti dopo l’ultima accensione.
Per chi volesse seguire in tempo reale la missione, tra qualche giorno dovrebbe essere possibile osservare CAPSTONE nel programma NASA Eyes, inserendo il nome della sonda nella barra di ricerca.
Fonti: NASA (1), NASA (2), forumastronautico.it.
