Europa Clipper: pericolo radiazioni!

I transistor a bordo della sonda Europa Clipper, il cui lancio è previsto in ottobre, potrebbero non essere in grado di resistere all’ambiente radioattivo che distingue il sistema gioviano.

Come è noto, l’ambiente spaziale in cui sono immersi Giove e i suoi numerosi satelliti è caratterizzato dalla presenza di radiazioni di entità tale da rappresentare un serio pericolo per i sistemi elettronici dei veicoli spaziali che devono raggiungere o sorvolare il gigante gassoso. Il suo enorme campo magnetico, 20.000 volte più potente di quello terrestre, intrappola le particelle cariche e le accelera a velocità elevate, creando degli intensi fasci di radiazioni che bombardano Europa e le altre lune interne. Pertanto, l’elettronica di queste sonde deve essere progettata per resistere a questo ambiente e ciò si traduce nell’impiego di componenti che dovrebbero resistere alle radiazioni; dovrebbero, appunto.

Adesso tutto è in forse

La data di lancio della missione astrobiologica Europa Clipper per lo studio dell’intrigante luna gioviana Europa, missione che si colloca, assieme a quella epocale di Cassini, come il progetto scientifico planetario più costoso e ambizioso della NASA, è ufficialmente in dubbio.

Il lancio della navicella spaziale da 4,25 miliardi di dollari è previsto per il prossimo ottobre con un Falcon Heavy dal Kennedy Space Center in Florida, ma purtroppo una nota della NASA del 31 maggio ha spiegato che la squadra ingegneristica della missione del Jet Propulsion Laboratory (JPL) ha osservato che i test sui transistor certificati per resistere all’ambiente gioviano mostrano che alcuni di essi potrebbero subire dei danni anche a livelli di radiazioni significativamente più bassi. Il transistor è un dispositivo a semiconduttore usato per amplificare o interrompere l’alimentazione dei segnali elettrici; nella fattispecie quelli sotto indagine appartengono alla tipologia MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor).

«Il problema con i transistor è venuto alla luce a maggio, quando il team della missione è stato informato che alcune parti simili si guastavano a dosi di radiazioni più basse di quanto atteso» ha scritto l’agenzia in un post del suo blog giovedì 11 luglio. «Nel giugno 2024 è stato emanato un avviso all’industria per informare del problema. Il produttore è attualmente al lavoro con il team della missione per eseguire dei test al fine di meglio comprendere il rischio di usare questi componenti nell’elettronica di Europa Clipper». Gli ingegneri sono al lavoro per determinare quanti transistor sono difettosi e come essi si potrebbero comportare durante la missione.

Un problema di processi industriali e di comunicazione

Il produttore di questa tipologia di transistor, secondo quanto appurato da un’altra fonte, è la multinazionale tedesca Infineon Technologies, e quello che è successo è stato ricostruito da Shannon Fitzpatrick, Direttore Associato dei programmi di volo per la scienza planetaria della NASA durante il suo discorso del 9 luglio scorso al Planetary Science Advisory Committee (PSAC).

Alcuni anni fa, Infineon ha cambiato il processo di produzione per i suoi transistor MOSFET resistenti alle radiazioni. L’azienda ha progettato questi transistor secondo le specifiche delle forze militari statunitensi, che seguono gli stessi standard usati dal team di Europa Clipper. Dopo questo cambiamento i clienti hanno trovato che alcuni lotti di transistor si guastavano a livelli di radiazioni molto più bassi di quanto richiesto dalle specifiche. La compagnia è quindi intervenuta prontamente sui propri processi interni per correggere l’errore, senza però informare la NASA dell’accaduto, in quanto non a conoscenza della reale destinazione di questi transistor. Quindi, sempre secondo la ricostruzione di Fitzpatrick, «Infineon non aveva realizzato che quanto accaduto ci avrebbe danneggiato».

Ulteriori test, a cui sta attivamente collaborando Infineon, sono in corso presso il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) di Laurel in Maryland e presso il Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland della NASA. APL ha progettato il corpo principale della sonda in collaborazione con il JPL e il Goddard. La NASA sta valutando delle opzioni per massimizzare la longevità dei transistor nell’ambiente gioviano. Un’analisi preliminare dovrebbe essere completata verso la fine di luglio.

Rinviare o non rinviare?

Se da un lato la NASA ha pubblicato senza indugi gli aggiornamenti sulla situazione dei test e delle analisi su questa spigolosa vicenda, dall’altro lato l’ente spaziale statunitense non si è ancora espresso sulla reale possibilità di lanciare la sua sonda, come da programma, nella finestra di lancio di tre settimane che si apre il 10 ottobre prossimo, e che dovrebbe condurre Europa Clipper a raggiungere il sistema gioviano nel 2030. La sonda orbiterà attorno a Giove e non attorno a Europa, ma trascorrerà del tempo nelle sue vicinanze appunto per limitare l’esposizione alle radiazioni. Europa Clipper eseguirà una cinquantina di sorvoli di Europa nel corso della sua missione che dovrebbe durare tre anni e mezzo.

Secondo una fonte che ha raccolto alcune indiscrezioni di addetti ai lavori, ci sono opinioni contrastanti sulla reale possibilità di riuscire a lanciare secondo il programma a ottobre. Una cosa però è certa: qualora gli ingegneri non fossero più che convinti dell’affidabilità delle parti montate nei sistemi della sonda, i transistor dovranno essere sostituiti.

La missione ha delle opportunità di lancio nel 2025 e nel 2026, ma entrambe potrebbero portare a ulteriori ritardi a causa dei multipli assist gravitazionali richiesti. Il lancio nominale di ottobre segue una traiettoria denominata MEGA (Mars-Earth Gravitational Assist) con il sorvolo di Marte nel 2025 e della Terra alla fine del 2026. Se Europa Clipper dovesse essere lanciato con un anno di ritardo, diventerebbe necessario un secondo sorvolo del nostro pianeta. Con un lancio nel 2026, la sonda tornerebbe alla traiettoria MEGA, tuttavia al momento la NASA non ha precisato le tempistiche per i lanci nel 2025 e nel 2026.

Naturalmente, come per tutti i grandi progetti, anche per quello di Europa Clipper i ritardi porterebbero a un aumento dei costi. Tenere a terra la missione per un altro anno costerebbe alla NASA qualche centinaio di milioni di dollari, che l’agenzia dovrebbe prelevare dal suo già scarno budget per la scienza planetaria.

Ad una riunione della Space Studies Board tenutasi all’inizio di giugno, Jordan Evans, manager del progetto della missione Europa Clipper, ha affermato che questa è la preoccupazione numero uno prima del lancio.

Notti insonni

«La cosa più impegnativa che stiamo affrontando in questo momento è un problema associato a questi transistor MOSFET, che vengono utilizzati come interruttori nei sistemi della sonda» ha spiegato Evans «cinque settimane fa ho ricevuto una mail nella quale venivo informato che un altro acquirente di questi transistor aveva fatto dei test scoprendo che si guastavano ben prima di quanto previsto dalle specifiche e a livelli di radiazioni significativamente inferiori di quelli certificati, e che altri clienti avevano svolto altri controlli raggiungendo le stesse conclusioni».

All’epoca di queste dichiarazioni Evans disse che le cose «stavano andando nella giusta direzione» riguardo all’analisi della questione da parte dell’agenzia. Del resto sembra improbabile che la NASA abbia pubblicato un post sul suo blog cinque settimane dopo, se il problema fosse stato ancora in via di risoluzione.

«Quello che mi tiene sveglio la notte è l’incertezza associata ai MOSFET e il rischio residuo che ci assumeremo», aveva spiegato Evans a giugno. «È difficile eseguire questo tipo di test a basso dosaggio nei tempi di cui disponiamo fino al lancio. Quindi stiamo raccogliendo quanti più dati possibili, inclusi quelli delle altre missioni come quella di Juno, per meglio comprendere con quale rischio residuo potremmo lanciare».

Comunque vada, sarà un successo?

Si tratta di un incubo per scienziati e ingegneri perché il tempo scorre inesorabilmente e arriverà il momento in cui bisognerà prendere la decisione se lanciare o no. Lanciare comunque, senza sostituire i transistor difettosi, per correre il rischio di ritrovarsi la sonda in avaria a causa delle radiazioni sei anni dopo, oppure rinviare il lancio per dare il tempo ai tecnici di sostituire le parti in questione e di effettuare le opportune verifiche, ma aggravando i costi della missione, sottraendo risorse economiche al budget per la scienza planetaria della NASA, indispettendo la comunità scientifica e soprattutto, attirando le critiche del Congresso?

Concludendo, al momento bisogna tenere conto che i transistor non possono essere semplicemente sostituiti perché il contenitore dell’elettronica della sonda, costruito in alluminio-zinco e destinato a dare una certa protezione alle radiazioni, è stato sigillato nell’ottobre del 2023. Pertanto, salvo evidenze che i MOSFET difettosi possano causare un guasto catastrofico, l’agenzia probabilmente cercherà di continuare con il lancio in ottobre, benché come detto, ci siano altre due finestre di lancio di riserva nei prossimi due anni.

Fonti: ArsTechnica.com; NASA 1; NASA 2; Space.com; Science.org; The New York Times.