Una nuova antenna per l’ESA

Lo scorso settembre ha visto il completamento di un’importante tappa nella costruzione della nuova antenna dell’ESA per le comunicazioni nello spazio profondo, a New Norcia nell’Australia occidentale: il sollevamento e l’installazione del disco riflettore da 122 tonnellate.

Sono stati necessari poco più di un giorno di lavoro e un’enorme gru per sollevare il colossale disco riflettore del diametro di 35 m e collocarlo nella sua posizione operativa.

Con l’installazione di questa parabola e del suo quadrupolo, ora ESA è in piena rotta verso l’inaugurazione della sua quarta antenna per lo spazio profondo, e della seconda presso il sito di New Norcia, entro la fine del 2025; le altre due antenne per le comunicazioni a lunga distanza sono a Cebreros (Spagna) e Malargüe (Argentina). Essa è stata chiamata antenna NNO3 (New Norcia 3) e permetterà ai veicoli spaziali di inviare i preziosi dati raccolti dagli strumenti scientifici di bordo e di ricevere le vitali istruzioni di volo per le operazioni delle varie missioni.

Più dati per tutti!

La costruzione di questa nuova antenna per lo spazio profondo è una risposta alle crescenti esigenze di capacità di comunicazione dei programmi spaziali dell’ESA. Negli scorsi anni la domanda per l’utilizzo delle stazioni di Terra dedicate alle comunicazioni nello spazio profondo sono aumentate in maniera significativa, come sono aumentate le missioni che richiedono una maggiore intensità nella trasmissione dei dati. In aggiunta a questo, va detto anche che la capacità delle tre antenne per lo spazio profondo esistenti nel network globale delle stazioni di terra dell’ESA (Estrack) ha quasi raggiunto il suo limite. L’aggiunta di NNO3 al network di Estrack allevierà la domanda di elevata capacità operativa per le missioni dell’ESA per i prossimi anni, fornendo al tempo stesso nuove capacità per le missioni scientifiche, come:

• Ratei di trasmissione di dati più elevati per le missioni lunari, astronomiche e dello spazio profondo, grazie all’espansione delle capacità di downlink nelle specifiche frequenze delle bande K e Ka.
• Nuove opportunità per le ricerche di radio scienza, grazie all’aggiunta della capacità di invio dati (uplink) e del relativo equipaggiamento dedicato per la radio scienza, come richiesto per supportare l’esperimento MORE (Mercury Orbiter Radio-science Experiment) della missione congiunta ESA/JAXA BepiColombo e dell’esperimento 3GM sulla sonda dell’ESA JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer).
• Migliorate prestazioni nel downlink, ottenute combinando la ricezione di segnali raccolti dall’altra antenna per lo spazio profondo del sito, NNO1, e della nuova NNO3. Questa tipologia di utilizzo delle antenne è detta ad “array” (a schiera).

Le capacità uniche di questo nuovo sistema permetterà ai programmi dell’ESA di concepire nuove tipologie di missione con requisiti tecnici senza precedenti. Per esempio, la missione Vigil dell’ESA, che dovrebbe essere lanciata nel 2031 con il compito di effettuare previsioni del meteo spaziale dal quinto punto lagrangiano del sistema Terra-Sole, necessiterà di un collegamento continuo con la Terra, che verrà appunto garantito dall’entrata in servizio di NNO3.

Oltre a servire principalmente le missioni dell’ESA, NNO3 sarà anche una notevole estensione del grande network internazionale collaborativo di antenne per lo spazio profondo. ESA è impegnata in diversi accordi di supporto reciproco con altre agenzie spaziali partner e le loro missioni per lo spazio profondo e, grazie alle sue capacità nella banda K, NNO3 avrà un ruolo fondamentale nella ricezione dei dati scientifici delle prossime missioni come quella del Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA.

I prossimi passi

La squadra del Ground Stations Engineenering dell’ESOC (European Space Operations Center) di Darmstadt, in Germania, ha decenni di esperienza nella costruzione di stazioni di Terra allo stato dell’arte in tutto il globo. La costruzione dell’antenna NNO3 è svolta sotto la responsabilità dell’ESA, che guida il lavoro dei due appaltatori industriali principali Thales Alenia Space (Francia) e Schwartz Haumont (Spagna).

L’annuncio della costruzione della nuova antenna è avvenuto nell’aprile del 2021 e dalla posa della prima pietra nel giugno del 2022. Ad oggi è stata costruita la torre dell’antenna ed è stato assemblato l’alloggiamento dei contrappesi per l’azimut. Sono stati inoltre completati anche molti progetti infrastrutturali di base.

Il 19 settembre il disco riflettore dell’antenna da 122 tonnellate è stato sollevato e installato sulla sua torre, nel corso di un’operazione che ha richiesto una precisione al millimetro. La combinazione del carico delle 122 tonnellate con il raggio di rotazione di circa 20 metri, dovuto al diametro del riflettore principale, ha richiesto l’uso di una gru mobile da 750 tonnellate di portata giunta sul luogo appositamente da Perth, che è a 140 km a sud ovest di New Norcia.

«Il raggiungimento di questa pietra miliare apre la via per le fasi finali del progetto e rafforza ulteriormente la determinazione e la motivazione del team» spiega Piermario Besso, manager del progetto di NNO3 «presto saremo in grado di iniziare il posizionamento dei vari sottosistemi all’interno dell’antenna che sono richiesti per le fasi di messa in servizio, test e validazione del sistema completo, e per la consegna di un’antenna completamente operativa e allo stato dell’arte entro la fine del 2025».

Allo stato dell’arte

NNO3 sarà l’antenna più aggiornata di tutte le antenne per lo spazio profondo dell’ESA in quanto impiegherà una serie di nuovi sistemi e nuove tecnologie. Disporrà di un sistema di alimentazione criogenico nelle bande X e K: si tratta di una tecnologia avanzata, recentemente già avviata nelle antenne dell’ESA di Cebreros e Malargüe e che permette un significativo incremento nella capacità di ricezione e trasmissione dei dati (dal 40% all’80% in dipendenza della banda di frequenza). NNO3 è anche predisposta per ricevere futuri aggiornamenti, in particolare una banda X dedicata (80 kW) da utilizzare in caso di emergenza, e la possibilità di inviare dati a elevato rateo per le missioni lunari (22,55 – 23,15 GHz). Essa verrà dotata anche del sistema di nuova generazione di monitoraggio e controllo Ground Station Monitoring and Control – Common Core (GSMC-CC).

Il progetto dell’antenna NNO3 include anche l’ampliamento della centrale elettrica dedicata del sito, nell’ambito degli sforzi per la riduzione dell’impatto ambientale delle attività dell’Agenzia Spaziale Europea. Infatti, pienamente in linea con gli obiettivi sulla sostenibilità dell’agenzia, è prevista per il 2025 l’entrata in funzione di un secondo impianto fotovoltaico per la generazione di corrente elettrica, con una potenza massima di 100 kW. Esso andrà ad aggiungersi a quello da 250 kW in funzione dal 2017.

Infine, il progetto NNO3 ha previsto anche la costruzione di una nuova sala di controllo per le tre antenne australiane operate da ESA. Questa struttura è già entrata in servizio lo scorso mese di luglio; è da qui infatti che i controllori hanno potuto seguire il volo di debutto del nuovo vettore europeo Ariane 6, utilizzando l’antenna per il tracciamento dei lanciatori, New Norcia 2.

L’agenzia scientifica australiana CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) è stata il partner locale di ESA per le operazioni e la manutenzione della sua prima antenna per lo spazio profondo nel sito fin dal 2019, e verosimilmente lo sarà anche per le attività legate alla nuova antenna.

Fonte: ESA