ROSETTA, CON L’ALLUMINIO NELLO SPAZIO

La sonda Rosetta dell’Agenzia Spaziale Europea, è stata la prima ad intraprendere l’esplorazione a lungo termine di una cometa a distanza ravvicinata. La missione, avviata nel 2004 ma soltanto in questi giorni concretizzatasi con l’atterraggio sulla sulla superficie della cometa 67P/Churyumov Gerasimenko il 12 novembre scorso, ha l’obiettivo della missione è lo studio delle comete, elementi del nostro sistema solare finora poco conosciuti perché mai raggiunti dall’uomo. La missione è formata da due elementi: la sonda vera e propria Rosetta e il lander Philae.

La sonda è stata battezzata con il nome di Rosetta per ricordare la stele di Rosetta, manufatto dell’antichità che riportava uno stesso testo in tre lingue diverse, tra cui il geroglifico, che permise a Champollion di tradurre l’antica lingua egizia, fino ad allora rimasta incomprensibile. Analogamente, la sonda Rosetta fa da anello di congiunzione tra i meteoriti, che gli scienziati possono studiare sulla Terra, e il sistema solare, che gli scienziati non possono visitare personalmente, ma che le comete attraversano continuamente.

Il lander è stato battezzato Philae, dal nome di un’isoletta sul Nilo, dove fu ritrovato un obelisco con iscrizioni in greco e geroglifico.

Il luogo di atterraggio è stato battezzato Agilkia, altra isola del Nilo dove venne spostato il tempio di Iside, perennemente sommerso nell’isola di Philae (o File), a seguito della costruzione della diga di Assuan.

 Ma com’è è realizzata la sonda Rosetta e soprattutto, come è fatto il suo corpo centrale detto “Orbiter” che è in alluminio?

Essa è composta da un grosso orbiter, progettato per operare per una decade a grande distanza dal Sole, e da un piccolo lander. Ognuno di questi veicoli trasporta una larga varietà di esperimenti scientifici ideati per portare a compimento il più dettagliato studio di una cometa mai tentato prima. Dopo essere entrata in orbita attorno alla Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, la sonda ha rilasciato un piccolo lander che si è posato sul nucleo ghiacciato della Cometa. Quindi Rosetta trascorrerà i prossimi due anni orbitando attorno alla Cometa, mentre la stessa viaggerà verso il Sole. 

L’ORBITER

Il veicolo principale, l’orbiter, misura 2.8 x 2.1 x 2.0 metri. Dentro questo volume, appunto di alluminio, sono stati montati tutti i sottosistemi su una base al piano inferiore (Bus Support Module), e tutti gli equipaggiamenti scientifici al piano superiore della sonda (Payload Support Module). Inoltre, due pannelli solari rotanti lunghi 14 metri ciascuno, forniscono una superficie totale di 64 metri quadrati di celle fotovoltaiche per la produzione di energia. Su un lato dell’orbiter vi è una parabola di 2.2 metri di diametro, che funge da antenna orientabile ad alto guadagno.

Il lander è agganciato sul lato opposto. In prossimità della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, gli strumenti scientifici hanno puntato verso di essa, mentre le antenne e i pannelli solari erano rivolti al Sole ed alla Terra.

Dati tecnici della sonda
Dimensioni:
Struttura principale: 2.8 x 2.1 x 2 metri
Span dei pannelli solari: 32 metri
Massa al lancio:
Totale: 3000 Kg circa
Propellenti: 1670 Kg circa
Payload scientifico: 165 Kg
Lander: 100 Kg
Energia fornita dai pannelli solari: 850 W a 3.4 Unità Astronomiche; 395 W a 5.25 Unità Astronomiche
Sistema propulsivo: 24 propulsori bipropellenti da 10 N
Durata operativa prevista: 12 Anni

Poiché per la maggior parte della durata del viaggio le superfici posteriori e laterali dell’orbiter sono state in ombra, in tali zone sono stati installati i radiatori e le feritoie d’aerazione della sonda madre. Inoltre queste superfici sono state sempre rivolte dalla parte opposta alla cometa, in modo tale che le polveri ed i residui cometari non potessero danneggiare le suddette installazioni.

Nel cuore dell’orbiter vi è il suo principale sistema propulsivo, composto dall’ugello di spinta attorno a cui sono montati i serbatoi del carburante e dell’ossidante. L’orbiter ha a disposizione anche 24 propulsori per il controllo attitudinale e di traiettoria. ognuno di questi propulsori fornisce una spinta di 10 Newtons. Oltre la metà del peso della sonda è da attribuire al propellente.

L’orbiter alloggia undici strumenti scientifici:

• ALICE: (Ultraviolet Imaging Spectrometer) Analizza i gas della chioma e della coda, e misura i tassi di produzione di acqua e ossidi di carbonio da parte della cometa. Esso fornisce anche informazioni sulla composizione della superficie e del nucleo.
• CONSERT: (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) Sonda l’interno della cometa studiando le onde radio che vengono riflesse e deviate dal nucleo.
• COSIMA: (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) Analizzerà le caratteristiche dei grani di polvere emessi dalla cometa, inclusa la loro composizione e se sono organici ed inorganici.
• GIADA: (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) Misura il numero, la massa, e la distribuzione del momento e della velocità delle polveri provenienti dal nucleo e da altre direzioni (i grani riflessi dalla pressione del vento solare).
• MIDAS: (Micro-Imaging Dust Analysis System) Studia l’ambiente delle polveri attorno agli asteroidi ed alla cometa. Esso fornisce informazioni sulla popolazione delle particelle, sulle dimensioni, sul volume e sulla loro forma.
• MIRO: (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) E’ usato per determinare l’abbondanza dei principali gas, la velocità di sublimazione della superficie e la temperatura del nucleo. Esso verrà usato anche per la determinazione delle temperature subsuperficiali degli asteroidi Siwa ed Otawara, e ricercherà i gas presenti attorno ad essi.
• OSIRIS: (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) E’ un videocamera grand’angolare ed ad angolo ristretto per ottenere immagini ad alta risoluzione del nucleo cometario e degli asteroidi che Rosetta incontrerà nel suo viaggio verso la 67P/Churyumov-Gerasimenko. Essa sarà importante per la determinazione dei siti di atterraggio.
• ROSINA: (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) Contiene due sensori che determineranno la composizione dell’atmosfera della cometa e della sua ionosfera, le velocità delle particelle di gas elettrizzato, e le reazioni alle quali partecipano. Esso indagherà sulle eventuali emissioni di gas da parte degli asteroidi.
• RPC: (Rosetta Plasma Consortium) In questo strumento, cinque sensori misurano le proprietà fisiche del nucleo, esaminano la struttura della chioma interna, sorvegliano l’attività cometaria e studiano l’interazione della cometa con il vento solare.
• RSI: (Radio Science Investigation) Gli spostamenti dei segnali radio emessi e rilevati dalla sonda vengono usati per misurare la massa, la densità e la gravità del nucleo cometario, e per definire la sua orbita e studiare la sua chioma interna. L’RSI verrà anche usato per misurare la massa e la densità di Siwa e per studiare la corona solare nei periodi in cui la sonda passerà dietro al Sole, rispetto alla Terra.
• VIRTIS: (Visible and Infrared Thermal Imaging Sectrometer) Mapperà e studierà la natura delle sostanze solide e le temperature della superficie del nucleo. Inoltre identificherà i gas della cometa, caratterizzerà le condizioni fisiche della chioma ed aiuterà ad identificare i migliori siti per l’atterraggio del lander.

IL LANDER 

Il lander di Rosetta, del peso di 100 Kg, è stato realizzato da un consorzio europeo, sotto la leadership del German Aerospace Research Institute (DLR). Gli altri membri del consorzio sono l’ESA e le agenzie di Austria, Finlandia, Francia, Ungheria, Irlanda, Italia e Inghilterra. Il lander, dall’aspetto quasi cubico, ha viaggiato aggrappato ad un lato dell’orbiter fino all’incontro con la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Una volta che l’orbiter si è allineato correttamente, il lander è stato staccato dalla sonda madre, quindi ha dispiegato le sue tre gambe per un atterraggio dolce sulla cometa, al termine della sua discesa balistica. Durante l’atterraggio, le sue gambe hanno smorzato la maggior parte dell’energia cinetica accumulata per evitare il più possibile che la sonda rimbalzi, inoltre esse potevano ruotare, alzarsi ed abbassarsi per farla ritornare in posizione verticale. Immediatamente dopo l’atterraggio, è stato sparato un arpione di ancoraggio per evitare che il lander possa spostarsi, vista la tenue gravità della cometa. La durata minima prevista della missione sulla superficie, è di una settimana, ma le operazioni potrebbero continuare per diversi mesi.

La struttura del lander consiste di una base piana, una piattaforma per gli strumenti, e da una costruzione poligonale a “sandwich”, il tutto realizzato in fibra di carbonio. Alcuni degli strumenti e dei sottosistemi sono posti sotto una copertura sulla quale superficie sono state applicate delle celle solari. Un’antenna trasmetterà i dati dalla superficie della cometa alla Terra tramite l’orbiter. Il lander trasporta nove esperimenti scientifici, per una massa totale di circa 21 Kg. Esso ha in dotazione anche una trivella per prendere campioni di materiale superficiale.

Il lander di Rosetta ha dieci strumenti scientifici:

• APXS: (Alpha Proton X-ray Spectrometer) Rileva le particelle alfa ed i raggi X, i quali forniscono informazioni sulla composizione elementare della superficie della cometa.
• CIVA: Sei microcamere identiche prenderanno delle immagini della superficie del nucleo. Uno spettrometro studierà la composizione, la struttura e l’albedo (riflettività) di campioni raccolti dalla superficie.
• CONSERT: (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) Sonda la struttura interna del nucleo. Le onde radio provenienti dall’apparecchio CONSERT a bordo dell’orbiter, viaggiano attraverso il nucleo e vengono ritrasmesse tramite un transponder del lander.
• COSAC: (Cometary Sampling and Composistion experiment) E’ uno dei due evoluti analizzatori di gas. Esso rileva ed identifica le molecole organiche complesse, dalla loro composizione elementare e molecolare.
• MODULUS PTOLEMY: E’ un analizzatore di gas molto evoluto, che fornisce accurate misurazioni delle quantità isotopiche degli elementi leggeri.
• MUPUS: (Multi-Purpose Sensor for Surface and Subsurface Science) Usa i sensori dell’ancora del lander, e quello posto all’esterno del lander per misurare la densità e le proprietà termiche e meccaniche della superficie.
• ROLIS: (Rosetta Lander Imaging System) E’ una telecamera CCD per l’ottenimento di immagini ad alta risoluzione durante la discesa, e di immagini panoramiche stereo di aree campionate dagli altri strumenti.
• ROMAP: (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) E’ un magnetometro ed un monitor del plasma per lo studio del campo magnetico locale e delle interazioni cometa/vento solare.
• SD2: (Sample and Distribution Device) Perforerà la superficie del nucleo per circa 20 cm, raccoglierà campioni e li invierà alle diverse fornaci o ai microscopi per le opportune analisi.
• SESAME: (Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiment) Tre strumenti misureranno le proprietà degli strati più esterni della cometa. Il Cometary Acoustic Sounding Surface Experiment rileverà le modalità di trasmissione dei suoni attraverso la superficie. La Permittivity Probe indagherà sulle caratteristiche elettriche superficiali, mentre il Dust Impact Monitor determinerà la ricaduta delle polveri sulla superficie.

COS’E’ UNA COMETA?

Una cometa è un corpo celeste relativamente piccolo, simile a un asteroide ma composto prevalentemente di ghiaccio. Nel Sistema solare, le orbite delle comete si estendono oltre quella di Plutone. Le comete che entrano nel sistema interno, e si rendono quindi visibili dalla Terra, hanno spesso orbite ellittiche. Spesso descritte come “palle di neve sporche”, le comete sono composte per la maggior parte di sostanze volatili come biossido di carbonio, metano e acqua ghiacciati, con mescolati aggregati di polvere e vari minerali. La sublimazione delle sostanze volatili quando la cometa è in prossimità del Sole causa la formazione della chioma e della coda.

Si pensa che le comete siano dei residui rimasti dalla condensazione della nebulosa da cui si formò il Sistema Solare: le zone periferiche di tale nebulosa sarebbero state abbastanza fredde da permettere all’acqua di trovarsi in forma solida (invece che come gas). È sbagliato descrivere le comete come asteroidi circondati da ghiaccio: i bordi esterni del disco di accrescimento della nebulosa erano così freddi che i corpi in via di formazione non subirono la differenziazione sperimentata da corpi in orbite più vicine al Sole.