Modello in scala CryoSat all’interno della sala di controllo. Credito immagine: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Per effettuare misurazioni ultra precise della Terra o del cosmo, la maggior parte dei satelliti effettua manovre regolari per mantenersi nell’orbita perfetta.
CryoSat utilizza l’azoto compresso per manovrare nello spazio. Il gas viene immagazzinato ad alta pressione in un serbatoio del carburante e trasportato attraverso una serie di tubi e valvole ai propulsori. I propulsori rilasciano il gas nello spazio, spingendo o ruotando il satellite in qualsiasi direzione comandata.
Non si prevedeva che il consumo di carburante fosse un fattore limitante per CryoSat. Ma nel 2016, gli operatori hanno fatto volare CryoSat presso l’ESA Centro europeo per le operazioni spaziali (ESOC) di Darmstadt, in Germania, hanno notato che la navicella spaziale stava consumando i suoi 37 chilogrammi di azoto compresso molto più velocemente del previsto.
A novembre 2023, CryoSat ha 13 kg di carburante rimasto: 13 kg in meno di carburante rimasto di quanto avrebbe dovuto in base all’uso dei propulsori per le manovre di mantenimento dell’orbita e il controllo dell’assetto.
Quando il serbatoio del carburante scende sotto i 5 kg, il satellite non sarà più in grado di controllare in modo affidabile la direzione in cui punta o di mantenere la sua orbita.
Cosa ha causato la perdita?
Il propellente azotato di CryoSat è immagazzinato in un serbatoio di carburante ad alta pressione. Un regolatore di pressione converte l’aria ad alta pressione in una pressione molto più bassa per l’utilizzo da parte dei propulsori.
Insieme agli esperti del produttore del satellite, Airbusil team dell’ESA ha individuato la posizione della perdita su uno dei propulsori di assetto più piccoli di CryoSat.
Inizialmente, il tasso di perdita era basso, ma nel corso dei primi anni è aumentato e ha raggiunto un tasso stabile che porterebbe comunque alla fine della missione CryoSat nel 2025.
Una spiegazione potrebbe essere che da qualche parte sia apparsa una piccola crepa che sia cresciuta fino a raggiungere una certa dimensione prima di fermarsi. Ma è difficile diagnosticare questo tipo di problema dal basso ed è impossibile saperlo con certezza.
Come hai salvato il satellite?
CryoSat ha un sistema di propulsione secondario di riserva collegato al serbatoio del carburante.
Il 21 novembre, alle 10:45 CET, gli operatori dell’ESOC hanno avviato il passaggio a questo sistema di backup, non appena CryoSat è passato Stazione delle Svalbard sull’isola di Spitzbergen E La stazione Kiruna dell’ESA in Svezia.
Stazione di Kiruna. Credito immagine: ESA
Innanzitutto, lasciando collegati i propulsori primari, hanno aperto la valvola principale del sistema di propulsione di riserva per la prima volta nei 13 anni di CryoSat nello spazio.
All’ESOC in Germania, gli ingegneri operativi dei veicoli spaziali di CryoSat e il team di Airbus hanno monitorato sugli schermi l’aumento della pressione, sia all’interno del sistema di propulsione di riserva su CryoSat che nella sala di controllo sulla Terra.
La pressione nel sistema di backup si è stabilizzata, indicando che non soffriva di grossi problemi, e al computer di bordo del satellite è stato chiesto di utilizzare i propulsori di backup invece dei propulsori primari che aveva utilizzato dal lancio.
Poco prima che CryoSat raggiungesse la fine della sua finestra di comunicazione con le stazioni nell’Artico, la valvola principale dei propulsori primari è stata chiusa per fermare il flusso di gas attraverso la perdita.
E poi… silenzio.
CryoSat è rimasto solo mentre volava in direzione sud sull’Africa, collegato e utilizzando per la prima volta i suoi propulsori di riserva.
Il team CryoSat monitora il veicolo spaziale durante lo scambio del sistema di propulsione. ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
“Il sistema di backup di CryoSat è robusto e probabilmente funzionerà come previsto”, afferma Jens Lerch, responsabile delle operazioni del veicolo spaziale CryoSat. “E se si verificasse un problema, durante il passaggio o in qualsiasi momento futuro, il satellite è in grado di tornare al suo sistema primario in modo autonomo”.
«Ma non potevamo saperlo con certezza. Il backup non è stato necessario durante i 13 anni in cui CryoSat è stato nello spazio. Durante questo periodo, avrebbe potuto subire una perdita simile o essere stato danneggiato da qualcosa come un micrometeoroide – e non avevamo modo di testarlo in precedenza senza esporci agli stessi rischi che affrontiamo oggi”.
Per fortuna, 25 minuti dopo, CryoSat è salito sopra l’orizzonte Stazione terrestre dei troll in Antartide perfettamente funzionante.
Il giorno successivo, 22 novembre, il team di controllo di volo dell’ESA ha condotto una “manovra di controllo orbitale” per testare i due propulsori più grandi nel sistema di riserva.
Poiché non sono stati riscontrati problemi durante o dopo la manovra, i propulsori di riserva di CryoSat sono ora ufficialmente commissionati e il satellite è in grado di continuare le attività scientifiche fino alla fine del decennio e forse oltre.
Aspettate, la fuga di notizie è stata rilevata nel 2016. Perché aspettare fino ad ora per fare qualcosa?
In qualsiasi momento dal lancio, CryoSat ha avuto la possibilità di passare al suo sistema di propulsione di riserva se il suo computer di bordo ha rilevato un improvviso grave problema con il sistema primario.
Ma reagire a una perdita lenta rappresenta una decisione più difficile che reagire a una perdita veloce che deve essere gestita immediatamente o addirittura autonomamente dal satellite.
CryoSat ha raccolto sette anni di preziosi dati sulla mappatura del ghiaccio tra il 2016 e il 2023. Se gli operatori fossero passati immediatamente ai propulsori di riserva e si fossero verificati una serie di problemi molto improbabili durante la riconfigurazione, questi dati non sarebbero mai esistiti.
Ma più aspettavano, più carburante veniva disperso nello spazio, e meno anni avrebbero potuto guadagnare effettuando lo scambio.
Il 21 novembre 2023 è stato scelto come giorno in grado di bilanciare questi due fattori.
E dopo?
Il passaggio ai propulsori di riserva di CryoSat è stato un successo. Ma non sappiamo ancora esattamente quanto questo potrebbe estendere la missione.
CRISTALLO. Credito immagine: Airbus
Solo monitorando le riserve di carburante nei prossimi giorni e settimane il team CryoSat saprà se ci sono piccole perdite o problemi nel sistema di backup.
Nel migliore dei casi, questa operazione potrebbe rivelarsi preziosa per i dati sui ghiacci polari dell’umanità.
CryoSat è stato una parte fondamentale di quella che alcuni hanno definito “l’età d’oro dell’altimetria satellitare”. Tra una flotta impressionante, il suo altimetro radar è unico in quanto è in grado di monitorare i livelli di ghiaccio e acqua in ogni parte del globo.
CRISTALLO, il naturale successore di CryoSat, non sarà lanciato prima di qualche anno. L’estensione delle osservazioni di CryoSat colmerebbe il divario e manterrebbe la più lunga registrazione ininterrotta del cambiamento del ghiaccio globale che abbiamo mai avuto.
Nel frattempo, una nuova collaborazione con il satellite di monitoraggio dei ghiacci della NASA CIEMat-2che combina le orbite di ICESat-2 e CryoSat per mappare la neve sul ghiaccio – una causa significativa di incertezza nelle nostre stime – potrebbe migliorare ulteriormente la precisione delle misurazioni satellitari del volume del ghiaccio.
I risultati saranno direttamente applicabili anche alle future missioni sul ghiaccio, incluso CRISTAL.
Con miglioramenti costanti ai dati prodotti da CryoSat, che coprono non solo il ghiaccio marino e terrestre ma anche gli oceani polari, gli oceani costieri e le acque interne, la missione sul ghiaccio dell’ESA ha ancora molto da offrire.
Fonte: Agenzia spaziale europea
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
