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Grande pericolo in orbita per il telescopio spaziale Integral

Il telescopio spaziale Integral ha vissuto un'avventura thriller lo scorso 22 Settembre, mettendo in pericolo l'intera missione dell'Agenzia Spaziale Europea. Mentre lo spacecraft era in orbita, le particelle altamente ionizzate della fascia di Van Allen hanno messo fuori uso il sistema di controllo di assetto del satellite.

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L’Agenzia Spaziale Europea ha dovuto affrontare un pericolo importante durante lo scorso 22 settembre. Si è rischiato infatti di perdere il longevo telescopio spaziale Integral (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) a causa dell’ impatto con delle particelle cariche.

Il telescopio spaziale Integral

Il telescopio spaziale dell’ESA è stato sviluppato per individuare le radiazioni più energetiche rilevabili nello spazio. Integral costituisce il più pesante satellite scientifico europeo inviato nello spazio, ed è il telescopio a raggi gamma più sensibile mai costruito.

La missione del telescopio veterano Integral nasce da una collaborazione tra ESA, Agenzia Spaziale Russa e NASA. Come detto, esso opera nel campo dei raggi gamma e nel corso degli anni ha ottenuto importanti risultati. Per esempio, ha rilevato fondamentali risultati per provare la presenza di buchi neri o per studiare le cosiddette esplosioni di raggi gamma (GRB, gamma ray bursts).

Drawing relativi al progetto iniziale del telescopio Integral datato 1998 (Alenia Aerospazio, INTEGRAL Critical Design Review CDR, 1999). Crediti: European Space Agency.
Drawing relativi al progetto iniziale del telescopio Integral datato 1998 (Alenia Aerospazio, INTEGRAL Critical Design Review CDR, 1999). Crediti: European Space Agency.

La missione di del telescopio ha inizio con il lancio del 2002 mediante vettore Proton. Da allora, il satellite orbita con un periodo di rivoluzione di circa 3 giorni seguendo una traiettoria fortemente eccentrica. Integral investiga il 70% del cielo visibile, cosa che gli ha permesso di realizzare un catalogo di sorgenti di raggi gamma che nel 2007 contava ben 421 elementi.

Il pericolo per il telescopio Integral

Nel settembre 2021 il telescopio Integral ha corso un pericolo non da poco che ha posto l’intera missione in discussione. In particolare, delle particelle cariche hanno colpito il satellite, portando così a disabilitare una delle ruote di reazione. Tale ruota (leggi di più su reaction wheels e controllo d’assetto) è responsabile del controllo d’assetto dello spacecraft, in questo caso specifico si occupava di mantenere la giusta angolazione dei pannelli solare nei confronti del Sole.

Panico per Integral nella fascia di Van Allen

L’orbita seguita da Integral è altamente eccentrica, il suo perigeo di soli 1500 km determina il passaggio attraverso la fascia di Van Allen. Tale regione particolare circonda la terra e costituisce una serie minaccia per satelliti e astronauti. Infatti, è caratterizzata dalla abbondanza di particelle altamente ionizzate, insomma un pericolo da evitare per il telescopio Integral.

La ricostruzione di ESA sul salvataggio del telescopio Integral, messo in pericolo dalle particelle ionizzate della fascia di Van Allen. Crediti: European Space Agency.
La ricostruzione di ESA sul salvataggio del telescopio Integral, messo in pericolo dalle particelle ionizzate della fascia di Van Allen. Crediti: European Space Agency.

Il 22 Settembre, ovvero quando Integral è passato in modalità Safe Mode, una di queste particelle potrebbe aver causato un cosiddetto Single Event Upset. Tale evento (SEU) avviene quando una particella carica colpisce una parte sensibile di una apparecchiatura elettronica (ad esempio circuiti micro-elettronici, microprocessori o transistor di potenza), causandone il cambio di stato, ed in tal caso lo spegnimento.

Integral fuori controllo, corsa contro il tempo

Il Single Event Upset causato dalle particelle ionizzate della fascia di Van Allen ha portato alla disabilitazione di una delle tre reaction wheels. Di conseguenza, causa validità del principio di conservazione del momento angolare, il satellite ha iniziato a ruotare attorno a se stesso compiendo una rotazione ogni 21 minuti.

A questo punto il veicolo era fuori controllo. Le batterie continuavano la fase di scarica, alimentando i dispositivi di bordo e non potendo contare sull’utilizzo dell’energia solare. Peraltro, le comunicazioni con le stazioni di terra avvenivano in maniera discontinua, infatti i dati raggiungevano il centro operativo di Darmstadt (ESOC, Germania) a pacchetti, rendendo ancora più complesso la soluzione del problema.

Integral fuori pericolo, ripristino del controllo del telescopio

In base ai calcoli sulle batterie e sui sottosistemi critici da alimentare, il team di controllo sapeva di avere a disposizione tra le 3 e le 6 ore per risolvere il problema e portare in salvezza il telescopio. Il primo obiettivo per gli esperti a lavoro al Centro per le Operazioni Spaziali europeo (ESOC) è stato quello di minimizzare il consumo energetico disabilitando tutto ciò che non fosse indispensabile.

Subito dopo, il team si è occupato del recupero del controllo d’assetto, ripristinando quindi le funzionalità delle reaction wheels. Grazie anche al supporto delle industrie, la stazione di terra ha potuto comandare il ripristino della rotazione delle ruote di reazione, stabilizzando così il moto del satellite in circa 3 ore.

Rappresentazione artistica del telescopio Integral in orbita. Crediti: European Space Agency.
Rappresentazione artistica del telescopio Integral in orbita. Crediti: European Space Agency.

Come affermato da Andreas Rudolph (Head of the Astronomy Missions Division in ESOC): “Tutti hanno tirato un enorme sospiro di sollievo. C’è mancato poco, e siamo stati immensamente felici nel riuscire a salvare la navicella Integral da questa esperienza pericolosa.”

Pericolo scampato, Integral può tornare al lavoro

Ormai dal 1 Ottobre il satellite è nuovamente sotto controllo e tutti gli strumenti di bordo sono perfettamente operativi. Il prossimo obiettivo per il telescopio spaziale è quello di osservare le stelle della costellazione di Orione, per poi analizzare l’impatto che hanno sull’ambiente quando queste divengono supernova.

Il gruppo di controllo della missione non può che ritenersi estremamente soddisfatto. Il telescopio ESA di 4 tonnellate è ormai da record, si appresta infatti a raggiungere i 20 anni di esercizio nonostante i 5 anni di missione previsti inizialmente.

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