La seconda vita di Artemis

Le evoluzioni correttive dell'orbita di Artemis
14 Marzo 2002

A causa di un malfunzionamento dell'ultimo stadio del lanciatore Ariane 5, lo scorso luglio il satellite dell'ESA Artemis non riuscì a raggiungere l'orbita a cui era stato assegnato. Che cosa era successo?

Ogni missione satellitare è una sfida in sé: il caso di Artemis si è rivelato una doppia sfida, per vincere la quale si sta mettendo in campo tutta l'abilità di cui l'Europa dispone. Artemis era stato immesso su un'orbita il cui apogeo, cioè il suo punto di massima distanza dalla Terra, si trovava a soli 17000 km di quota (perigeo 590 km, apogeo 17 487 km), meno della metà di quanto non fosse stato previsto (perigeo 858 km, apogeo 35853 km). La situazione a questo punto sembrava critica: un satellite viene mandato in orbita con il minimo carburante necessario per effettuare le operazioni di orientamento del satellite e piccole correzioni di orbita. Qui si trattava invece di usare quel carburante per modificare radicalmente l'orbita su cui era stato erroneamente immesso.

Come si è reagito a questa situazione di emergenza?

Nelle ore successive al lancio, la situazione è stata presa in mano dal team della stazione di terra del Fucino e dagli ingegneri del consorzio Alcatel che, coordinandosi con gli specialisti dell'ESA, hanno ideato un piano d'azione che doveva essere perfettamente calibrato per riuscire. Il piano consiste in due fasi ben distinte. La cosa più urgente da fare era togliere il satellite dall'orbita nella quale si trovava e che incrociava le cosiddette fasce di Van Allen, che sono zone dello spazio vicino alla Terra in cui si muovono particelle cariche ad alta velocità, che possono danneggiare gli strumenti. In questa fase si è deciso di utilizzare il motore a propellente chimico di cui è dotato il satellite.

Quando il satellite si trovava nel punto più vicino alla Terra (perigeo), il motore a propellente chimico è stato acceso. Questa operazione è stata ripetuta 5 volte: la spinta fornita ha consentito di "allungare" la traiettoria percorsa dal satellite: alla fine di questa operazione l'apogeo si è trovato a 31 000 km di quota. A questo punto, con altre 3 nuove accensione del motore a propulsione chimica si è fatto in modo da rendere circolare l'orbita a 31 mila km di quota: ancora 5000 km più in basso di un orbita geostazionaria ma in una situazione che avrebbe consentito al satellite una buona operatività. Tutto questo consumando il 95% del carburante chimico a disposizione.

SPOT 4 image of Lanzarote in the Canaries
La prima immagine inviata da Spot 4, via Artemis

Perché questo "accanimento" nel salvare un satellite?

Artemis è una satellite per telecomunicazioni che doveva sperimentare nuove tecnologie: la propulsione ionica, ma anche la comunicazione fra satelliti attraverso un raggio laser. La prima fase del piano di recupero del satellite, che ha visto arrivare Artemis nella sua orbita di parcheggio a 31 000 km di quota, è terminata già dopo pochi giorni dal lancio. Dopo tutti i test di funzionamento dei sistemi di bordo, in novembre ha avuto luogo il primo contatto laser fra due satelliti: il satellite francese SPOT4, per l'osservazione della Terra, e Artemis. In questo modo Artemis ha funzionato da ripetitore: SPOT4, che si muove a una quota di circa 800 km, ha mandato i dati ad Artemis che li ha rinviati alle stazioni di terra. In questo modo il tempo che trascorre tra il rilevamento dell'immagine e la trasmissione a terra diminuisce sensibilmente, consentendo un'analisi di dati in tempo quasi reale. L'importanza di una cosa del genere è evidente.

Artemis funzionerà da ripetitore anche dei dati di Envisat, il satellite ambientale europeo che è stato lanciato con pieno successo in febbraio. Ed è un passo cruciale anche per la costituzione di Galileo, il sistema satellitare europeo per la navigazione guidata da satellite. In questi giorni è iniziata la seconda fase del piano: manovrato dalla stazione di terra del Fucino, Artemis ha acceso i suoi motori a propulsione ionica e, se tutto va bene, nel giro di sei mesi avrà raggiunto l'orbita alla quale era destinato inizialmente, spiraleggiando lentamente verso la sua orbita finale a 36 000 km di quota.

Detail on Artemis PFM Ion thrusters
I motori a propulsione ionica

Dunque Artemis raggiungerà la sua metà finale spinto dai motori a propulsione ionica. Dobbiamo aspettarci un uso sempre più esteso di questa tecnologia?

La propulsione ionica è conveniente quando si ha bisogno di una spinta costante per lungo tempo. Così facendo, infatti, si possono raggiungere velocità maggiori che non attraverso una spinta a propellente chimico, come nel caso della partenza di un lanciatore: i motori a propulsione ionica sono 10 volte più efficienti di quelli standard. Questo significa che per avere gli stessi risultati è possibile usare un motore a propulsione ionica che utilizza ben 10 volte meno carburante di un motore a propulsione chimica: un risparmio enorme che permette di lanciare satelliti con un numero maggiore di strumenti scientifici.

A bordo di Artemis i due motori ionici rappresentano un vero e proprio esperimento tecnologico: utilizzano, infatti, un meccanismo di funzionamento leggermente diverso, e uno degli scopi della missione era proprio quello di capire quale dei due sia il migliore. In entrambi i motori, gli atomi Xenon, un gas nobile, vengono ionizzano, cioè gli vengono strappati alcuni elettroni. È proprio sul metodo con il quale gli atomi di Xenon sono ionizzati che differiscono i due motori: RITA usa onde radio, mentre EITA usa scariche termiche. In entrambi i casi l'energia consumata è quella raccolta attraverso i pannelli solari. Gli atomi di Xenon ionizzati hanno una carica positiva e vengono accelerati da una differenza di potenziale, ed espulsi dall'ugello del razzo a una velocità di circa 40 km/s, contro i 10 km/s di un motore a propellente chimico. I primi a utilizzare in modo regolare la propulsione ionica per le proprie missioni satellitari sono stati i russi, anche se le missioni condotte in questo modo avevano una durata piuttosto limitata nel tempo. Recentemente anche la NASA ha adottato questo metodo in una serie di missioni che fanno parte del programma "Deep Space".

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