La missione Proba-3 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) verrà lanciata su un Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV) dal Satish Dhawan Space Centre (SHAR) dell’Indian Space Research Organisation il 4 dicembre. Proba-3 è una missione dimostrativa tecnologica dell’ESA finanziata tramite il General Support Technology Programme (GSTP) ed è la prima missione di volo in formazione di precisione dell’ESA e del mondo. Una coppia di satelliti volerà insieme, mantenendo una configurazione fissa come se fossero un’unica grande struttura rigida nello spazio, per dimostrare le tecnologie di volo in formazione e rendezvous.
La missione dimostrerà il volo in formazione nel contesto di un esperimento scientifico su larga scala. Mantenendo la posizione con una precisione di un singolo millimetro, una sonda spaziale Proba-3 si allineerà di fronte all’altra, a circa 150 metri di distanza, per proiettare la sua ombra esattamente sull’altra. L’ombra fornita dalla prima sonda spaziale coprirà la faccia infuocata del Sole in modo che la sua debole atmosfera “coronale” circostante diventi visibile. L’enigmatica corona, molto più calda del Sole stesso, è dove ha origine il meteo spaziale, un argomento di diffuso interesse scientifico e pratico.
Sulla Terra, gli scienziati devono viaggiare per il mondo per poter dare un breve sguardo alla corona solare, visibile per pochi minuti durante le eclissi solari totali. Tuttavia, grazie alle nuove tecnologie all’avanguardia applicate a Proba-3, la missione sarà in grado di creare “eclissi solari su richiesta”. Gli strumenti Proba-3 guarderanno il bordo del Sole più da vicino di quanto non fosse possibile in precedenza nello spazio, fino a sei ore alla volta durante ogni orbita di circa 19 ore attorno alla Terra.
In vista del lancio, l’ESA ha organizzato un briefing per illustrare i dettagli di questa missione.
Dietmar Pilz, Director of Technology dell’ESA, descrive Proba-3 come “uno dei satelliti più emozionanti, sia per la grande rilevanza scientifica, perché ci fornirà preziose informazioni sul alcune caratteristiche del Sole ancora poco note, e sia perché metterà alla prova le nostre capacità tecniche”. “Oltre all’obiettivo scientifico”, cioè migliorare la ricerca sulla corona solare, “la missione ha l’obiettivo di dimostrare il volo in formazione. Il volo in formazione è il volo di diversi oggetti in modo coordinato. Se fossimo in grado di avere diversi satelliti vicini l’uno all’altro in formazione precisa saremo in grado di far aumentare le performance degli strumenti e la crescita delle dimensioni degli strumenti scientifici. Le future applicazioni includono astronomia, rilevamento e caratterizzazione degli esopianeti, scienza del Sistema Solare, geodesia, cambiamento climatico”, ha spiegato Pilz. Nel complesso, Proba-3 è una missione di dimostrazione che permetterà nuovi concetti di missione.
Damien Galano, Proba Project Manager (ESA), ha spiegato che da decenni esistono strumenti scientifici per osservare la corona solare, chiamati coronografi, che si avvalgono di un’ottica specializzata con dischi di occultamento scuri. “Con la missione Proba-3, vogliamo creare un coronografo gigante, composto da due satelliti. Il primo satellite è l’occulter (occultatore) che presenta un disco occultatore circolare di 1,4 metri di diametro. Questo disco proietterà l’ombra. L’altro veicolo è il coronografo, che trasporta il telescopio. Questo veicolo deve essere posizionato in maniera precisa in modo che il telescopio sia al centro dell’ombra proiettata dall’occultatore ad una distanza di circa 150 metri. E qui è dove entra in gioco il volo in formazione. Per avere la capacità di controllare e mantenere la posizione dei due veicoli in modo molto preciso, la precisione che cerchiamo è nel range di millimetri”, spiega Galano. “È un esperimento nello spazio per dimostrare nuovi concetti e tecnologie che sono tecnicamente complessi, perché dobbiamo controllare molto bene i percorsi di volo dei veicoli. La missione richiede lo sviluppo di molte tecnologie ed attrezzature specifiche”, continua Galano.
Come funzionerà la missione
Diego Rodríguez, Space Director di Sener, spiega che l’orbita che i due veicoli seguiranno “è molto eccentrica per performare il volo in formazione”. In ogni orbita di circa 19 ore, al perigeo, i due satelliti “saranno in volo libero”. All’apogeo (circa 60.000km dalla Terra), entreranno in modalità autonoma per iniziare le acquisizioni e manterranno la formazione, ad una distanza di 150 metri con precisione millimetrica, per iniziare le operazioni scientifiche. “Il coronografo inizierà a guardare alla corona e avremo 6 ore di osservazione, molto di più di quanto si possa fare durante le eclissi naturali. Dopo di questo, torneremo indietro fino al perigeo che è molto vicino alla Terra, a circa 600km, e poi ripeteremo l’orbita”, ha spiegato Rodríguez.
L’esperto spiega che la missione coinvolge oltre 40 aziende (tra cui Sener di cui Rodríguez è Space Director) di 14 Stati membri ESA, tra cui l’Italia che partecipa con INAF, Leonardo e Aviotec. I due maggiori contributori alla missione sono Spagna e Belgio.
Cosa aspettarsi della missione Proba-3
Joe Zender, Mission Scientist dell’ESA, afferma che “facciamo queste osservazioni da 300 anni, ma solo per 3-5 minuti all’anno. Le possibilità di Proba-3 aumenteranno la quantità totale di tempo di osservazione a 6 ore”, senza dover “viaggiare per tutto il mondo per avere solo 3-5 minuti di osservazioni. Con Proba-3 ci aspettiamo di avere una media di 10-12 ore a settimana dall’inizio dell’anno prossimo”.
“La missione fornisce molte informazioni sulla complessità della corona e gli eventi che accadono lì. È una complessa struttura che inizia a partire dalla superficie solare”. Le CME (espulsioni di massa coronale) iniziano proprio in questa regione. “Poiché è molto difficile osservare questa regione, speriamo di avere una visione più ravvicinata di questo processo di innesco delle CME. La stessa cosa vale per il vento solare, che inizia a bassa velocità per poi accelerare in quello che chiamiamo “vento solare veloce”. Questo ha un impatto non solo sulla Terra ma anche su tutti i satelliti in orbita intorno al pianeta”. Quindi, con la missione Proba-3 “speriamo di ottenere una migliore comprensione dell’innesco di questi fenomeni per modellarli meglio e comprendere meglio gli effetti sulla Terra e sui satelliti”, spiega Zender.
Le implicazioni sul meteo spaziale
Alla domanda su che tipo di applicazioni/benefici potrebbero esserci dall’apprendere di più sul vento solare e sulle CME, Zender ha risposto: “da un punto di vista scientifico, siamo interessati a comprendere la fisica. Rispetto alle applicazioni, ora se vogliamo prevedere il vento solare, dobbiamo modellare il vento solare iniziando dalla corona solare. Abbiamo modelli ma a volte i modelli non sono in grado di prevedere per esempio l’innesco delle CME. Quindi prima dobbiamo vedere le CME e poi alimentare i modelli. Con una migliore comprensione della fisica, possiamo migliorare anche la modellazione e di conseguenza migliorare le previsioni per i satelliti e per gli impatti sulla Terra”.
I dati della missione Proba-3 inizieranno ad arrivare nel 2025: ma arriveranno in tempo per l’attività del massimo solare? A questa domanda, Zender ha risposto: “non vi aspettate che le prime osservazioni favoriranno il miglioramento delle previsioni il giorno dopo. È molto complesso. Ci vorrà tempo e richiederà molti scienziati, modellazioni, ingegneri che lavorano insieme, combinare dati con altri strumenti. È uno sforzo comune. Bisognerà aspettare degli anni per migliorare i modelli, non è un’attività che si svolgerà dall’oggi al domani”.
Zender ha spiegato che “attualmente abbiamo modelli per prevedere l’evoluzione del vento solare, abbiamo una buona conoscenza ma non di quando questi eventi accadranno. Questi modelli modellano il comportamento magnetico sulla superficie solare. Dobbiamo comprendere meglio la fisica e metterla dentro migliori modelli e poi speriamo che questi modelli ci daranno statisticamente la previsione di CME, flares e altri fenomeni fisici sulla superficie del Sole”.
Timeline della missione
In merito alla timeline della missione, Galano ha spiegato che i due veicoli saranno lanciati attaccati. “Inizieremo il commissioning in questa configurazione. Se tutto andrà bene, ci aspettiamo di separare i due veicoli all’inizio del 2025, poi ci saranno molte funzionalità da esercitare in orbita. I due veicoli si allontaneranno tra loro dopo la separazione, dobbiamo iniziare delle manovre per fermare questa deriva e metterli sulle giuste orbite e poi inizieremo poco a poco a testare l’attrezzatura di metrologia e poi attivare il software. Se tutto va bene, forse a marzo avremo le prime immagini della corona”, ha concluso Galano.
