BepiColombo effettuerà il terzo sorvolo ravvicinato di Mercurio lunedì 19 giugno, quando passerà ad un’altitudine di circa 236km dalla superficie del pianeta. Questo è il terzo di sei passaggi ravvicinati di assistenza gravitazionale su Mercurio attraverso i quali il team operativo del veicolo spaziale dell’ESA sta guidando BepiColombo. I passaggi ravvicinati, insieme a più di 15.000 ore di impegnative operazioni di propulsione solare elettrica, sono necessari per aiutare il veicolo spaziale a combattere l’enorme attrazione gravitazionale del nostro Sole, in modo che possa perdere abbastanza energia da essere catturato nell’orbita di Mercurio nel 2025.
Il passaggio più ravvicinato del sorvolo del 19 giugno avverrà alle 21:34 italiane. BepiColombo si avvicinerà al lato notturno del pianeta, il che significa che le viste più interessanti della superficie di Mercurio verranno registrate dalle telecamere di monitoraggio della sonda circa 13 minuti dopo. Le prime immagini dovrebbero essere rilasciate il 20 giugno.
Flyby e propulsori
Sebbene sia una gradita opportunità per scattare immagini e mettere a punto le operazioni degli strumenti scientifici su Mercurio prima dell’inizio della missione principale, il motivo principale del sorvolo è utilizzare la gravità del pianeta per guidare il percorso di BepiColombo attraverso il Sistema Solare interno.
La missione è stata lanciata nello spazio su un Ariane 5 dallo spazioporto europeo di Kourou nell’ottobre 2018 e si avvale di nove sorvoli planetari: uno sulla Terra, due su Venere e sei su Mercurio, per aiutare a guidare nell’orbita di Mercurio. Dopo questo sorvolo, la missione entrerà in una parte molto impegnativa del suo viaggio verso Mercurio, aumentando gradualmente l’uso della propulsione elettrica solare attraverso ulteriori periodi di propulsione per frenare continuamente contro l’enorme attrazione gravitazionale del Sole. Questi periodi di propulsione possono durare da pochi giorni fino a due mesi, con i più lunghi interrotti periodicamente per ottimizzare la navigazione e la manovra.
Fionda cosmica
Mercurio è il pianeta roccioso meno esplorato del Sistema Solare, e uno dei motivi principali è perché arrivarci è davvero difficile. Man mano che BepiColombo si avvicina al Sole, la potente attrazione gravitazionale della nostra stella ospite accelera il veicolo spaziale verso di esso. I passaggi ravvicinati con assistenza gravitazionale sono un ottimo modo per cambiare rotta utilizzando pochissimo carburante, ma sono tutt’altro che semplici. I controllori di volo sono pronti a guidare con precisione BepiColombo in modo che sorpassi Mercurio esattamente alla giusta distanza, dall’angolo giusto e con la giusta velocità. Tutto questo è stato calcolato anni fa, ma deve essere il più vicino possibile alla perfezione quel giorno.
“Quando BepiColombo inizierà a sentire l’attrazione gravitazionale di Mercurio, viaggerà a 3,6km/s rispetto al pianeta. Questa è poco più della metà della velocità con cui si è avvicinato durante i due precedenti passaggi ravvicinati di Mercurio“, spiega l’esperto di dinamica di volo dell’ESA Frank Budnik. “E questo è esattamente il punto di tali eventi. Il nostro veicolo spaziale è partito con troppa energia perché è partito dalla Terra e, come il nostro pianeta, sta orbitando intorno al Sole. Per essere catturati da Mercurio, dobbiamo rallentare e stiamo usando la gravità della Terra, di Venere e Mercurio per fare proprio questo”.
Il 19 maggio, le squadre al controllo della missione hanno eseguito la più grande manovra di propulsione chimica che la missione abbia mai visto. Lo scopo era correggere gli errori nell’orbita di BepiColombo che si erano accumulati a seguito di interruzioni del propulsore durante il precedente periodo di propulsione elettrica lento della durata di un mese e mezzo. Manovre di correzione in avvicinamento a un passaggio ravvicinato fanno parte delle normali operazioni; senza queste manovre, BepiColombo sarebbe 24000km troppo lontano da Mercurio e dalla parte sbagliata del pianeta.
Per essere al sicuro e per garantire che la missione non finisse in rotta di collisione con Mercurio, l’ultima manovra è stata progettata in modo che BepiColombo passasse il pianeta roccioso a un’altitudine leggermente superiore a quella necessaria. Il margine extra era una buona scommessa e annullava gli errori precedenti che si erano insinuati mentre la sonda attraversava milioni di chilometri nello spazio. A una settimana dal sorvolo, si prevede che BepiColombo passerà sopra la superficie del pianeta a un’altitudine di 236km (+/- 5km).
Al momento dell’approccio ravvicinato, BepiColombo avrà accelerato fino a 5,4km/s rispetto a Mercurio grazie all’attrazione gravitazionale del pianeta, ma il passaggio ravvicinato ridurrà complessivamente la grandezza della velocità della sonda rispetto al Sole di 0,8km/s e ne cambierà la direzione di 2,6 gradi.
“Questa è la prima volta che il complesso metodo di propulsione elettrica solare viene utilizzato per portare un veicolo spaziale su Mercurio e rappresenta una grande sfida durante la parte rimanente della fase di crociera”, afferma Santa Martinez Sanmartin, responsabile della missione BepiColombo dell’ESA. “Abbiamo già adattato il nostro concetto operativo per avere passaggi di comunicazione aggiuntivi con le nostre stazioni di terra, consentendoci di recuperare più velocemente dalle interruzioni del propulsore e di migliorare la determinazione dell’orbita”.
La dinamica del volo è sia una scienza che un’arte. Orbite, manovre e passaggi ravvicinati sono determinati con anni di anticipo, ma i veicoli spaziali non sono oggetti matematici perfetti. Questo è il motivo per cui i team peccano sempre per eccesso di cautela, tenendo conto delle molteplici opportunità di manovre per affinare e correggere il percorso effettivo di un veicolo spaziale.
Assaggi di scienza
Mentre molti strumenti sono stati attivati durante la fase di crociera, alcuni funzioneranno anche durante il sorvolo, fornendo un altro allettante assaggio della scienza di Mercurio prevista durante la missione principale. Gli strumenti di monitoraggio magnetico, del plasma e delle particelle campionano l’ambiente prima, durante e dopo il massimo avvicinamento.
Questo sarà il primo sorvolo per il quale verranno accesi il BepiColombo Laser Altimeter (BELA) e il Mercury Orbiter Radio-science Experiment (MORE), anche se nel caso di BELA solo a scopo di test funzionale. Una volta nell’orbita di Mercurio, BELA misurerà la forma della superficie di Mercurio e MORE studierà il campo gravitazionale e il nucleo di Mercurio.
“La raccolta di dati durante i passaggi ravvicinati è estremamente preziosa per i team scientifici per verificare che i loro strumenti funzionino correttamente prima della missione principale“, afferma Johannes Benkhoff, scienziato del progetto BepiColombo dell’ESA. “Fornisce anche una nuova opportunità per confrontare i dati raccolti dal veicolo spaziale MESSENGER della NASA durante la sua missione 2011-2015 su Mercurio da località complementari in tutto il pianeta non solitamente accessibili dall’orbita. Siamo lieti di avere già pubblicato i dati basati sui nostri precedenti flyby che hanno generato nuovi risultati scientifici, il che ci rende ancora più entusiasti di entrare in orbita!”.
All’arrivo su Mercurio nel dicembre 2025, i due moduli scientifici di BepiColombo – il Mercury Planetary Orbiter (MPO) dell’ESA e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) della JAXA – si separeranno dal Mercury Transfer Module (MTM) ed entreranno in orbite complementari intorno al pianeta. La telecamera scientifica principale è schermata fino a quando i moduli della sonda non si separano, ma durante i passaggi ravvicinati vengono scattate istantanee dalle telecamere di monitoraggio di BepiColombo.
Un selfie unico
Durante l’approccio più ravvicinato, BepiColombo sarà nell’ombra di Mercurio. La parte illuminata del pianeta entrerà nel campo visivo della sonda solo circa 13 minuti dopo, quando BepiColombo si troverà a una distanza di circa 1840km. Ciò significa che non ci saranno immagini illuminate dall’approccio più vicino. Le immagini visivamente più accattivanti che mostrano i dettagli della superficie di Mercurio verranno catturate tra circa 13 e 23 minuti dopo l’approccio ravvicinato.
Le telecamere forniscono istantanee in bianco e nero con una risoluzione di 1024 x 1024 pixel. A causa della loro posizione sul veicolo spaziale, catturano anche uno dei pannelli solari di MTM e le antenne di MPO in primo piano nelle immagini. Mentre BepiColombo oltrepasserà Mercurio, vedremo il pianeta apparire in alto a destra nelle immagini di M-CAM 3 e spostarsi verso il basso a sinistra. Le prime immagini saranno scaricate entro un paio d’ore dopo il massimo avvicinamento e dovrebbero essere disponibili per il rilascio pubblico dal pomeriggio del 20 giugno in poi. Le immagini più vicine dovrebbero rivelare una serie di importanti caratteristiche geologiche tra cui grandi crateri, terreno vulcanico e tettonico. Tutte le immagini saranno rilasciate anche nel Planetary Science Archive dell’ESA nei giorni successivi.
Il contributo italiano
Anche in questo emozionante flyby, la sonda sarà guidata da un sensore d’assetto italiano, realizzato da Leonardo. A bordo della missione dell’ESA e della JAXA, c’è infatti anche molta Italia, con un importante contributo da parte dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Lanciato nell’ottobre 2018, BepiColombo è uno sforzo congiunto tra l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA). Si tratta della prima missione europea su Mercurio, il pianeta più piccolo e meno esplorato del Sistema Solare interno, e la prima ad inviare due sonde (MPO dell’ESA e MMO della JAXA) per effettuare contemporaneamente misurazioni complementari del pianeta e del suo dinamico ambiente.
Per quanto riguarda il contributo italiano, Leonardo partecipa fornendo tecnologie e servizi, anche grazie alle joint venture Thales Alenia Space e Telespazio. Leonardo ha fornito il sensore d’assetto AA-STR per il corretto orientamento nello spazio e lo strumento SIMBIO-Sys (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System) realizzato insieme all’INAF. SIMBIO-Sys è composto da tre strumenti in uno: una camera ad alta risoluzione per lo studio dettagliato della topografia di Mercurio, una stereocamera per la ricostruzione in 3D di tutta la sua superficie ed una camera iperspettrale dedicata allo studio della composizione chimico-fisica del pianeta. Si tratta di uno strumento molto complesso, responsabile per il 50% dell’intero archivio dati che varrà raccolto dalla missione.
Thales Alenia Space in Italia, parte del Core Team di Bepi Colombo, ha coordinato un team industriale di 35 aziende europee nell’ambito del suo work package. In particolare è responsabile dei sistemi di telecomunicazione, controllo termico, distribuzione potenza elettrica, della integrazione e delle prove del satellite completo. L’azienda, inoltre, ha sviluppato direttamente il trasponditore in banda X e Ka, il computer di bordo, la memoria di massa, l’antenna ad alto guadagno e, per l’Agenzia Spaziale italiana, il Ka-band Transponder dell’esperimento MORE e l’accelerometro ISA. Telespazio, attraverso la controllata Telespazio Germany, sviluppa alcuni importanti sistemi per il segmento di terra della missione – tra questi il sistema di pianificazione, il simulatore operativo e l’infrastruttura di informazione e comunicazione – ed è coinvolta nelle operazioni di missione di BepiColombo per la stazione di terra, i veicoli spaziali e per le dinamiche di volo.
