Aditya-L1 sarà la prima missione satellitare indiana a studiare il Sole. Dopo il lancio, previsto il 2 settembre 2023, la navicella viaggerà verso la sua nuova casa: il primo punto Lagrange (L1) del sistema Sole-Terra. Da lì, i suoi sette strumenti verranno utilizzati per indagare le domande aperte sulla nostra stella dinamica e turbolenta. Quattro di loro vedranno direttamente il Sole, mentre gli altri tre effettueranno misurazioni in situ per esplorare la natura della meteorologia spaziale che il Sole genera nello spazio interplanetario.
Il supporto dell’ESA ad Aditya-L1
L’Agenzia Spaziale Europea (ESA) supporta Aditya-L1 in due modi: l’agenzia fornisce servizi di comunicazione nello spazio profondo alla missione e, l’anno scorso, l’ESA ha assistito l’ISRO nella convalida di un nuovo importante software di dinamica di volo. La comunicazione è una parte essenziale di ogni missione spaziale. Senza il supporto della stazione di terra, è impossibile ottenere dati scientifici da un veicolo spaziale, sapere come sta, sapere se è sicuro o anche solo sapere dove si trova.
“La rete globale di stazioni di tracciamento dello spazio profondo dell’ESA e l’uso di standard tecnici riconosciuti a livello internazionale ci consente di aiutare i nostri partner a tracciare, comandare e ricevere dati dai loro veicoli spaziali quasi ovunque nel Sistema Solare“, afferma Ramesh Chellathurai, ESA Service Manager e ESA Cross-Support Liaison Officer per l’ISRO. “Per la missione Aditya-L1, stiamo fornendo supporto da tutte e tre le nostre antenne spaziali profonde da 35 metri in Australia, Spagna e Argentina, così come il supporto dalla nostra stazione Kourou nella Guyana francese e il supporto coordinato dalla Stazione di terra di Goonhilly, nel Regno Unito”.
L’ESA è il principale fornitore di servizi di stazione di terra per Aditya-L1. Le stazioni ESA supporteranno la missione dall’inizio alla fine: dalla fase critica di “Launch and Early Orbit Phase”, durante tutto il viaggio verso L1, e per inviare comandi e ricevere dati scientifici da Aditya-L1 per più ore al giorno nei prossimi due anni di operazioni di routine.
Punto di Lagrange 1: una casa perfetta per gli esploratori solari
Quando una grande massa orbita attorno a un’altra, le loro forze gravitazionali e il movimento orbitale interagiscono per creare cinque punti di equilibrio in cui un veicolo spaziale può operare per un periodo di tempo prolungato senza dover utilizzare molto carburante. Queste posizioni sono conosciute come punti di Lagrange. Il primo punto di Lagrange, L1, si trova tra la Terra e il Sole, a circa l’1% della distanza dal Sole. È un’ottima posizione per gli esploratori solari come Aditya-L1, poiché consente una visione senza ostacoli del Sole che non viene mai eclissata dalla Terra. A L1, Aditya-L1 si unirà ai veicoli spaziali come l’Osservatorio eliosferico solare di ESA/NASA (SOHO), che si trova a L1 dal 1996.
I veicoli spaziali progettati per guardare verso il Sistema Solare esterno e ben oltre, come il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA o i telescopi Euclid e Gaia dell’ESA, viaggiano invece verso L2. L2 è l’opposto di L1, situato alla stessa distanza dalla Terra ma dall’altra parte del pianeta. In L2, questi veicoli spaziali hanno sempre la luminosità del Sole e della Terra dietro di loro mentre guardano verso l’esterno gli oggetti deboli nascosti nell’oscurità dell’Universo.
Arrivare al punto L1
Aditya-L1 non viaggerà verso L1 direttamente dal lancio. Invece, gli operatori ISRO dovranno eseguire una “manovra di trasferimento” simile a quella che l’ESA ha eseguito recentemente per portare il suo telescopio Euclid su L2. Questa manovra verrà eseguita subito dopo il lancio, poiché la quantità di carburante necessaria per raggiungere la traiettoria necessaria cresce rapidamente con il tempo. Aditya-L1 eseguirà innanzitutto delle manovre per regolare la sua orbita attorno alla Terra dopo il lancio, prima di eseguire la manovra di trasferimento su L1. La navicella raggiungerà L1 circa 100 giorni dopo il lancio.
Restarci
L1 è uno dei punti di equilibrio di Lagrange “instabili”. Mantenere un veicolo spaziale esattamente nel punto L1 è praticamente impossibile. Invece, i veicoli spaziali entrano in orbita attorno a L1 come se il punto di Lagrange fosse un “pianeta invisibile”. Anche così, a causa dell’instabilità di questa orbita, piccoli errori di traiettoria aumenteranno rapidamente. Di conseguenza, i veicoli spaziali devono eseguire manovre di “station keeping” circa una volta al mese per mantenersi nell’orbita corretta.
L’incapacità di eseguire queste manovre mensili può essere un grosso problema. Nel giugno 1998, la missione SOHO ha riscontrato un problema e non è riuscita a condurre le sue manovre di “station keeping”. L’errore nella sua orbita è cresciuto così rapidamente e in modo così imprevedibile che si è perso il contatto con il veicolo, che ha iniziato a fluttuare nel vuoto. Un team combinato di esperti della NASA e dell’ESA si è messo al lavoro per recuperare in sicurezza il veicolo spaziale, trovandolo infine lontano dalla posizione prevista e ristabilendo il contatto. 25 anni dopo, SOHO è ancora in orbita attorno a L1 e restituisce preziosi dati scientifici.
ISRO sviluppa software avanzati di dinamica di volo
Per raggiungere L1 e rimanere in orbita in sicurezza, gli operatori devono sapere esattamente dove era, è e sarà il loro veicolo spaziale. Per fare ciò, applicano formule matematiche ai dati di tracciamento del veicolo spaziale per calcolare la sua posizione passata, presente e futura in un processo noto come “determinazione dell’orbita”. La determinazione dell’orbita viene effettuata con l’aiuto di un software appositamente progettato. ISRO ha progettato e sviluppato un nuovo software di determinazione dell’orbita per Aditya-L1. Tuttavia, dato il piccolo margine di errore derivante dall’utilizzo di un veicolo spaziale a L1, hanno richiesto il supporto dell’ESA per convalidarlo.
I test dell’ESA
Da aprile a dicembre 2022, i team dell’ESA e dell’ISRO hanno lavorato insieme intensamente per valutare la strategia dell’ISRO per il funzionamento di Aditya-L1 e mettere alla prova il loro nuovo software di determinazione dell’orbita. “Con la sua esperienza di volo e persino di missioni di salvataggio presso i punti di Lagrange, l’ESA era nella posizione perfetta per aiutare l’ISRO a migliorare il suo nuovo software di determinazione dell’orbita e dimostrare di possedere la fedeltà e la precisione di cui l’organizzazione ha bisogno per far funzionare un veicolo spaziale ad un Punto di Lagrange per la prima volta“, afferma Frank Budnik, esperto di dinamica di volo dell’ESA.
Innanzitutto, il team dell’ESA ha inventato gli scenari tipici che il team ISRO potrebbe affrontare durante l’utilizzo di Aditya-L1. Entrambi i team hanno quindi utilizzato il proprio software di determinazione dell’orbita per prevedere come si sarebbe evoluta l’orbita di Aditya-L1 in questi scenari e hanno confrontato i loro risultati. Il passo successivo ha visto l’ESA fornire all’ISRO dati di tracciamento simulati simili ai dati che l’ESA utilizza per addestrare i propri team di dinamica di volo. Ciò include i dati tipici della Launch and Early Orbit Phase di un veicolo, una complessa manovra di inserimento in orbita o persino un sorvolo planetario. Il team ISRO ha utilizzato il proprio software per analizzare i dati, quindi entrambi i team hanno lavorato insieme per individuare eventuali aree che potevano essere migliorate e mettere a punto alcuni algoritmi.
Infine, il team dell’ESA ha fornito al team dell’ISRO i dati di tracciamento di un vero veicolo spaziale in orbita attorno a L1. Entrambi i team hanno utilizzato il proprio software per analizzare i dati della precedente missione LISA Pathfinder dell’ESA e hanno confrontato ancora una volta i loro risultati. I risultati dell’esercizio sono stati preziosi per l’ESA e l’ISRO ed entrambi i team hanno fiducia nelle capacità del software dell’ISRO.
Per alcuni degli esperti di dinamica di volo dell’ESA, questo esercizio è sembrato familiare. Mentre l’ESA si preparava a lanciare le proprie prime missioni nello spazio profondo, ha dovuto affrontare sfide simili a quelle che l’ISRO deve affrontare oggi. L’ESA ha contattato un team del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA per aiutarlo a convalidare il software di determinazione dell’orbita interplanetaria per la missione Mars Express dell’ESA e per il cacciatore di comete Rosetta, entrambi esplorati con successo dall’ESA. L’esercizio era simile per portata e obiettivo a quello svolto da ESA e ISRO per Aditya-L1 lo scorso anno.
La comunità spaziale internazionale
Il duplice sostegno dell’ESA ad Aditya-L1 dimostra il valore della collaborazione internazionale nel volo spaziale. La rete di stazioni di terra dell’ESA (nota come “Estrack”) e l’esperienza nelle dinamiche di volo sono state sviluppate in decenni di volo nelle missioni spaziali più impegnative e sono ora i pilastri del supporto dell’Agenzia ai suoi partner.
Sulla Terra, Estrack è in fase di espansione. È in corso la costruzione della quarta antenna per lo spazio profondo dell’ESA, mentre l’agenzia si prepara a soddisfare la crescente domanda di larghezza di banda di comunicazione proveniente dalle proprie missioni nello spazio profondo e di sicurezza spaziale e dal supporto a un numero crescente di partner. Nel frattempo, nello spazio, Aditya-L1 sarà il nuovo membro della flotta di esploratori solari, tra cui Solar Orbiter dell’ESA, SOHO, Parker Solar Probe della NASA e altri, impegnati nella missione condivisa dall’umanità di svelare i misteri della nostra stella.
