Cluster (satellite)

Cluster di
satelliti scientifici Descrizione di questa immagine, commentata anche di seguito Uno dei quattro satelliti Cluster in fase di assemblaggio Dati generali
Organizzazione ESA
Costruttore Airbus DS
Programma Orizzonte 2000
Campo Studio della magnetosfera terrestre
Costellazione 4
Stato operativo
Lanciare Salsa e Samba: 16 luglio 2000
9 agosto 2000
lanciatore Sojuz / Fregat
Fine della missione 31 dicembre 2022 (pianificato)
Tutta la vita 2 anni (primario)
Identificatore COSPAR 2000-045A
Luogo [1]
Caratteristiche tecniche
Messa al lancio 1200 kg
Strumenti di massa 71 kg
Dimensioni cilindro: 2,9 m ∅ x 1,3 m (h)
Ergol Idrazina e perossido di azoto
massa propellente 650 kg
Controllo dell'atteggiamento stabilizzato dalla rotazione
Fonte di energia celle solari
Energia elettrica 224 Watt
Orbita
Orbita Orbita ellittica alta
Perigeo 19.000 km
Apogeo 119.000 km
Periodo 57 ore
Inclinazione 92 °
Strumenti principali
MGF Magnetometro

Cluster è una missione dell'Agenzia spaziale europea (ESA) che utilizza quattro satelliti per studiare le interazioni tra il vento solare e la magnetosfera terrestre . Dopo la distruzione dei satelliti durante il fallimento del volo inaugurale Ariane 5 nel 1996, i satelliti sono stati ricostruiti in modo identico e lanciati nel 2000. La missione, durata due anni, è stata estesa a diversi anni e deve continuare fino alla fine del 2022.

I quattro satelliti identici , del peso di circa 1.200  kg , volano in formazione piramidale in un'orbita alta polare altamente ellittica, il che permette di studiare in tre dimensioni i complessi fenomeni fisici che avvengono nelle regioni poste al limite superiore del magnetosfera su cui si attesta il vento solare . Ogni satellite trasporta undici strumenti tra cui un magnetometro , uno strumento per misurare il campo elettrico , cinque strumenti per misurare le onde e tre strumenti per misurare le particelle.

La missione, insieme a SoHO , che si dedica allo studio del vento solare e del Sole , è uno dei quattro capisaldi del programma scientifico Horizon 2000 dell'Agenzia spaziale europea.

Contesto

Nel 1983, il programma scientifico dell'Agenzia spaziale europea (ESA) ha attraversato una grave crisi finanziaria. La quota di budget relativamente esigua assegnatale al momento della creazione dell'ESA (13% del budget totale) non le consente di far fronte ai numerosi costi aggiuntivi che gravano sulle varie missioni in preparazione, causando ritardi e cancellazioni. Il fisico Roger Bonnet, nominato lo stesso anno alla guida del programma scientifico dell'agenzia, decise di cambiare radicalmente la pianificazione di questa attività definendo una strategia a lungo termine. Alla fine del 1983, l'ESA ha ricevuto 77 proposte di missione, di cui 35 nel campo delle scienze del sistema solare e 33 relative all'astronomia. Dopo il conteggio e al termine di un ultimo incontro che si svolge a Venezia il 30 maggio e1 ° luglio 1984, il programma scientifico dell'agenzia spaziale europea, denominato Horizon 2000 , è congelato per i prossimi 20 anni. Si individuano tre classi di missione in base al loro costo: le cosiddette “pietre angolari” più pesanti rappresentano due anni del budget stanziato per le missioni scientifiche, ovvero 400 M ₠ (all'epoca circa 200 milioni di $). Uno dei capisaldi è la coppia di missioni SoHO /Cluster preposte allo studio della magnetosfera terrestre, del Sole e delle sue interazioni tramite il vento solare .

La missione Cluster fa parte del programma internazionale ISTP , il cui obiettivo è misurare contemporaneamente, utilizzando più satelliti, le interazioni tra il vento solare e il campo magnetico terrestre .

Obiettivi scientifici

Le missioni scientifiche, anteriori a Cluster, hanno solo uno o due satelliti e non sono state in grado di fornire i dati necessari per studiare con precisione i limiti della magnetosfera . Poiché attualmente non è possibile accedere al plasma che comprende la magnetosfera utilizzando tecniche di telerilevamento, è necessario utilizzare i satelliti per misurarlo in situ. Quattro veicoli spaziali consentono agli scienziati di effettuare misurazioni 3D risolte nel tempo necessarie per creare un'immagine realistica delle complesse interazioni del plasma che esistono tra le regioni della magnetosfera e tra la magnetosfera e il vento solare.

I quattro satelliti identici del Cluster studiano la magnetosfera terrestre che ci protegge dal vento solare . I satelliti Cluster misurano dati tridimensionali sulla collisione del vento solare con il campo magnetico terrestre, le sue variazioni nel tempo e gli effetti sulla Terra dallo spazio vicino e sulla sua atmosfera , comprese le luci polari .

Ogni satellite trasporta un carico utile scientifico di undici strumenti progettati per studiare la scala di piccole strutture di plasma nello spazio e nel tempo nelle regioni chiave del plasma: vento solare e arco d'urto , magnetopausa , poli dei turbinati, la coda della magnetosfera e la zona aurorale.

Storia del progetto

Sviluppo

Lanciare

I satelliti Cluster furono completati nel 1995 ma furono distrutti il ​​4 giugno 1996 durante il fallimento del volo inaugurale Ariane 5 che doveva metterli in orbita. L' Agenzia spaziale europea decide quindi di finanziare la ricostruzione delle quattro sonde. Il lanciatore Soyuz è selezionato per il lancio in orbita. La nuova missione si chiama Cluster II. I suoi obiettivi sono coordinati con la missione spaziale Double Star sviluppata dall'agenzia spaziale cinese CNSA , che studia gli stessi fenomeni e che trasporta 7 strumenti identici a quelli a bordo dei satelliti Cluster.

Il 16 luglio 2000, un razzo Soyuz-Fregat , inaugurando l'uso dello stadio Fregat , lanciato dal cosmodromo di Baikonur , ha lanciato due dei satelliti Cluster (Salsa e Samba) in un'orbita di attesa dalla quale hanno manovrato da soli per raggiungere un orbita di 19.000 da 119.000 chilometri con un periodo di 57 ore. Tre settimane dopo, il 9 agosto 2000, un altro razzo Soyuz-Fregat ha lanciato gli altri due satelliti Cluster (Rumba e Tango) in orbite simili. La sonda 1, Rumba, è anche soprannominata "Phoenix", poiché è in gran parte costruita con pezzi di ricambio rimasti dopo il fallimento della missione originale. Dopo la messa del carico utile, le prime misurazioni scientifiche sono state effettuate in 1 ° febbraio 2001.

L'ESA ha organizzato un concorso per nominare i satelliti Cluster, che ha attirato partecipanti da molti paesi. Ray Cotton dal Regno Unito ha vinto con i nomi Rumba, Tango, Salsa e Samba. La città natale di Ray, Bristol , ha ricevuto i modelli satellitari in riconoscimento dell'appellativo e della connessione ai satelliti.

Svolgimento della missione

Orbite molto ellittiche del satellite raggiungono un perigeo di circa 4 R E (raggio terrestre, dove 1 R E = 6371  km ) e un'altezza di 19,6 R E . Ogni orbita è completata in circa 57 ore. Il Centro operativo spaziale europeo (ESOC) acquisisce la telemetria e distribuisce i dati scientifici dalle sonde online. I quattro satelliti manovrano in diverse formazioni tetraedriche per studiare la struttura della magnetosfera ei suoi limiti. Le distanze inter-satellite possono variare da circa 100 a 10.000  chilometri .

Inizialmente prevista per la fine del 2003, la missione è stata prorogata più volte. La prima proroga ha esteso la missione dal 2004 al 2005, la seconda dal 2005 a giugno 2009. La missione è stata poi estesa fino alla fine del 2012. Il 19 novembre 2014 la missione è stata nuovamente estesa con altre cinque missioni scientifiche di due anni fino al 31 dicembre 2016. La missione è ancora in corso a fine 2019.

Caratteristiche tecniche dei satelliti

I quattro satelliti sono cilindrici. Il satellite Cluster ha la forma di un cilindro piatto alto 1,3 metri con un diametro di 2,9 metri. La sua massa è di 1200 kg di cui 650 kg di propellenti e 71 kg di strumentazione. È stabilizzato mediante rotazione con una velocità di 15 giri al minuto . I lati del cilindro sono ricoperti da celle solari che forniscono 224 watt consumati dagli strumenti (47 watt) e dalle varie apparecchiature, in particolare le comunicazioni. L'energia in eccesso viene immagazzinata in 5 batterie identiche al cadmio-argento con una capacità totale di 80 Ah. Il satellite ha un sistema di propulsione principale con 400 newton di spinta e otto motori a razzo più piccoli con 10 newton di spinta. Questi motori bruciano una miscela di idrazina e perossido di azoto . Il motore principale viene utilizzato per posizionare il satellite nella sua orbita di lavoro e successivamente per modificare la spaziatura con gli altri tre satelliti della costellazione. Una volta in orbita, il satellite schiera diverse antenne e cavi: 2 poli da 5 metri ancora sensori dallo strumento STAFF, quattro cavi da 50 metri estesi radialmente e utilizzati dall'esperimento EFW e due antenne assiali per le telecomunicazioni. La piattaforma è progettata per funzionare per almeno 5 anni

Strumentazione

Ciascuno dei quattro satelliti Cluster trasporta undici strumenti identici (massa totale 71 chilogrammi), le cui caratteristiche sono descritte nella tabella sottostante. Questi strumenti misurano da un lato l'intensità e la direzione dei campi elettrico ( E ) e magnetico ( B ) dall'altro la densità e la distribuzione degli elettroni e degli ioni che compongono il plasma che attraversano.

Acronimo Strumento Misurato Obiettivo
MGF Magnetometro Fluxgate Magnitudo e direzione del campo magnetico B Vettorizzazione B e trigger di eventi per tutti gli strumenti tranne ASPOC
EFW Esperimento di campo elettrico e onda Magnitudo e direzione del campo elettrico E Vettorizzazione di E , potenziale del veicolo spaziale, densità elettronica e temperatura
PERSONALE Analisi spazio-temporale dell'esperimento di fluttuazione del campo Magnitudo e direzione delle fluttuazioni elettromagnetiche, campo magnetico B , correlazione incrociata di E e B Proprietà delle attuali strutture su piccola scala, sorgente di onde di plasma e turbolenza
SUSSURRO Onde di alta frequenza e sirena per il rilevamento della densità mediante rilassamento In modalità attiva, la densità elettronica totale ; in modalità passiva, onde di plasma neutre Misurazioni della densità del plasma non influenzate da potenziali variazioni nel veicolo spaziale
WBD Ricevitore dati a banda larga E- Forme d'onda del campo magnetico e spettrogrammi di onde di plasma terrestre ed emissioni radio Movimento di variazioni terrestri, ad esempio radiazione chilometrica aurorale
DWP Strumento di elaborazione delle onde digitali Manipolazione di dati Controllo e comunicazione tra gli strumenti 2-5 per produrre correlazioni di particelle
EDI Strumento per la deriva degli elettroni Magnitudo e direzione del campo elettrico E Vettorizzazione di E , gradienti nel campo magnetico locale B
ASPOC Esperimento di controllo del potenziale del veicolo spaziale attivo Regolazione del potenziale elettrostatico del veicolo spaziale Controllo e comunicazione tra gli strumenti 2-5 e 10
CIS Esperimento di spettroscopia di ioni a grappolo Tempo di volo ed energie da 0 a 40k eV Composizione 3D e distribuzione degli ioni nel plasma
PACE Elettrone al plasma e esperimento di corrente Energie degli elettroni da 0,0007 a 30  keV Distribuzione 3D degli elettroni nel plasma
RAPIDO Ricerca con rivelatori di immagini adattive di particelle Energia elettronica da 30 a 1.500  keV , energia ionica da 20 a 450  keV Distribuzione 3D di elevate energie ioniche ed elettroniche nel plasma

Missione Doppia Stella con la Cina

Alla fine del 2003 e alla metà del 2004, la China National Space Administration ha lanciato due satelliti Double Star che trasportano sette strumenti forniti dall'Agenzia spaziale europea identici agli strumenti a bordo dei satelliti Cluster. Posti da un lato in un'orbita polare, dall'altro in un'orbita equatoriale, questi due satelliti lavorano con i satelliti Cluster per eseguire misurazioni sincrone della magnetosfera.

Risultati scientifici (parziali)

Note e riferimenti

Appunti

  1. Milioni di unità di conto europee (antenato dell'Euro)

Riferimenti

  1. "  Fact Sheet  " , su sci.esa.int (consultato il 23 giugno 2021 )
  2. (in) J. Krige , A. Russo e L. Sebesta , A History of the European Space Agency 1958-1987 Volume II (SP-1235) , ESA2000( leggi in linea ) , p.  204-207
  3. (it) ed. Escoubet, CP; Russell, CT; Schmidt, R. The Cluster and Phoenix Missions , Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Belgio, 1997.
  4. (fr) Cluster II sul sito web di EADS Astrium
  5. (it) ed. Paschmann, G.; Schwartz, SJ; Escoubet, CP; Haaland S. Outer Magnetospheric Boundaries: Cluster Results , Springer, Dordrecht, Paesi Bassi, 2005.
  6. Il percorso è stato stabilito tramite (in) Orbit Visualization Tool .
  7. (in) "  Estensioni della vita lavorativa per la missione scientifica dell'ESA  " sulla missione scientifica dell'ESA - Mars Express (consultato il 20 novembre 2014 )
  8. (in) Cluster Modello 3D dell'ESA
  9. (in) "  Cluster  " su EO Portal , Agenzia spaziale europea (consultato il 30 dicembre 2019 )
  10. (it) Sahraoui, F .; Goldstein, ML; Roberto, P.; Khotyaintsev, YV, "  Evidenza di una cascata e dissipazione della turbolenza solare-eolica al giroscopio elettronico  " , Lettere di revisione fisica , vol.  102, n .  23, giugno 2009, pag.  231102- + ( DOI  10.1103/ PhysRevLett.102.231102 , leggi online )
  11. (it) Sahraoui, F.; Goldstein, ML; Belmont, G.; Canu, P.; Rezeau, L., "  Spettri tridimensionali anisotropi k di turbolenza a scale subprotoniche nel vento solare  " , Physical Review Letters , vol.  105, n .  13, settembre 2010, pag.  121101 ( DOI  0.1103 / PhysRevLett.105.131101 , leggi online )
  12. (in) Cluster aiuta a districare la turbolenza nel vento solare

Vedi anche

Articoli Correlati

link esterno