Hayabusa (sonda spaziale)
Hayabusa
Rappresentazione artistica della sonda Hayabusa in procinto di entrare in contatto con il suolo dell'asteroide con alla sua sinistra il mini-robot Minerva.
| Organizzazione | JAXA |
|---|---|
| Campo | Missione di ritorno del campione di asteroidi, tecnologia |
| Stato | Missione completata |
| Lanciare | 9 maggio 2003(13:29 JST ) |
| Launcher | MV |
| Fine della missione | 13 giugno 2010 |
| Tutta la vita | 7 anni, 1 mese e 4 giorni |
| Identificatore COSPAR | 2003-019A |
| Luogo | Sito ufficiale |
| Messa al lancio | 510 kg |
|---|
| AMICA | Fotocamera spettrometro |
|---|---|
| LIDAR | Altimetro |
| NIRS | Spettrometro per infrarossi |
| XRS | Spettrometro per raggi X. |
Hayabusa (はやぶさ , " Falco pellegrino " in giapponese ) , o MUSE-C per Mu Space Engineering Spacecraft C , è una sonda spaziale della Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA), il cui obiettivo è lo studio del piccolo asteroide Itokawa e la convalida di diverse tecniche innovative di esplorazione robotica. Per la sua missione, la sonda, che pesa 510 kg , trasporta diversi strumenti scientifici e un piccolo lander del peso di 600 grammi. L'obiettivo più ambizioso del progetto è il ritorno sulla Terra di un campione di pochi grammi prelevato dal suolo dell'asteroide .
Lanciata nel 2003, la sonda ha raggiunto Itokawa nel 2005 e ne ha studiato le caratteristiche utilizzando strumenti di bordo. Diversi tentativi di atterraggio, due dei quali effettuati fino in fondo, non sono riusciti a prelevare un campione: la manovra, effettuata in autonomia dalla sonda, è stata resa difficoltosa dalla bassissima gravità di Itokawa. Un po 'di polvere era ancora raccolta. La sonda riprende la via del ritorno sulla Terra per riportare la capsula contenente eventuali campioni. Diversi incidenti operativi, che incidono in particolare sulla sua propulsione, posticipano la data di arrivo inizialmente prevista nel 2007. La capsula contenente i campioni si è staccata dalla sonda a poca distanza dalla Terra su13 giugno 2010prima di fare un rientro atmosferico e atterrare sul suolo australiano come previsto.
Dopo che le sonde spaziali americane lo avevano già sperimentato, Hayabusa conferma la capacità dei motori ionici di assicurare la propulsione principale delle macchine incaricate di missioni di esplorazione del sistema solare . Nonostante la loro spinta molto modesta (meno di un grammo), questi motori hanno accelerato la sonda di oltre 3,5 km / s consumando 50 kg di carburante. I team dell'agenzia spaziale giapponese hanno dimostrato il loro know-how riuscendo a portare in sicurezza una macchina privata contemporaneamente ai due terzi del suo sistema di controllo dell'assetto , della sua propulsione chimica e di parte della sua propulsione principale. Sono in fase di analisi circa 1.500 particelle molto piccole (<10 micrometri) raccolte sul terreno dell'asteroide. Hayabusa ha anche contribuito a migliorare in modo significativo la conoscenza degli asteroidi attraverso misurazioni effettuate con i suoi strumenti scientifici e foto ad alta risoluzione scattate in loco.
Gli obiettivi della missione Hayabusa
La sonda spaziale Hayabusa persegue entrambi obiettivi scientifici di grande valore e contribuisce a convalidare l'uso delle tecnologie che verranno utilizzate per future missioni della sonda spaziale nel sistema solare, in particolare nel campo dell'avvicinamento a corpi a bassa gravità.
Obiettivi tecnologici
Hayabusa è ufficialmente un dimostratore tecnologico che deve sviluppare tecniche che permettano l'esplorazione di oggetti celesti minori mediante sonde spaziali. Cinque tecnologie chiave sono implementate da Hayabusa:
- l'uso di motori ionici come principale sistema di propulsione;
- il sistema di navigazione e guida autonomo che utilizza sistemi ottici di misurazione. Data la distanza dell'asteroide durante i tentativi di atterraggio, passano 40 minuti tra due scambi con la Terra. La sonda deve quindi essere largamente autonoma per effettuare l'atterraggio di precisione e il recupero del campione;
- il sistema di raccolta dei campioni sviluppato per gli ambienti di microgravità ;
- il rientro diretto da un'orbita interplanetaria della capsula contenente i campioni;
- la combinazione di propulsori a bassa spinta e assistenza gravitazionale utilizzata per le modifiche dell'orbita.
Obiettivi scientifici
La componente scientifica della missione Hayabusa si concentra sullo studio dell'asteroide Itokawa , così chiamato in onore del fondatore dell'astronautica giapponese Hideo Itokawa . Questo piccolo NEO (550 × 180 metri), scoperto nel 1998 nell'ambito del progetto LINEAR , descrive una traiettoria che al suo apice si trova leggermente al di fuori dell'orbita marziana (1.695 Unità astronomiche ) e al suo perigeo leggermente all'interno dell'orbita terrestre (0.953 AU ). La missione della sonda è ottenere informazioni su questo tipo di asteroide di tipo S di dimensioni inferiori a un chilometro. La sonda deve condurre uno studio geologico e geomorfologico : analisi della forma dell'asteroide, del suo asse di rotazione, rilievo topografico, misura della sua densità. Infine, la sua composizione sarà determinata in particolare utilizzando uno spettrometro operante nel vicino infrarosso e uno spettrometro a fluorescenza X oltre che misurando l' intensità della luce e la polarizzazione della luce riflessa dalla superficie. Ma l'obiettivo più ambizioso di questa missione è riportare un campione dal suolo dell'asteroide.
I meteoriti , che sono spesso frammenti di asteroidi, sono caduti sulla Terra, fornendo risultati di difficile interpretazione della composizione di questi piccoli corpi; appaiono differenze significative rispetto alle osservazioni di asteroidi effettuate utilizzando telescopi situati sulla Terra. Sonde spaziali come Galileo e NEAR Shoemaker , quest'ultima atterrata sull'asteroide (433) Eros nel 2001, hanno contribuito a spiegare alcune di queste differenze. Ma un campione prelevato sul posto confermerebbe le teorie sviluppate. Il ritorno di un campione fornisce molte più informazioni di un'analisi effettuata sul posto da una sonda, perché l'attrezzatura disponibile sulla Terra è molto più potente del laboratorio mobile che un veicolo spaziale è in grado di trasportare. La conoscenza della composizione degli asteroidi e di come si formano dovrebbe aiutare a capire come si forma il sistema solare . Hayabusa, a causa delle sue piccole dimensioni e del basso budget della missione, porta una strumentazione scientifica ridotta (4 strumenti) se la confrontiamo con la sonda europea Rosetta i cui 21 strumenti da soli rappresentano una massa di 180 kg . La sonda giapponese ha comunque la capacità di svolgere indagini approfondite.
Le caratteristiche tecniche di Hayabusa
La sonda Hayabusa ha la forma di un parallelepipedo rettangolare lungo e largo 1,5 metri e alto 1,05 metri. La sonda giapponese, che al lancio pesa 510 kg , trasporta 50 kg di carburante utilizzato dai motori chimici e 65 kg di xeno utilizzato dai motori ionici . La sonda è stabilizzata su 3 assi . Due pannelli solari (SCP), costituiti da celle solari in arseniuro di gallio e un'area totale di 12 m 2 , si estendono da ciascun lato della sonda e forniscono 2,6 kW quando la sonda si trova a un'unità astronomica del Sole ; L'elettricità prodotta, essenziale per la propulsione ionica, viene immagazzinata in batterie ricaricabili agli ioni di litio (Li-ion) con una capacità di 15 ampere-ora . Un alto guadagno diametro 1,5 metro antenna parabolica (HGA) occupa un lato del satellite. Fornisce comunicazioni in banda X con la Terra: la potenza raggiunge i 20 W e la velocità 8 kb / s ; è assistito da altre due antenne a basso guadagno fissate su altre facce della macchina e funzionanti in banda X. I pannelli solari, come le antenne, sono fissi. Sulla faccia opposta all'antenna principale, un corno lungo un metro e avente nella sua parte inferiore un'apertura di 40 centimetri di diametro dovrebbe consentire il recupero dei campioni di terreno dall'asteroide.
Propulsione
Hayabusa ha due sistemi di propulsione:
- per manovre orbitali o di cambio di orientamento che devono essere eseguite rapidamente, la sonda è dotata di 12 piccoli motori a razzo chimico (SCR) che forniscono individualmente 22 N di spinta (2,2 kg ). I motori a razzo utilizzano perossido di azoto e idrazina che sono propellenti ipergolici comuni per missioni di lunga durata. Gli ugelli sono distribuiti sugli angoli del parallelepipedo per poter eseguire in modo efficiente tutti i tipi di correzione. L' impulso specifico è di 290 secondi;
- la propulsione principale della sonda è fornita da quattro motori ionici giapponesi µ10 (IES) che espellono lo xeno e il cui sviluppo è iniziato 15 anni fa. Sono utilizzati durante le fasi di crociera che non richiedono forti accelerazioni. Su questo tipo di motore, lo xeno viene ionizzato per induzione HF , quindi gli ioni vengono accelerati in un potente campo elettrico creato dall'energia fornita dai pannelli solari. Gli ioni vengono espulsi attraverso ugelli raggruppati insieme sulla stessa faccia della sonda spaziale. La spinta massima di un motore è di 4,8 millinewtons (o 0,48 grammi) e utilizza un'energia elettrica di 1 kW . La spinta è molto bassa ma l'efficienza è nettamente superiore a quella di un motore a razzo chimico grazie all'elevata velocità di espulsione che permette di limitare il carico di carburante: l' impulso specifico è di 3200 secondi, ovvero un'efficienza di 11 volte superiore a quella dei propellenti chimici utilizzati anche dalla sonda. Questo tipo di motore funziona per lunghi periodi di tempo, il che consente di ottenere un'accelerazione significativa. Un motore a ioni ha tre componenti: la sorgente ionica, la parte acceleratrice e il sistema di neutralizzazione. I motori Hayabusa sono progettati in modo tale da poter combinare il sistema di neutralizzazione di un motore con la sorgente ionica di un altro motore per far fronte al guasto di uno di questi due componenti. La missione può essere compiuta con solo due motori operativi.
Strumenti scientifici
Oltre al sistema di raccolta dei campioni, sulla sonda sono montati diversi strumenti scientifici, alcuni dei quali utilizzati per la navigazione.
| Attrezzature | Descrizione e obiettivi |
|---|---|
| Asteroid Multiband Imaging CAmera (AMICA) | Questa telecamera dotata di lente telescopica con un angolo di visione di 5,7 ° ha un uso misto (chiamato ONC-T per la navigazione): scientificamente viene utilizzata per l'imaging oltre che per misure di polarimetria (4 polarizzatori ) e spettroscopia (7 filtri passa-banda ) .
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| Spettrometro a fluorescenza a raggi X (XRS) | Questo spettrometro è stato progettato per studiare i raggi X emessi dall'asteroide. Identificherà i principali costituenti chimici. Con il suo angolo di visione di 3,5 °, la sua risoluzione varia da 160 eV a 5,9 keV .
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| Spettrometro nel vicino IR (NIRS) | Questo dispositivo funziona nel vicino infrarosso (lunghezze d'onda da 800 a 2500 nm). Può rilevare i diversi materiali che compongono la superficie dell'asteroide. Con il suo angolo di visione di 0,1 ° la risoluzione ottenuta è compresa tra 6 e 90 metri per pixel.
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Le manovre vicino all'asteroide richiedono l'uso di diversi strumenti che combinano ottica e onde radio.
| Attrezzature | Descrizione |
|---|---|
| Telecamera di navigazione ottica (ONC) e rilevamento e distanza della luce ( LIDAR ) | Questa apparecchiatura ha un utilizzo misto: per la navigazione, durante il processo di avvicinamento all'asteroide, permette di calcolare una posizione relativa ad un asteroide (o ad un corpo celeste in generale) mediante rilevazione e telemetria da parte della luce con l' altimetro laser LIDAR che consente una precisione di un metro a una distanza di 50 metri.
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| Sensore fascio ventola (FBS) | Questo sensore a fascio elettromagnetico consente di rilevare la presenza di ostacoli sul sito di atterraggio della sonda. |
| Telemetro laser (LRF) | Durante la discesa verso l'asteroide, quattro raggi laser vengono emessi in modo leggermente obliquo dalla faccia rivolta verso il suolo. Consentono alla sonda di verificare che il suo orientamento sia corretto e che la tromba utilizzata per la raccolta sia correttamente orientata, cioè perpendicolare al terreno. |
| Star Tracker (STT) | Questo strumento permette di determinare con precisione l'orientamento della sonda nello spazio, osservando e identificando la posizione delle stelle . Consente in particolare di mantenere il puntamento dell'antenna di telecomunicazioni verso la Terra. Si compone di due parti: una parte ottica situata nella parte superiore dell'antenna parabolica e un computer . |
La procedura di atterraggio e recupero del campione
Per atterrare sull'asteroide, la sonda deve affrontare molti vincoli:
- l'asteroide Itokawa, a causa delle sue piccole dimensioni, ha una gravità molto bassa. Si tratta quindi meno di effettuare una manovra di atterraggio che di un'operazione di rendezvous spaziale con un oggetto in costante movimento e dalle forme irregolari. A causa dell'estrema debolezza della gravità, nessuna forza può essere esercitata al suolo da uno strumento, come un trapano , senza generare in cambio una forza che farebbe decollare la sonda;
- la natura del terreno non era nota al momento della costruzione della sonda: la tecnica utilizzata per l'atterraggio doveva essere sviluppata senza sapere se la sua superficie fosse di roccia dura o polvere morbida;
- l'orientamento della sonda deve soddisfare due vincoli. I pannelli solari della sonda sono fissi e l'incidenza del sole sui pannelli non deve essere inferiore a 60 ° per fornire energia sufficiente. Ma in più, il sistema di campionamento selezionato richiede che i pannelli solari siano paralleli al suolo al momento dell'atterraggio;
- il campo di atterraggio non deve avere ostacoli di altezza superiore a 50 cm, altrimenti i pannelli solari verranno danneggiati;
- nonostante le ricognizioni effettuate in precedenza, il rilievo e la topologia del terreno non sono conosciuti in modo dettagliato prima della discesa;
- il pilotaggio dell'atterraggio non può essere effettuato da Terra perché il tempo di comunicazione di andata e ritorno è di 32 minuti e la velocità è relativamente bassa (8 kb / s ). La sonda deve essere in grado di prendere decisioni autonome sulla base di tutti i vincoli elencati.
Il processo di atterraggio è controllato da un complesso software di guida e navigazione e diversi strumenti forniscono indicazioni sulla posizione della sonda rispetto al suolo. La discesa si svolge in tre fasi:
- il sito di atterraggio è stato determinato in anticipo. La fase di discesa inizia 3 o 4 km sopra l'asteroide. La sonda deve scendere rimanendo su un asse vicino a destra che unisce il Sole e l'asteroide in modo che i pannelli solari siano sufficientemente illuminati. Durante questa fase, la sonda utilizza per la sua navigazione notevoli punti precedentemente individuati sulla superficie dell'asteroide. La traiettoria deve tenere conto della lenta rotazione del piccolo corpo celeste che gira su se stesso in poco più di 12 ore. È a quota 500 metri che si decide di proseguire, utilizzando l'immagine ottenuta da questa posizione;
- la fase finale di discesa inizia a 400 metri. La velocità di discesa è ridotta a 0,1 m / s . La sonda deve essere in grado di sincronizzarsi durante questa fase con la rotazione dell'asteroide in modo da rimanere permanentemente al di sopra del sito di atterraggio selezionato. Ad un'altitudine di 30 metri, viene rilasciato un target marker sferico: quando è a terra, dovrebbe fungere da punto di riferimento fisso affinché la sonda stabilizzi la sua velocità orizzontale. Affinché il goal marker non rimbalzi da terra, è costituito da un guscio rigido in cui sono presenti tante palline che assorbono l'energia sprigionata dallo scontro con il terreno. Quando il marker ha raggiunto il suolo, viene ricercato dal telescopio che utilizza i flash per identificarlo grazie alla superficie riflettente che lo ricopre;
- la fase di atterraggio inizia a quota 17 metri. La sonda dovrebbe ora scendere mantenendo la sua faccia rivolta verso il suolo parallela ad essa. Per fare questo utilizza i quattro raggi laser LRF che gli consentono di misurare la sua distanza da quattro punti a terra e di modificare il suo orientamento per essere parallelo a questo piano (virtuale) così definito. Durante questa fase lo strumento FBS segnala la presenza di un eventuale ostacolo laterale alla sonda. Il termine della discesa è in caduta libera, alla velocità di pochi centimetri al secondo, sotto la sola influenza della gravità dell'asteroide che è dell'ordine di 1 / 100.000 di quella terrestre. Quando il corno utilizzato per il campione entra in contatto con il terreno, un proiettile da 10 grammi viene sparato attraverso la sua apertura ad una velocità di 300 m / s . L'impatto sulla superficie provoca l'espulsione di frammenti e polvere che vengono raccolti dal corno e poi trasferiti in una capsula. Gli scienziati sperano di recuperare alcuni grammi di terreno con questo metodo, proveniente da tre diversi siti di campionamento. Il tempo di contatto sull'asteroide è di circa un secondo per campione. La sonda riacquista l'altitudine subito dopo. Questo metodo di prelievo dei campioni è all'origine del soprannome dato alla sonda: un falco ( Hayabusa ) , infatti, si tuffa sulla sua preda, l'afferra con gli artigli e decolla senza atterrare.
Il mini lander Minerva
Inizialmente era stato pianificato che la NASA avrebbe fornito un piccolo rover , che doveva essere sganciato sull'asteroide per studiarne la superficie. Tuttavia, questo progetto è stato annullato in seguito alle restrizioni del budget spaziale statunitense. Un altro micro-robot chiamato Minerva ( acronimo di MIcro / Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid ) è stato sviluppato da JAXA, da far cadere sull'asteroide per studiarne la superficie.
Ha preso la forma di un esadecagono (un poligono a 16 lati) di 120 millimetri di diametro e 100 mm di altezza per una massa di soli 591 grammi . La sua alimentazione era fornita da diversi piccoli pannelli solari che ne coprivano la superficie. Tutte le operazioni su Itokawa dovevano tenere conto della gravità estremamente bassa che la circondava. Poiché muoversi su ruote sulla superficie di un corpo richiede un minimo di gravità, è stato necessario sviluppare un'altra modalità di movimento: il robot è stato progettato per muoversi rimbalzando, con una velocità massima di 9 cm / s . Minerva doveva calcolare ogni salto con precisione per evitare di "fluttuare" sopra Itokawa o di orbitare attorno a Itokawa.
Il mini-robot Minerva era dotato di tre telecamere CCD , due delle quali sono state utilizzate insieme per generare una rappresentazione tridimensionale della superficie di Itokawa. La messa a fuoco è stata eseguita a una distanza compresa tra 10 e 50 cm . La terza telecamera ha permesso di ottenere immagini di bersagli più distanti. Minerva portava anche sei sensori termici. La sonda Hayabusa è servita da relè alla Terra per la trasmissione dei dati raccolti da Minerva.
Sviluppo e lancio (1995-2003)
Tra il 1987 e il 1994, gruppi di lavoro che riunivano specialisti dell'ISAS (un'ex agenzia spaziale giapponese con una vocazione scientifica successivamente assorbita dalla JAXA) e della NASA hanno studiato varie missioni, tra cui un progetto per un incontro con un asteroide che diventerà la missione NEAR Shoemaker , e un progetto di ritorno di un campione di comete che diventerà la missione Stardust . Nel 1995, ISAS ha scelto di finanziare una missione di ritorno di un campione di asteroidi. La NASA, che originariamente avrebbe dovuto partecipare al progetto, alla fine ha rinunciato per motivi finanziari. La sonda spaziale giapponese doveva essere inizialmente lanciata nel luglio 2002 verso l'asteroide (4660) Nereus , ma il lanciatore M-V fallì durante un lancio inluglio 2000ha causato il rinvio dell'incendio. L'obiettivo iniziale ormai fuori portata, è stato sostituito dall'asteroide 1998 SF36 , ribattezzato in questa occasione in onore di un pioniere dell'astronautica giapponese, Hideo Itokawa . Dopo un ultimo rinvio di qualche mese per motivi tecnici, il lancio è stato finalmente pianificatoMaggio 2003. Il costo della sonda Hayabusa è stimato in 12 miliardi di yen (circa 120 milioni di euro). Hayabusa è il terzo mestiere nella Muse (Mu Space Engineering Satellites) programma spaziale destinato a testare nuove tecniche spaziali, che comprende anche il Hiten sonda lunare (MUSE-A), lanciato nel 1990, e il HALCA spazio della radio telescope (MUSE-B ), lanciato nel 1997.
Conduzione della missione
La sonda Hayabusa viene lanciata 9 maggio 2003da un razzo M-V a propellenti solidi derivati dal Centro Spaziale di Uchinoura in Giappone. Come da tradizione nell'astronautica giapponese, la sonda, che fino ad allora aveva il nome MUSES-C, è stata ribattezzata Hayabusa , cioè falco pellegrino , dopo il suo riuscito lancio .
Sulla strada per l'asteroide Itokawa (2003-2005)
Il nuovo obiettivo scelto dopo il rinvio del lancio richiede più potenza per essere raggiunto. Il lanciatore MV non avendo margini di potenza, il team JAXA sceglie di far viaggiare la sonda in un'orbita attorno al Sole durante la quale Hayabusa acquisisce velocità grazie ai suoi motori a ioni e quindi usa la Terra come "trampolino di lancio" per raggiungere l'appuntamento con l'asteroide .
Viene effettuato un primo test dei motori ionici: vengono utilizzati senza interruzioni tra i 27 maggio e metàGiugno 2003. Alla fine del 2003, una tempesta solare ha danneggiato i pannelli solari. La perdita di potenza elettrica disponibile riduce la spinta massima dei motori a ioni, determinando un rinvio dell'appuntamento con l'asteroide di diversi mesi. L'arrivo deve ora avvenire nel settembre 2005 mentre il ritorno sulla Terra è previsto, per ragioni di meccanica spaziale , innovembre 2005.
Mentre la sonda sta per completare la sua prima orbita attorno al Sole, i suoi motori ionici le hanno permesso di guadagnare 700 m / s consumando 10 kg di xeno. Il19 maggio 2004, la sonda vola sopra la Terra ad un'altitudine di 3.725 km per una manovra di assistenza gravitazionale che la colloca su una nuova orbita ellittica portandola al suo punto di incontro con Itokawa dandogli un guadagno di velocità di 4 km / s nel telaio eliocentrico di riferimento. Durante il suo passaggio vicino alla Terra, Hayabusa testa il suo sistema di navigazione ottica (ONC e LIDAR ), che dovrebbe consentirle di calcolare la sua posizione relativa rispetto a un corpo celeste.
Fino al suo arrivo in prossimità dell'asteroide, i motori ionici vengono utilizzati ininterrottamente con interruzioni di 3 giorni al mese destinate a ricalcolare la sua posizione. I motori chimici vengono utilizzati quando è necessario apportare rapide correzioni, vale a dire quando si vola sopra la Terra e quando ci si avvicina all'asteroide. Il numero di motori ionici utilizzati è adattato alla distanza dal Sole che determina la potenza elettrica disponibile. Neldicembre 2004, mentre la sonda Hayabusa raggiunge il punto della sua orbita più lontano dal Sole (1,7 UA), solo un motore è in funzione. Il31 luglio 2004, una delle tre ruote di reazione che mantiene l'orientamento della sonda si guasta.
Approccio e studio a distanza (settembre 2005 - ottobre 2005)
La sonda raggiunge il suo obiettivo su 12 settembre 2005, avendo consumato un totale di 22 kg di xeno, che gli ha permesso di guadagnare 1.400 m / s dalla sua partenza. Il tempo di funzionamento cumulativo dei quattro motori a ioni è quindi di 25.800 ore. Una volta lì, Hayabusa entra in un'orbita eliocentrica , rimanendo vicino all'asteroide. Hayabusa si mantiene inizialmente a 20 km dall'asteroide ( posizione Gate ) che gli permette di effettuare numerose osservazioni scientifiche tra cui misurazioni del campo gravitazionale e rilievi topografici . Queste informazioni, che soddisfano gli obiettivi scientifici, verranno utilizzate anche per identificare i siti in cui è possibile prelevare i campioni. Il15 settembre, JAXA pubblica una prima foto a colori dell'asteroide.
All'inizio di ottobre la sonda viene posta a 7 km di distanza ( posizione Home ) per effettuare osservazioni a distanza ravvicinata, in particolare la selezione dei siti di atterraggio. Il2 ottobre, la sonda perde una seconda ruota di reazione, costringendola a usare i suoi propulsori chimici per controllare il suo orientamento . Questo fallimento porta ad una riduzione del numero di tentativi di raccolta del campione da 3 a 2, al fine di limitare il consumo di combustibili propellenti chimici. Tuttavia, secondo JAXA, la fase di mappatura non è influenzata da questo guasto perché è praticamente completa al momento del guasto.
Il 3 novembre, la sonda si avvicina a 3 km per effettuare i suoi tentativi di discesa sul terreno di Itokawa. A causa della distanza tra l'asteroide e la Terra, è impossibile per i controllori della missione pilotare la sonda in tempo reale. Possono, tuttavia, ordinare la sospensione della discesa se viene rilevata un'anomalia. Questo è ciò che accade durante il tentativo di4 novembre, a seguito del rilevamento di un errore nel sistema di navigazione ottica della sonda, mentre Hayabusa si trova a circa 1 km dalla superficie. JAXA preferisce annullare la discesa per evitare di mettere in pericolo la sonda. Il team responsabile della missione Hayabusa mette in prospettiva la gravità del fallimento, che ritiene sia dovuto alla complessità della superficie di Itokawa.
Impossibile inviare Minerva (novembre 2005)Il 9 novembre, la sonda scende fino a 70 m dalla superficie per testare l'altimetro laser e il sistema di navigazione vicino alla superficie. Dopo aver ripreso quota e poi essere sceso a quota 500 m , Hayabusa fa cadere nello spazio un riflettore utilizzato per l'atterraggio. Le operazioni di localizzazione del bersaglio effettuate consentono di verificare la capacità della sonda di rilevarlo. Dalle immagini riprese a poca distanza dalla superficie viene eliminato uno dei due siti preselezionati: l'atterraggio della sonda è previsto nel luogo denominato Mer Muses .
Il 12 novembre, Hayabusa esegue un'altra prova generale per la sua discesa. La sonda deve scendere da un'altitudine di 1,3 km a 55 m dal suolo, ad una velocità di 3 cm / s prima di salire. Il lander Minerva deve essere rilasciato al termine della fase di discesa per continuare la discesa in altalena a terra. Questa volta tutti i parametri sono corretti, ma il rilascio del micro-robot Minerva avviene quando la sonda ha già iniziato il suo percorso di risalita. Quest'ultimo è probabilmente andato alla deriva nello spazio. Nonostante questa perdita, la ripetizione della discesa è stata eseguita correttamente e sono previsti tentativi di raccolta dei campioni per il 19 e25 novembre.
Hayabusa atterraggio incontrollatoIl 19 novembre, viene effettuato il primo tentativo di raccolta del campione. A circa 40 m al di sopra della asteroide, un riflettore 10 cm di diametro viene inviato al suolo della Itokawa allora la velocità della sonda viene ridotta da 12 cm / s a 3 cm / s per consentire il riflettore, che verrà utilizzato per stimare la velocità della sonda rispetto al suolo, per atterrare prima della sonda. A circa 17 m di altitudine, mentre la sonda ha cancellato la sua velocità ed è trascinata via dalla gravità del solo asteroide, le comunicazioni vengono interrotte perché l'antenna ad alto guadagno non è più allineata verso la Terra a causa di un cambio di orientamento di Hayabusa che voleva per evitare un ostacolo rilevato da un sensore. Allo stesso tempo, la stazione di ricezione viene cambiata sulla Terra da Goldstone (in California ) a Usuda in Giappone , con conseguente perdita dei dati trasmessi dalla sonda. La sonda ha comunque continuato a scendere lentamente, fino a toccare finalmente il suolo di Itokawa alle 20:40 UT, ad una velocità di 10 cm / s prima di rimbalzare per la prima volta e riprendere il contatto con il suolo alle 21:10 poi alle 21 : 30 pm UT, dove si stabilizza a 30 m dal riflettore.
La sonda non ha potuto prelevare il suo campione, sembra che sia atterrata di traverso sul bordo dei pannelli solari. Dopo una permanenza di circa 30 minuti sul suolo di Itokawa, ha ricevuto un segnale che comandava l'interruzione della missione che era stato trasmesso dal centro di controllo JAXA durante la perdita di comunicazione. La sonda si è quindi allontanata dall'asteroide, quindi si è posizionata a circa 100 km da Itokawa.
Secondo tentativo di campionamentoCon il marker in posizione, viene eseguito un nuovo tentativo di campionamento come pianificato 25 novembre. Alle 20:10 UT , la sonda interrompe le sue comunicazioni per modificare il suo orientamento per prepararsi al contatto con il suolo. Alle 20:16 UT, la comunicazione è ripresa e alle 20:20 UT, la sonda ha indicato che stava salendo. L'analisi della telemetria sembra indicare che ha prelevato un campione e che sono stati sparati due proiettili. La sonda sembra essere in buone condizioni, a parte alcuni dei suoi propulsori, che non sembrano funzionare correttamente. Il team Hayabusa sta effettuando dei test per identificare il problema, che potrebbe essere causato da uno shock durante l'atterraggio incontrollato del19 novembre. All'inizio di dicembre, la JAXA ha modificato la sua analisi del processo di atterraggio: sembrerebbe che nessun proiettile sia stato sparato sul terreno dell'asteroide. Pertanto, è probabile che il corno di campionamento non abbia raccolto nulla.
Ritorno alla Terra (2007-2010)
Dopo aver trascorso diversi mesi a studiare Itokawa, la sonda avrebbe dovuto allontanarsi dall'asteroide nella prima metà del mese di dicembre 2005, per tornare sulla Terra, che avrebbe così raggiunto durante l'estate del 2007. Ma questa finestra di partenza non può essere rispettata: si è verificata una perdita di carburante il 26 novembremodifica l'orientamento della sonda che disallinea l'antenna normalmente rivolta verso la Terra e provoca l'interruzione delle comunicazioni con i controllori di missione. All'inizio del 2006, La Jaxa è riuscita a ripristinare le comunicazioni e stabilizzare la sonda. I propellenti chimici hanno perso tutto il loro carburante e 4 delle 11 celle agli ioni di litio sono fuori servizio. Tuttavia, c'è ancora abbastanza xeno per fornire i 2,2 km / s necessari per tornare sulla Terra. Il piano della missione viene modificato per consentire alla sonda di tornare sulla Terra nell'estate del 2010. In conformità con questo nuovo piano di volo, la sonda inizia il suo viaggio di ritorno inaprile 2007. La propulsione ionica funziona continuamente fino a quandoottobre 2007, generando un guadagno di velocità di 1.700 m / s . In quella data i motori a ioni furono spenti e la sonda fu messa in letargo: ora continuava la sua traiettoria in volo balistico. Durante la fase propulsiva è stato stabilizzato su 3 assi ma in questa nuova fase viene ruotato in modo da avere i suoi pannelli solari costantemente rivolti verso il Sole.
Il 4 febbraio 2009, la sonda è sveglia. Il team della missione ha sviluppato una tecnica per controllare l'orientamento di Hayabusa in assenza di due delle ruote di reazione. La soluzione sfrutta la capacità dei motori ionici di dirigere la loro spinta di alcuni gradi e la pressione di radiazione esercitata dai fotoni sui pannelli solari. Hayabusa può essere riorientato e quindi i motori a ioni vengono riavviati.
Un terzo motore a ioni si rompe novembre 2009. Hayabusa ha già visto la sua velocità aumentare di 2 km / s dal suo incontro con l'asteroide. Poiché l'ultimo propulsore funzionante non è stato in grado di riportare la sonda da solo, gli ingegneri JAXA sono riusciti a combinare i componenti di due propulsori difettosi per formarne uno nuovo funzionante per fornire i restanti 200 m / s .
Rientro atmosferico (13 giugno 2010)
Il 13 giugno 2010, verso le 14:00 UT , la capsula, che è attaccata alla sonda accanto al corno utilizzato per il campione, ritorna sulla Terra. Si separa dal corpo principale della sonda mentre quest'ultimo è ancora a più di 200.000 chilometri dalla Terra.
La capsula, che ha la forma di un piattino, misura 40 cm di diametro e 25 cm di altezza per una massa di circa 17 kg . L'estremità rivolta in avanti durante il rientro atmosferico è ricoperta da uno scudo termico ablativo di 3 centimetri di spessore, per proteggerne il contenuto dal calore (quasi 3000 ° C ) generato dalla sua velocità di rientro di 12 km / s nell'atmosfera terrestre. Arrivata ad una quota di circa 10 km , la capsula, passata al di sotto della velocità del suono, rilascia lo scudo e lo scafo posteriore dispiega quindi un paracadute per consentire un atterraggio morbido. L'antenna del faro, che dovrebbe facilitare la localizzazione da parte delle squadre di terra, viene schierata.
La traiettoria della sonda è stata calcolata in modo che la capsula atterrasse sul campo di prova militare di Woomera in Australia . Anche il resto della sonda rientra nell'atmosfera ma, in assenza di protezione termica, viene distrutta.
Il rientro atmosferico è avvenuto come previsto e la capsula è stata avvistata dai team JAXA poco dopo l'atterraggio. Viene rimpatriato nei laboratori dell'agenzia spaziale in Giappone, dove vengono analizzati i suoi possibili contenuti.
Il 5 luglio 2010, Jaxa annuncia che sono state rilevate "minuscole particelle" nel contenitore delle capsule. Tuttavia, resta da determinare se il materiale raccolto sia di origine terrestre o extraterrestre. Il16 novembre 2010, l'agenzia giapponese conferma l'origine extraterrestre delle particelle raccolte da Hayabusa. La loro analisi chimica esclude la contaminazione terrestre. La raccolta dei campioni da Itokawa ha quindi avuto successo. Il Giappone diventa così il primo paese ad atterrare su un asteroide e riportarne campioni sulla Terra.
Risultati della missione
Risultati scientifici
Le misurazioni effettuate da terra avevano permesso di conoscere con precisione alcune delle caratteristiche di Itokawa. I dati trasmessi dalla sonda hanno permesso di specificarne le dimensioni (535x294x209 metri), il suo periodo di rotazione con un decimale aggiuntivo (13.1324 ore) e l'orientamento del suo asse di rotazione che è praticamente perpendicolare all'eclittica . Le misurazioni effettuate con gli spettrometri hanno evidenziato che i materiali superficiali hanno una composizione identica a quella di una condrite , la cui densità è normalmente intorno ai 3,2 grammi / cm 3 . La densità misurata dalla sonda spaziale è di 1,9 g / cm 3 , che indica una porosità del 40%: l'asteroide ha quindi grandi lacune. La spiegazione offerta dagli scienziati giapponesi è che Itokawa è una pila di corpi più piccoli, risultante ad esempio dallo scoppio di un grande asteroide a seguito di una collisione.
Le foto scattate dalla sonda in Settembre 2005con una risoluzione inferiore a 1 metro mostrano un oggetto a forma di patata, che indubbiamente risulta dal riavvicinamento tra due asteroidi di dimensioni inferiori a cui gli scienziati giapponesi hanno dato il nome di "testa" e "corpo". La superficie dell'asteroide include due tipi di terreno. Zone con una topografia tormentata, per la presenza di numerosi detriti rocciosi che raggiungono una dimensione massima di 50 metri, e regioni con rilievi ammorbiditi, costituite principalmente da piane di regolite . Il modello tridimensionale dell'asteroide sviluppato dalle misurazioni effettuate mostra che il potenziale di gravità è al suo massimo alle estremità dell'asteroide, e al suo minimo alla giunzione tra la testa e il corpo. Tuttavia, le regioni di potenziale minimo sono fortemente correlate con la presenza di regolite, il che suggerisce che si sia accumulata in questi luoghi come parte dei movimenti sismici causati dagli impatti sull'asteroide.
A differenza degli asteroidi osservati da altre sonde spaziali, come (433) Eros e (243) Ida , la superficie è praticamente priva di crateri. Questa è indubbiamente una caratteristica legata alle piccolissime dimensioni dell'asteroide, ma i meccanismi fisici coinvolti non vengono individuati.
Analisi di campioni di terreno
Per la prima volta, i laboratori sulla Terra avevano campioni di suolo da un asteroide. 1.500 grani di dimensioni tipicamente inferiori a 10 micron sono stati trovati in uno dei due compartimenti della capsula utilizzata per riportare sulla Terra il campione di suolo della cometa. Nelsettembre 2011, vengono pubblicati sei articoli scientifici sui risultati delle analisi dei campioni. L'analisi al microscopio elettronico ha confermato che i meteoriti più comuni sulla Terra, le condriti ordinarie, provengono da asteroidi di tipo S come qu'Itokawa. Il recipiente conteneva 1543 particelle, di dimensioni variabili da 3 a 40 micrometri, due terzi delle quali erano composte da olivina , pirosseni o feldspati , mentre il rimanente terzo era formato da silicati o assemblaggi metallici. La spettroscopia con raggi X ha confermato che la composizione chimica delle particelle e la loro struttura erano simili a quelle delle condriti. Esistono delle differenze, ma sono attribuibili all'erosione spaziale subita dalle particelle. I cristalli superficiali della maggior parte delle particelle hanno subito shock significativi, il che lascia supporre che Itokawa sia il risultato della frammentazione di un asteroide di dimensioni maggiori, a seguito di molteplici shock, quindi d 'un rimontaggio di alcuni suoi pezzi.
Risultati tecnici
Nel complesso, i sistemi testati dalla sonda si sono comportati come previsto. Tuttavia, alcuni componenti dei motori a ioni hanno subito guasti e ora sono previste modifiche per le prossime missioni. Per compensare il guasto delle ruote di reazione, di cui non si conosce l'origine, sulle future sonde spaziali verrà fornita una ruota di scorta. Infine, il sistema di guida e navigazione in prossimità dell'asteroide è oggetto di indagini che non sono state completate all'inizio del 2010.
Note e riferimenti
Appunti
- La sonda Rosetta , che deve prelevare anche un campione da un oggetto con una gravità così bassa, utilizza contemporaneamente più dispositivi atti a fissarlo al suolo (ancora, motori, ecc.).
- MUSES-C sta per " Mu Space Engineering Spacecraft ", che significa "dimostratore tecnologico lanciato da un razzo M". La lettera C indica che si tratta del terzo veicolo spaziale di questo tipo: A ha designato la prima sonda lunare giapponese Hiten e B il telescopio spaziale HALCA .
Riferimenti
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Bibliografia
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Vedi anche
Articoli Correlati
link esterno
- "Hayabusa, un piccolo tour e poi via", La Method Scientifique, France Culture, 12 marzo 2019
- (fr) Tutti i dispacci JAXA su Hayabusa dall'origine sul sito web JAXA
- ( fr ) Hayabusa's Adventure around a Tiny Asteroid Itokawa : un riepilogo della missione di un team JAXA
- (en) Missione di ritorno del campione di asteroidi Hayabusa, le sue sfide ingegneristiche e i risultati scientifici Sfide tecniche e risultati scientifici (JAXA, 2010)
- (it) presskit Hayabusa Presentazione per la stampa prodotta per l'arrivo della sonda sulla Terra (JAXA 2010)
- (a) Hayabusa sul sito della NASA
- (it) Asteroid Rendezvous of HAYABUSA Explorer Using Microwave Discharge Ion Engines Articolo sui motori ionici della sonda (JAXA 2005)
- (it) Articolo della Hayabusa Planatery Society sulla sonda.
- (it) Hayabusa - Muses-C Astrocosmos.net Articolo sulla sonda
- (fr) Hayabusa: per una manciata di polvere (audio) , i podcast di radio Ciel & Espace , Patrick Michel
- (it) 【Miku Hatsune】 Hayabusa the Falcon "は や ぶ さ" 【VOCALOID Anime MV】 Sottotitoli inglesi , musica di Hatsune Miku sulla storia della sonda Hayabusa, di Xenon Maiden, SHO e toppe