Il corvo

Raven, un simulatore per studiare l’aggancio automatico tra satelliti orbitanti

Il modulo Raven, progettato per migliorare la tecnologia di aggancio senza guida umana tra satelliti orbitanti. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Gunn

Oltre il 99% dei satelliti attualmente in orbita intorno alla Terra non è stato progettato per ricevere missioni di servizio, cioè non possiede sistemi di attracco e tecnologie di supporto, che consentano a una navicella inviata da Terra di portare rifornimenti di carburante o di riparare e sostituire strumenti difettosi.

Eppure, disporre della possibilità di ricevere riparazioni, rifornimenti e aggiornamenti in volo sarebbe estremamente importante, in certi casi addirittura vitale. Il telescopio spaziale Hubble, per esempio, deve proprio alle missioni di servizio che ha ricevuto nel corso degli anni — ben cinque, tutte riuscite con successo, l’ultima nel 2009 — la sua lunghissima sopravvivenza nello spazio, coronata da risultati scientifici straordinari.

Quelle cinque missioni — per non parlare della stessa messa in orbita del telescopio — furono possibili solo perché esisteva lo Space shuttle, un costosissimo e complesso cargo spaziale a guida umana, dotato di un braccio robotico che consentiva di agganciare Hubble per le necessarie operazioni di servizio. Senza l’essenziale missione STS-61 dello shuttle Endeavour, avvenuta nel dicembre 1993, la vista di Hubble, tarata inizialmente da un grave problema di aberrazione sferica, sarebbe rimasta sfocata, vanificando un investimento da miliardi di dollari ma soprattutto le attese dell’intera comunità astronomica mondiale. Invece, grazie alla provvidenziale sostituzione di uno strumento non proprio indispensabile con un sistema di ottiche correttive (COSTAR, Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), effettuata manualmente dall’equipaggio dell’Endeavour, la vista di Hubble divenne perfetta, anzi meravigliosamente perfetta.

Poter intervenire sui satelliti in orbita è insomma una necessità importante, che, con l’andata in pensione degli shuttle, non può più essere soddisfatta in alcun modo, almeno per ora. Ma alla NASA stanno lavorando a una soluzione. Vi sta lavorando in particolare la SSPD (Satellite Servicing Projects Division) del Goddard Space Flight Center con sede a Greenbelt, nel Maryland.

La SSPD conta di rendere possibile per la metà del 2020 il lancio di un satellite chiamato Restore-L, dotato di una serie di tecnologie innovative che dovrebbero consentirgli di agganciare e rifornire di carburante, direttamente in orbita, il Landsat 7, un vecchio satellite fotografico della NASA, attivo dall’ormai lontano 1999.

L’aspetto saliente della missione è che l’intera operazione di aggancio e rifornimento del Landsat 7 dovrà avvenire in modo completamente automatico, senza alcun intervento da Terra.

Rappresentazione artistica della manovra con cui il satellite Restore-L si avvicinerà a Landsat 7 per agganciarlo e rifornirlo in volo, in modo completamente automatico. Credit: NASA

Lo scenario da immaginare è quello di due satelliti che orbitano intorno al pianeta ad oltre 25.000 km/h. Dei due, il client, cioè quello che deve essere rifornito (o riparato, o ricollocato in un’altra posizione o tutte queste cose insieme), non è stato progettato per essere agganciato. L’altro, il server, cioè Restore-L o un suo successore, deve affiancare con la giusta velocità il client e agganciarlo, modificando il proprio assetto di volo in tempo reale.

Anche se l’inseguimento si svolge a poche centinaia di chilometri dal suolo, c’è in ogni caso un ritardo inevitabile tra l’invio dei dati registrati dai sensori e dalle telecamere del satellite di servizio e l’arrivo dei conseguenti comandi di risposta inviati da operatori terrestri. Un ritardo che potrebbe essere fatale per la riuscita dell’aggancio. Ecco perché Restore-L dovrà essere in grado di operare in completa autonomia, correggendo da solo velocità e assetto, grazie a un sofisticato cervello robotico che “mastica” algoritmi capaci di elaborare in tempo reale i dati forniti dagli strumenti di bordo, rispondendo con le giuste manovre di correzione.

Sviluppare da zero una tecnologia così complessa non è cosa da poco. Ecco perché servono passi preliminari. Uno di essi è il lancio di un modulo sperimentale, chiamato Raven (il corvo, in italiano), in programma per il prossimo 18 febbraio.

Raven è una sorta di simulatore, grande più o meno come un trolley, che sarà lanciato a bordo del cargo Dragon di SpaceX da un razzo Falcon 9, usando lo storico Complesso 39A del Kennedy Space Center a Cape Canaveral, in Florida (lo stesso complesso da cui partì la missione Apollo 11).

Alcuni giorni dopo che Dragon sarà arrivato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), il braccio robotico Dextre, operato dall’equipaggio della ISS, estrarrà Raven dalle viscere del cargo e lo installerà su un apposito supporto esterno della stazione spaziale, per una missione della durata di due anni. Nel corso di questi due anni, tutti i sensori e le telecamere di Raven seguiranno attentamente ogni velivolo nelle fasi di aggancio alla ISS e nelle fasi di ripartenza. I dati, inviati al cervello robotico di Raven, saranno elaborati in tempo reale, producendo manovre di variazione di assetto che faranno ruotare il modulo sui perni che lo tengono agganciato alla ISS, in modo da simulare le operazioni che si renderebbero necessarie, se Raven dovesse realmente agganciare i velivoli in transito, invece di limitarsi a seguirne le evoluzioni.

I dati accumulati da Raven nel corso dei prossimi due anni serviranno ovviamente come una sorta di collaudo per ottimizzare le capacità operative di Restore-L, in modo da ridurre al minimo i rischi di fallimento, quando, nel 2020, il satellite di servizio della NASA dovrà fare tutto da solo, agganciando in orbita Landsat 7 e rifornendolo in volo, senza la possibilità di ricevere alcun aiuto dall’esterno.

Raven e Restore-L sono per così dire le avanguardie di una nuova generazione di strumenti robotici orbitali, progettati per estendere la vita operativa di costosi satelliti, ma anche per stabilire nuovi standard di operatività in automatico, in vista di future missioni spaziali che faranno largo affidamento su tali capacità, come per esempio quelle destinate alla colonizzazione di Marte o allo sfruttamento economico degli asteroidi.

Uno dei bracci robotici che saranno montati sul satellite Restore-L. Credit: NASA/Chris Gunn
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