Hayabusa2 o il trionfo dell’automazione (3/11)
La sonda giapponese è un concentrato di tecnologie, progettate per studiare l’asteroide Ryugu con il massimo livello di dettaglio. Questo lungo articolo fornisce una panoramica completa dei numerosi strumenti a disposizione di Hayabusa2, soffermandosi in particolare sull’altissimo livello di automazione necessario per portare a termine la missione
Sistemi di navigazione ottica
Hayabusa2 dispone di tre fotocamere per la navigazione ottica o ONC (Optical Navigation Camera). Due di esse, ONC-W1 e ONC-W2, eseguono riprese grandangolari, una, ONC-T, è una camera telescopica. Le due camere grandangolari hanno un campo visivo di 54 × 54 gradi e sono in grado di raggiungere una risoluzione di 7 metri per pixel a una distanza di 7 km da Ryugu. La camera telescopica ha un campo visuale di soli 5,8 × 5,7 gradi, ma può raggiungere una risoluzione di 1 metro alla distanza di 7 km.
Tutte e tre le camere sono dotate di CCD con risoluzione di 1024 × 1024 pixel, con 1 pixel che misura 12 micrometri sul sensore. La gamma di lunghezze d’onda osservabili si estende tra 350 e 1.060 nanometri, coprendo le bande del visibile e del vicino infrarosso.
Quando Hayabusa2 dovrà scendere sulla superficie di Ryugu per recuperare i campioni di suolo, le tre ONC saranno il principale strumento di navigazione tra 50 metri e 5 metri di altitudine.
La sonda dispone anche di un’unità LIDAR (Light Detection and Ranging), che usa impulsi di luce laser emessi a brevi intervalli per determinare la distanza dall’obiettivo e studiarne la struttura superficiale. Il dispositivo misura 24 × 24 × 23 cm e ha una massa di 3,7 kg. Emette nell’infrarosso, a 1064 nanometri, un impulso laser di 7 nanosecondi ogni secondo con un’energia di 15 mJ, in grado di generare da una distanza di 20 km un’impronta di 20 metri sulla superficie colpita. Il dispositivo è completato da un telescopio Cassegrain con specchio primario da 127 millimetri, che serve per catturare la luce laser riflessa dall’asteroide. Il sistema è calibrato per calcolare la distanza da Ryugu con un errore massimo di ±5 metri da 25 km di distanza.
Gli strumenti scientifici di Hayabusa2
Hayabusa2 trasporta due strumenti scientifici: uno spettrometro e una camera termica.
Lo spettrometro NIRS3 (3µm Near InfraRed Spectrometer) misura 35 × 17 × 10 cm e ha una massa di 2 kg. È basato su un sensore costituito da un array di fotodiodi in arseniuro di indio da 128 pixel, in grado di compiere osservazioni nelle lunghezze d’onda comprese tra 1,8 e 3,2 micrometri, cioè nel vicino infrarosso. Il sensore, raffreddato a temperature comprese tra −85 e −70 °C, raggiunge una risoluzione spettrale di 18 nanometri per pixel (1 nanometro è la miliardesima parte di un metro). Il campo visivo è di 0,1 gradi, corrispondente a una risoluzione spaziale di 35 m da 20 km di altitudine e di 2 m da 1 km di altitudine.
Il principale obiettivo scientifico di NIRS3 è l’identificazione dei minerali idrati che sono stati rilevati su Ryugu nelle osservazioni da Terra, minerali di cui dovrebbe essere in grado di stimare l’abbondanza fino a concentrazioni pari all’1% della massa totale analizzata.
Lo strumento servirà inoltre per determinare l’età della superficie dell’asteroide e per studiare i materiali eiettati durante la creazione di un cratere artificiale da parte di un apposito proiettile trasportato dalla sonda.
Si spera che NIRS3 possa fornire indizi sulla composizione iniziale, il metamorfismo termico, i rapporti con l’acqua e gli effetti dell’erosione spaziale sulla superficie di un asteroide di tipo C come Ryugu.
L’altro strumento scientifico a bordo di Hayabusa2 è la camera termica TIR (Thermal Infrared Imager). La camera, che ha una massa di 3,3 kg, è basata su un bolometro da 328 × 248 pixel, che converte l’intensità della radiazione termica ricevuta da ciascun pixel in una variazione della resistenza elettrica del sensore, misurata da appositi elettrodi. TIR serve per fare termografie della superficie di Ryugu, cioè per misurare le variazioni locali di temperatura nel corso della rotazione dell’asteroide, variazioni dalle quali è possibile risalire alla composizione dei materiali: un suolo composto da particelle molto fini è soggetto, per esempio, ad escursioni termiche molto più marcate di una roccia densa e massiccia. Lo strumento analizzerà la composizione dei massi sulla superficie di Ryugu e il materiale nascosto nei crateri, nel tentativo di determinare la struttura dell’asteroide: se è composto cioè da una massa di materiale leggero e poroso appena tenuta insieme dalla gravità oppure se ha una struttura più solida e compatta.
TIR è in grado di rilevare variazioni di temperatura tra −40 e 150 °C, con un’accuratezza di 0,3 °C . Il campo visivo coperto è di 16×12 gradi, con una risoluzione di 20 m da 20 km di altitudine e di 5 cm da 50 metri di altitudine.
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