Missione spaziale Cassini-Huygens

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Rappresentazione artistica della Cassini durante la manovra di inserimento nell'orbita di Saturno

La sonda Cassini è una sonda spaziale interplanetaria, lanciata il 15 ottobre 1997, con il compito di studiare il sistema di Saturno, comprese le sue lune e i suoi anelli. È stata la prima sonda ad entrare nell'orbita del pianeta, il primo luglio 2004 (ore 04:12 GMT) , ed è stata solo la quarta ad averlo visitato. (prima della Cassini erano già passate le Pioneer e le Voyager)
Essa prende il nome dall'astronomo italiano Gian Domenico Cassini che, verso la fine del 1600, ebbe un ruolo di primaria importanza nello studio di Saturno e dei suoi anelli.

Indice

1 Cronologia del programma
2 Piano di volo
3 La navicella
- 3.1 L'orbiter
- 3.2 Huygens
4 Altri progetti
5 Collegamenti esterni

[modifica] Cronologia del programma

1982 La Fondazione Europea delle Scienze e l'Accademia Americana delle Scienze identificano l'idea di un orbiter di Saturno dotato di una sonda verso Titano come possibile cooperazione USA-Europa con valenze scientifiche, tecnologiche, industriali.
1983 Raccomandazione della missione da parte del comitato USA per lo spazio alla NASA
1983-1984 Valutazione congiunta NASA/ESA.
1985-1988 Studi NASA per la piattaforma e ESA per la sonda.
1989 Approvazione della missione da parte del Congresso degli Stati Uniti ed inizio del processo di selezione del carico utile scientifico.
1990-1997 Sviluppo di Cassini ed Huygens

[modifica] Piano di volo

La partenza, dal Complesso di Lancio 40, di Cape Canaveral

Traiettoria interplanetaria della Cassini

15 ottobre 1997: Il vettore di lancio statunitense Titan IVB Centaur parte per lo spazio dal Complesso di lancio 40 del Kennedy Space Center (Florida) con a bordo la sonda Cassini-Huygens. Il lanciatore è composto da un razzo Titan IV a due stadi e da uno stadio superiore chiamato Centaur, che alloggia al suo interno il carico utile. Il sistema di volo completo della Cassini è dunque composto da un veicolo di lancio e dalla navicella contenente la sonda.
26 aprile 1998: Primo fly-by di Venere. L'antenna è sfruttata per proteggere il satellite dalla radiazione termica.
dicembre 1998: Manovre correttive nello spazio profondo.
24 giugno 1999: Secondo fly-by di Venere.
18 agosto 1999: Fly-by della Terra.
1999-2000 Attraversamento della fascia degli asteroidi.
30 dicembre 2000: Fly-by Giove. Grazie alle prestazioni della modalità radiometrica del radar, avviene per la prima volta la misura in banda Ku della radiazione di sincrotrone attorno al pianeta.
2002 Verifica della teoria della relatività generale con un'accuratezza 50 volte migliore di ogni precedente risultato.
11 giugno 2004 Passaggio ravvicinato a Febe, satellite di Saturno. Prima attivazione del radar in modalità scatterometrica.
1 luglio 2004: La sonda effettua con successo la manovra di inserimento nell'orbita di Saturno, dopo un viaggio di 3 miliardi e mezzo di chilometri durato 7 anni. Si trova a circa 24000 Km dalla superficie del pianeta, pari a circa un sesto del suo diametro. Ancora una volta l'antenna viene sfruttata a protezione del satellite da eventuali urti da materiale negli spazi tra gli anelli.
6 luglio 2004: Compie il suo primo passaggio ravvicinato su Titano, la maggiore luna del pianeta. Prima immagine radar della superficie della luna: sono state osservate quelle che sembrerebbero nubi di metano, e un gigantesco cratere da impatto. La navetta farà 40 orbite intorno al satellite fino al 2008, e ad ottobre 2004 passerà a soli 1200 Km di quota.
25 dicembre 2004: Dopo sette anni attraverso il Sistema Solare a bordo del veicolo spaziale Cassini, la sonda Huygens si separa dalla nave madre per affrontare altri 20 giorni di viaggio e 4 milioni di chilometri verso Titano.
14 gennaio 2005: La sonda Huygens inizia la discesa nell'atmosfera del satellite e durante la corsa scatta circa 350 fotografie (solo meta' di quelle previste, in quanto per un guasto, uno dei due canali di comunicazione tra la sonda e Cassini non si è aperto), registrando inoltre i primi suoni di un mondo alieno. In base alle immagini inviate a Terra l'ESA ha confermato la presenza di fiumi con relativi affluenti in cui scorrerebbero fluidi di idrocarburi. Questi fiumi si divincolerebbero tra formazioni rocciose simili alle montagne terrestri e sfocerebbero in un mare o lago.
ore 13:34 CET: L'atterraggio è riuscito perfettamente e la sonda scatta nuove fotografie direttamente dalla superficie del satellite. Il panorama è molto simile a quello visto in precedenza su Marte: Una vasta pianura cosparsa di sassi, probabilmente composti di ghiaccio. Nel frattempo la Cassini prosegue nella sua orbita per effettuare voli ravvicinati degli altri corpi del sistema saturniano, ed esplorare le regioni polari ed equatoriali del gigante gassoso.
2008: fine prevista della missione. È tuttavia normale per missioni di questo tipo durare molto più a lungo del previsto, purché la sonda sia ancora operativa.

[modifica] La navicella

Sonda Cassini

Sviluppata dalla NASA in collaborazione con l'ESA (l'agenzia spaziale europea) e con l'ASI (l'agenzia spaziale italiana), la sonda Cassini è un prodigio della tecnologia spaziale del 20° secolo, costituita da due componenti distinte: un orbiter e una sonda secondaria (Huygens).

Alta 7 metri (quasi quanto una casa di 3 piani) e larga 4, questa sonda da 6 tonnellate (orbiter, sonda huygens e propellente compreso) è dotata di un'antenna parabolica larga poco meno di 4 metri, un'asta-magnetometro lunga 13 metri, 22.000 connessioni elettriche, 12 chilometri di cavi elettrici, 82 unità di riscaldamento a radioisotopi, 16 motori di assetto ("thrusters") a idrazina, e la maggior parte dei sistemi è "ridondata", ovvero affiancata da un analogo sistema di riserva, per minimizzare le probabilità di guasti, che non avrebbero possibilità di essere riparati: la sonda si trova attualmente (2006) a più di un miliardo di chilometri dalla Terra, e i suoi segnali radio, pur viaggiando alla velocità della luce (300 mila chilometri in un secondo) impiegano circa 90 minuti per raggiungere la Terra.

Cassini è stata l'ultima delle "grandi" missioni spaziali della NASA. Ne ha tutte le caratteristiche tipiche: grandi dimensioni, grande abbondanza di apparecchiature, lungo tempo di sviluppo e costo elevatissimo: circa 5 miliardi di dollari, comprensivi delle operazioni durante la vita della sonda, che sarà alla fine di circa un decennio. Dopo lo sviluppo della Cassini, la NASA passò alla filosofia faster, better, cheaper (più veloce, meglio, più economico), con alterni risultati.

Al momento del lancio, i generatori atomici della Cassini provocarono numerose polemiche da parte di ambientalisti che sottolineavano il rischio di contaminazione ambientale in caso di incidente. I generatori atomici della Cassini sono unità RTG passive: non hanno reattori atomici, ma sfruttano semplicemente il calore prodotto dal decadimento radioattivo di una piccola quantità di plutonio per produrre corrente elettrica. Per dirla in modo immaginoso, sono un piccolo contenitore di scorie nucleari che le usa per produrre energia. Nel peggiore dei casi, un incidente avrebbe potuto comportare lo spargimento del plutonio nell'atmosfera. La NASA sottolineò come le unità RTG fossero rinchiuse in un contenitore progettato apposta per sopravvivere anche all'esplosione totale del razzo, e se pure esso si fosse rotto, la quantità di plutonio sarebbe stata così piccola da far aumentare a malapena il livello di radioattività rispetto al fondo di radioattività naturale già presente nella zona. La questione venne messa a tacere dal lancio, che risultò perfetto.

È da notare che, in una missione precedente, un'unità RTG simile a quella della Cassini uscì effettivamente intatta dall'esplosione del razzo che la conteneva. L'unità fu recuperata e le sue condizioni erano talmente buone da essere imbarcata in una missione successiva.

[modifica] L'orbiter

Viene alimentato da tre generatori atomici, ed è la parte principale della sonda, quella, cioè, che è stata messa in orbita attorno a Saturno e che ha compiuto il viaggio dalla Terra. Ha un peso di oltre 2 tonnellate ed è dotato di 12 differenti strumenti scientifici, due registratori digitali di dati, due computer primari e 50 computer secondari. la sua strumentazione di bordo comprende camere per immagini operanti sia in luce visibile, che nell'infrarosso e nell'ultravioletto. Le immagini ottenute da questi strumenti sono fondamentali per fornire un'esatta morfologia dei corpi osservati e saranno integrate anche dai dati raccolti dai radar di bordo per costruire una mappa dettagliata della superficie di Titano. La sonda possiede inoltre alcuni spettrografi utili per lo studio della temperatura e della composizione chimica della superficie di Saturno, della sua atmosfera, nonché dei suoi celebri anelli. Altri strumenti, infine, permettono di analizzare le proprietà e il comportamento del gas ionizzato all'interno della magnetosfera del pianeta e di risalire, quindi, alle sue caratteristiche e all'intensità del campo magnetico.

Cassini comunica con la Terra principalmente tramite una grande antenna parabolica, costruita per conto dell'ASI dall'azienda italiana Alenia Spazio; con un diametro di quattro metri e assistita da un complesso sistema elettronico di bordo essa gestisce quattro bande di frequenze: X, Ka, S, Ku.

[modifica] Huygens

La sonda Huygens durante le ultime fasi di preparazione prima del lancio

Un'immagine che illustra, con un parallelismo uomo-macchina, la dotazione di Cassini

Replica in scala della sonda

Montata all'interno dell'orbiter, è presente una sonda secondaria (le sue dimensioni non superano i 3 metri di diametro per 350 Kg di peso), Huygens. Prende il nome dall'astronomo olandese del XVII secolo Christiaan Huygens che utilizzando il proprio telescopio scoprì Titano. Si è staccata dalla sonda principale il il 25 dicembre 2004, ed è atterrata su Titano il 14 gennaio 2005.

Dopo la fase di avvicinamento, è entrata nel campo gravitazionale di Titano e ha iniziato la discesa guidata attraverso la sua atmosfera rallentata da un paracadute (solo nella prima fase) e da razzi frenanti. In questa fase (della durata di circa due ore) una speciale telecamera ha effettuato una prima ripresa della superficie di Titano, fondamentale per poterne studiare la geologia. Parallelamente, i sensori di bordo hanno provveduto ad una costante misurazione della temperatura delle nubi, mentre gli spettrografi hanno misurato la loro composizione chimica e le caratteristiche fisico-chimiche delle particelle di polvere in sospensione nell'atmosfera. Un ulteriore esperimento condotto durante la fase di discesa è stata la misurazione della velocità dei venti sulla superficie di Titano (attraverso tecniche Doppler). Al momento dell'atterraggio (in una zona di Titano denominata Xanadu - ma era stato previsto anche l'ammaraggio in un eventuale oceano di Titano) la sonda aveva energia appena sufficiente per effettuare una seconda volta tutte queste misure. Mezz'ora dopo si è spenta definitivamente.

Nella più ottimistica delle previsioni, il piccolo robot della capsula Huygens avrebbe dovuto inviare informazioni per 15 minuti al massimo, invece ha continuato a far sentire la sua voce per altre due ore, fino a che Titano non è tramontato dietro al pianeta. Tramite i radiotelescopi di tutto il mondo, il suo segnale è stato raccolto per un'altra ora.