Milioni di dollari di veicoli spaziali di osservazione orbitano attorno alla Terra o nella stessa orbita del nostro pianeta. Quando qualcosa si guasta o non funziona, sarebbe utile poter riparare quelle missioni “in situ”. Finora, solo il Telescopio Spaziale Hubble (HST) ha beneficiato di visite regolari per la manutenzione. E se potessimo operare su altri telescopi “in orbita”? Tali missioni di “riparazione” verso altre strutture sono oggetto di un nuovo documento della NASA che indaga sulle orbite e le traiettorie ottimali per effettuare interventi su telescopi lontani dalla Terra.
Alcuni dei telescopi orbitali più produttivi operano nei punti di Lagrange Sole-Terra L1 e L2. Attualmente, quelle posizioni ci offrono opportunità straordinarie in termini scientifici. Ciò che non possono offrire è un accesso facile per riparazioni e manutenzione. Questo limita la vita prevista di strutture come il JWST a circa 10-15 anni. In futuro, più missioni saranno schierate nei punti di Lagrange. Queste includono il Telescopio Nancy Grace Roman, le missioni PLATO e ARIEL dell’ESA, e il Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR).
Impressione artistica del Telescopio Spaziale Nancy Grace Roman, chiamato in onore del primo Capo di Astronomia della NASA.
Questo veicolo spaziale orbiterà a SEL2, lontano dalla Terra.
Crediti: NASA
Questi osservatori necessitano di propellente per i propulsori di assetto per aiutarli a rimanere “in posizione” durante le loro osservazioni. C’è solo una quantità limitata di “gas” che puoi inviare insieme a questi osservatori. Inoltre, i componenti si usurano, come è successo con l’HST. Pertanto, si stanno cercando modi per estenderne la vita attraverso missioni di assistenza. Se i componenti difettosi possono essere sostituiti e il propellente consegnato, la vita di questi osservatori dovrebbe essere notevolmente prolungata, offrendo agli astronomi un maggiore ritorno per il loro investimento osservativo.
Pianificazione di Future Missioni di Manutenzione di Veicoli Spaziali
I ricercatori dell’Ufficio per la Capacità di Servizio Satellitare (SSCO) presso il Goddard Space Flight Center (GSFC) hanno esaminato le possibilità di missioni di assistenza a telescopi spaziali distanti. In un documento recentemente pubblicato, si concentrano sulla fattibilità delle missioni di rifornimento in orbita per telescopi spaziali in orbita presso il Lagrange 2 Sole-Terra (SEL2).
Ci sono molte sfide. Per prima cosa, le tecnologie di lancio attuali sono (in questo momento) inadeguate per portare a termine quel tipo di missione a tali distanze. Chiaramente, la tecnologia deve avanzare affinché le visite di assistenza possano aver luogo. Inoltre, è importante ricordare che i telescopi attuali, come Gaia e JWST, non sono stati progettati per tale accesso. Tuttavia, i futuri telescopi possono essere dotati di porte di assistenza, ecc. per facilitare la manutenzione. Infine, ci sono le sfide di portare effettivamente le missioni di assistenza agli osservatori.
Illustrazione di OSAM-1 (in basso) che afferra il Landsat 7. Questo concetto di missione di assistenza è stato interrotto dalla NASA, ma rimane un buon esempio di ciò che è necessario per eseguire riparazioni e rifornimenti ai veicoli spaziali in orbita. Crediti: NASA
Il team del Goddard si è concentrato su quest’ultima questione calcolando modelli di varie soluzioni di lancio e orbitali per tali missioni. Non solo hanno preso in considerazione le traiettorie di lancio stesse, ma anche la dinamica dei punti di Lagrange Sole-Terra, oltre alle posizioni relative degli osservatori a SEL2. Inoltre, il team ha considerato la stabilità degli osservatori durante e dopo l’incontro e il fissaggio. Tutti questi fattori sono importanti quando si pianifica se un veicolo di assistenza può essere lanciato a un costo ragionevole per estenderne la vita a sufficienza da rendere l’impegno valido rispetto al tempo e alla spesa.
Avviare una Missione di Rifornimento di Veicoli Spaziali
Il team ha creato modelli per una missione teorica di rifornimento in orbita a SEL2. È lì che si trovano, ad esempio, JWST e Gaia, insieme a WMAP, Planck e altri. Il documento esamina le missioni di rifornimento robotico verso SEL2 a scopo di modellazione.
Tuttavia, per fare ciò, deve esserci una traiettoria ottimale che il veicolo spaziale robotico deve seguire per raggiungere SEL2. È necessario che possano eseguire una navigazione autonoma verso il punto corretto nello spazio. Una volta raggiunto l’osservatorio obiettivo, il robot di rifornimento dovrebbe quindi avvicinarsi con attenzione per le sue manovre di attracco. Ciò richiede una valutazione in orbita del moto del bersaglio nello spazio rispetto al Sole e della sua posizione nella sua orbita a SEL2. L’attracco stesso può influenzare la posizione e il movimento dell’osservatorio e il robot deve tenerne conto. L’idea è mantenere l’osservatorio nella stessa posizione dopo l’attracco.
Tuttavia, la grande domanda è: come possiamo portarlo lassù in modo economico, veloce e sicuro?
Il team del Goddard ha principalmente esaminato le migliori e più efficienti traiettorie per raggiungere SEL2. In particolare, hanno analizzato i migliori approcci per raggiungere il veicolo spaziale Gaia, che esaurirà il suo propellente entro il prossimo anno. Hanno anche considerato JWST come possibile obiettivo per una tale missione. Se una missione di questo tipo fosse possibile oggi, quegli osservatori guadagnerebbero anni di accesso “puntare e scattare” all’Universo.
Come Arrivarci
Nel loro documento, il team considera due approcci per la missione di rifornimento a SEL2. Uno è una traiettoria di lancio diretta dalla Terra e l’altro è un veicolo spaziale che parte da un’orbita di trasferimento geostazionaria (GTO). Hanno supposto che l’obiettivo della missione fosse il ripristino più rapido possibile dell’operatività del telescopio. Questo detta la traiettoria più breve e sicura lungo la quale il veicolo spaziale può mantenere una spinta costante.
Il team del Goddard ha creato un approccio di “design avanzato” per calcolare trasferimenti a bassa energia e bassa spinta da un’orbita di partenza terrestre a un telescopio spaziale in orbita intorno al punto SEL2. Hanno quindi fatto lo stesso per un veicolo spaziale di assistenza in partenza da un punto nello spazio geostazionario. Essenzialmente, sia una partenza dalla Terra che una partenza centrata su GTO funzioneranno. Una volta che la missione di assistenza robotica lascia l’orbita terrestre, viaggia a bassa spinta durante un transito a spirale verso SEL2. Una volta lì, esegue un incontro con il bersaglio, allinea il suo movimento nello spazio e quindi “si blocca” per portare a termine la sua missione di consegna.
È importante ricordare che un lancio dalla Terra o da GTO è parte di diverse soluzioni per le missioni di assistenza a SEL2. L’analisi del team ha portato a un processo semplificato di generazione di possibili orbite e traiettorie per tali attività. Puoi leggere il testo completo della loro analisi dettagliata delle diverse soluzioni di traiettoria al link qui sotto.
Per Maggiori Informazioni
Progettazione della Missione per la Manutenzione del Telescopio Spaziale a Sun-Earth L2
Pagina Principale del JWST
Telescopio Gaia