STEREO: cos’è, missione di osservazione solare

STEREO ( Solar Terrestrial Relations Observatory ) è una missione di osservazione solare. Due veicoli spaziali quasi identici sono stati lanciati nel 2006 in orbite attorno al Sole che li fanno rispettivamente avanzare più avanti e cadere lentamente dietro la Terra. Ciò ha permesso l’imaging stereoscopico del Sole e dei fenomeni solari, come le espulsioni di massa coronale.

Il contatto con STEREO-B è stato perso nel 2014 dopo essere entrato in una rotazione incontrollata che ha impedito ai suoi pannelli solari di generare energia sufficiente, ma STEREO-A è ancora operativo.

Profilo della missione

Questo video introduttivo mostra le posizioni di STEREO e mostra un’immagine simultanea dell’intero Sole.

Animazione della traiettoria di STEREO
Intorno al sole
Relativo al Sole e alla Terra

 

I due veicoli spaziali STEREO sono stati lanciati alle 00:52 UTC del 26 ottobre 2006, dal Launch Pad 17B presso la Cape Canaveral Air Force Station in Florida su un lanciatore Delta II 7925-10L in orbite geocentriche altamente ellittiche . L’ apogeo ha raggiunto l’orbita della Luna. Il 15 dicembre 2006, sulla quinta orbita, la coppia è passata vicino alla Luna per un aiuto gravitazionale . Poiché i due veicoli spaziali si trovavano in orbite leggermente diverse, il veicolo spaziale “davanti” (A) è stato espulso in un’orbita eliocentricaall’interno dell’orbita terrestre, mentre il veicolo spaziale “dietro” (B) è rimasto temporaneamente in un’orbita terrestre alta. La navicella B ha incontrato di nuovo la Luna durante la stessa rivoluzione orbitale il 21 gennaio 2007, venendo espulsa dall’orbita terrestre nella direzione opposta rispetto alla navicella A. La navicella B è entrata in un’orbita eliocentrica al di fuori dell’orbita terrestre . Il veicolo spaziale A ha impiegato 347 giorni per completare una rivoluzione del Sole e il veicolo spaziale B ha impiegato 387 giorni. L’angolo del veicolo spaziale A/Sole/Terra dovrebbe essere di 21.650° all’anno. L’angolo del veicolo spaziale B/Sole/Terra cambierà di -21,999° all’anno.Dato che la lunghezza dell’orbita terrestre è di circa 940 milioni di chilometri, entrambi i velivoli hanno una velocità media, in un sistema di riferimento geocentrico rotante in cui il Sole è sempre nella stessa direzione, di circa 1,8 km/s, ma la velocità varia considerevolmente a seconda di quanto sono vicini al rispettivo afelio o perielio (oltre che dalla posizione della Terra). Vengono mostrate le loro posizioni attuali qui .

Nel corso del tempo, i veicoli spaziali STEREO hanno continuato a separarsi l’uno dall’altro a una velocità combinata di circa 44° all’anno. Non c’erano posizioni finali per il veicolo spaziale. Hanno raggiunto una separazione di 90° il 24 gennaio 2009, una condizione nota come quadratura . Ciò era interessante perché le espulsioni di massa viste di lato sul lembo da un veicolo spaziale possono essere frequentemente osservate dagli esperimenti di particelle in situ dell’altro veicolo spaziale. Mentre attraversavano i punti lagrangiani della Terra L 4 e L 5 , alla fine del 2009, hanno cercato asteroidi lagrangiani (Trojan). Il 6 febbraio 2011, i due veicoli spaziali si trovavano esattamente a 180° l’uno dall’altro, consentendo di vedere l’intero Sole contemporaneamente per la prima volta.

Anche con l’aumentare dell’angolo, l’aggiunta di una vista basata sulla Terra, ad esempio, dal Solar Dynamics Observatory , ha comunque fornito osservazioni del Sole pieno per diversi anni. Nel 2015, il contatto è stato perso per diversi mesi quando la navicella STEREO è passata dietro il Sole. Hanno quindi iniziato ad avvicinarsi di nuovo alla Terra, con un avvicinamento più vicino nel 2023. Non saranno riconquistati nell’orbita terrestre.

Perdita di contatto con STEREO-B

Il 1 ottobre 2014, il contatto con STEREO-B è stato perso durante un ripristino pianificato per testare l’automazione del velivolo, in previsione del suddetto periodo di “congiunzione” solare. Il team inizialmente pensava che il veicolo spaziale avesse iniziato a girare, diminuendo la quantità di energia che poteva essere generata dai pannelli solari. Un’analisi successiva della telemetria ricevuta ha concluso che il veicolo spaziale era in una rotazione incontrollata di circa 3° al secondo; questo era troppo rapido per essere corretto immediatamente utilizzando le sue ruote di reazione , che sarebbero diventate sovrasaturate.

La NASA ha utilizzato il suo Deep Space Network , prima settimanale e poi mensile, per cercare di ristabilire le comunicazioni.

Dopo un silenzio di 22 mesi, il contatto è stato ripreso alle 22:27 UTC del 21 agosto 2016, quando il Deep Space Network ha stabilito un blocco su STEREO-B per 2,4 ore.

Gli ingegneri avevano in programma di lavorare e sviluppare un software per riparare il veicolo spaziale, ma una volta acceso il computer, ci sarebbero stati solo circa 2 minuti per caricare la correzione prima che STEREO-B entrasse nuovamente in modalità di errore. Inoltre, mentre la navicella spaziale era positiva al momento del contatto, il suo orientamento si spostava e i livelli di potenza diminuivano. La comunicazione bidirezionale è stata raggiunta e i comandi per iniziare a recuperare il veicolo spaziale sono stati inviati per il resto di agosto e settembre.

Sei tentativi di comunicazione tra il 27 settembre e il 9 ottobre 2016 fallirono e un’onda portante non fu rilevata dopo il 23 settembre. decrescente. Man mano che STEREO-B si spostava lungo la sua orbita, si sperava che i suoi pannelli solari potessero nuovamente generare energia sufficiente per caricare la batteria.

Quattro anni dopo la perdita iniziale del contatto, la NASA ha interrotto le operazioni periodiche di recupero a partire dal 17 ottobre 2018.

Vantaggi della missione

Il principale vantaggio della missione erano le immagini stereoscopiche del Sole. In altre parole, poiché i satelliti si trovano in punti diversi lungo l’orbita terrestre, ma distanti dalla Terra, possono fotografare parti del Sole non visibili dalla Terra. Ciò consente agli scienziati della NASA di monitorare direttamente il lato più lontano del Sole, invece di dedurre l’attività sul lato più lontano dai dati che possono essere raccolti dalla vista terrestre del Sole. I satelliti STEREO monitorano principalmente il lato lontano per le espulsioni di massa coronale  : massicce esplosioni di vento solare, plasma solare e campi magnetici che a volte vengono espulsi nello spazio.

Poiché le radiazioni delle espulsioni di massa coronale, o CME, possono interrompere le comunicazioni, le compagnie aeree, le reti elettriche e i satelliti della Terra, una previsione più accurata delle CME ha il potenziale per fornire un maggiore avvertimento agli operatori di questi servizi. Prima di STEREO, il rilevamento delle macchie solari associate alle CME sul lato più lontano del Sole era possibile solo utilizzando l’eliosismologia , che fornisce solo mappe a bassa risoluzione dell’attività sul lato più lontano del Sole. Poiché il Sole ruota ogni 25 giorni, i dettagli sul lato più lontano erano invisibili alla Terra per giorni prima di STEREO. Il periodo in cui il lato nascosto del Sole era precedentemente invisibile è stato uno dei motivi principali della missione STEREO.

Lo scienziato del programma STEREO Madhulika Guhathakurta si aspettava “grandi progressi” nella fisica solare teorica e nelle previsioni meteorologiche spaziali con l’avvento di viste costanti a 360° del Sole. Le osservazioni di STEREO sono incorporate nelle previsioni dell’attività solare per compagnie aeree, compagnie elettriche, operatori satellitari e altri.

STEREO è stato utilizzato anche per scoprire 122 binarie a eclisse e studiare altre centinaia di stelle variabili . STEREO può guardare la stessa stella fino a 20 giorni.

Il 23 luglio 2012, STEREO-A era nel percorso del CME della tempesta solare del 2012 . Si stima che questo CME, se dovesse entrare in collisione con la magnetosfera terrestre, avrebbe causato una tempesta geomagnetica di forza simile all’evento Carrington , la tempesta geomagnetica più intensa mai registrata nella storia. La strumentazione di STEREO-A è stata in grado di raccogliere e trasmettere una notevole quantità di dati sull’evento senza subire danni.

Strumentazione scientifica

Posizioni degli strumenti su STEREO

Ciascuno dei veicoli spaziali trasporta telecamere, esperimenti di particelle e rilevatori radio in quattro pacchetti di strumenti:

  • Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation (SECCHI) ha cinque telecamere: un imager ultravioletto estremo (EUVI) e due coronografi a luce bianca ( COR1 e COR2). Questi tre telescopi sono noti collettivamente come Sun Centered Instrument Package o SCIP. Rappresentano il disco solare e la corona interna ed esterna . Due ulteriori telescopi, imager eliosferici (chiamati HI1 e HI2), riprendono immagini dello spazio tra il Sole e la Terra. Lo scopo di SECCHI è studiare l’evoluzione 3-D delle espulsioni di massa coronale attraverso il loro intero viaggio dalla superficie del Sole attraverso la corona e il mezzo interplanetario fino al loro impatto sulla Terra. L’investigatore principale per SECCHI era Russell Howard.
  • Misure in situ di particelle e transitori CME (IMPACT) , per studiare le particelle energetiche , la distribuzione tridimensionale degli elettroni del vento solare e il campo magnetico interplanetario. Janet Luhmann è stata la ricercatrice principale di IMPACT.
  • PLAsma and SupraThermal Ion Composition (PLASTIC) , guidato da Antoinette Galvin , per studiare le caratteristiche del plasma di protoni , particelle alfa e ioni pesanti .
  • STEREO/WAVES (SWAVES) è un radio-burst tracker per studiare i disturbi radio che viaggiano dal Sole all’orbita della Terra. Jean Louis Bougeret è stato il principale investigatore di SWAVES, con il co-investigatore Michael Kaiser.

Sottosistemi di veicoli spaziali

Ogni veicolo spaziale STEREO aveva una massa a secco di 547 kg (1.206 lb) e una massa di lancio di 619 kg (1.364 lb). Nella loro configurazione stivata, ciascuno aveva una lunghezza, larghezza e altezza di 2,0 × 1,2 × 1,1 m (6,67 × 4,00 × 3,75 piedi). Al momento della distribuzione del pannello solare, la sua larghezza è aumentata a 6,5 ​​m (21,24 piedi). Con tutti i bracci degli strumenti e le antenne dispiegate, le sue dimensioni sono 7,5 × 8,7 × 5,9 m (24,5 × 28,6 × 19,2 piedi). I pannelli solari possono produrre una media di 596 watt di potenza e il veicolo spaziale consuma una media di 475 watt.

I veicoli spaziali STEREO sono stabilizzati su 3 assi e ciascuno ha un’unità di misura inerziale in miniatura primaria e di riserva (MIMU) fornita da Honeywell . Questi misurano i cambiamenti nell’assetto di un veicolo spaziale e ogni MIMU contiene tre giroscopi laser ad anello per rilevare i cambiamenti angolari. Ulteriori informazioni sull’assetto sono fornite dallo star tracker e dal SECCHI Guide Telescope.

I sistemi informatici di bordo di STEREO si basano sull’Integrated Electronics Module (IEM), un dispositivo che combina l’ avionica di base in un’unica scatola. Ogni veicolo spaziale a stringa singola trasporta due CPU, una per il comando e la gestione dei dati e una per la guida e il controllo. Entrambi sono processori IBM RAD6000 resistenti alle radiazioni da 25 megahertz , basati su CPU POWER1 (predecessore del chip PowerPC presente nei vecchi Macintosh ). I computer, lenti rispetto agli attuali standard dei personal computer , sono tipici per i requisiti di radiazione necessari per la missione STEREO.

STEREO dispone anche di FPGA Actel che utilizzano la tripla ridondanza modulare per l’indurimento alle radiazioni. Gli FPGA contengono i soft microprocessori P24 MISC e CPU24 .

Per l’archiviazione dei dati, ogni veicolo spaziale trasporta un registratore a stato solido in grado di memorizzare fino a 1  gigabyte ciascuno. Il suo processore principale raccoglie e memorizza sul registratore immagini e altri dati dagli strumenti di STEREO, che possono poi essere inviati sulla Terra. Il veicolo spaziale ha una capacità di downlink in banda X compresa tra 427 e 750  kbit/s .

Galleria


https://en.wikipedia.org/wiki/STEREO

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