Astro-H: morte di un satellite

di Gabriele Coppi 04—Mag—2016 / 10:26 AM

Il 17 febbraio 2016 l’agenzia spaziale giapponese, JAXA, ha lanciato il satellite per osservazioni astronomiche in banda X Astro-H. Questo sarebbe dovuto essere il principale osservatorio X per il prossimo decennio, ma molto probabilmente non lo sarà.

Il satellite Astro-H, conosciuto anche come HITOMI, è stato lanciato il 17 Febbraio 2016 alle ore 08:45 UTC dal Tanegashima Space Center in Giappone. Il lancio è stato regolare e 14 minuti dopo il satellite si è staccato dal razzo che lo trasportava. Nelle fasi successive il satellite raggiunge l’orbita prevista a 573 Km di altezza.

Il satellite si sarebbe dovuto aggiungere ai due osservatori X CHANDRA e XMM-NEWTON, rispettivamente della NASA e dell’ESA. La necessità di lanciare un satellite per effettuare osservazioni in banda X deriva principalmente dal fatto che i fotoni X non raggiungono la superficie terrestre per effetto dell’atmosfera.

Obiettivi e descrizione dell’esperimento

Gli scopi della missione erano principalmente quattro:

Studiare la struttura a larga scala dell’universo: in particolare osservare i cluster di galassie e i buchi neri supermassivi. I buchi neri supermassivi sono fondamentali in astrofisica per comprendere la formazione e l’evoluzione delle galassie (e non solo) e anche la formazione stellare.
Studiare regioni con condizioni fisiche estreme: come ad esempio le condizioni nelle vicinanze di un buco nero.
Studiare gli effetti non dovuti a cause termiche: come lo studio dei raggi cosmici in banda gamma.
Studiare la natura della materia e dell’energia oscura: studiando i cluster di galassie è possibile inferire proprietà delle componenti oscure dell’universo.

Al fine di ottenere questi risultati a bordo del satellite sono presenti quattro telescopi per la banda X ed due solo per quella gamma (per questo motivo viene considerato soprattutto un satellite X).

I piani focali gamma non hanno delle ottiche che focalizzano il fascio, ma sfrutteranno l’effetto Compton per la rilevazione.

I quattro X erano divisi come segue, due dedicati all’osservazione dei soft X-Ray, SXTs, (tra 0.3 e 12 KeV) e due dedicati all’osservazione degli Hard X-Ray , HXTs, (5-80 KeV). I telescopi SXTs hanno una focale di 5.6 m.

Uno è dedicato all’imaging, mentre l’altro alla spettroscopia. I due HXTs avevano una focale di 12.1m ed entrambe sono dedicati all’imaging.

Spettroscopio per Soft X-Ray. Da http://arxiv.org/abs/1210.4378

I rivelatori gamma invece hanno lo scopo di estendere la banda di osservazione fino a 600 KeV.

Malfunzionamenti

Il 26 Marzo il satellite era in fase di puntamento ed aveva appena osservato un AGN (Active Galactic Nucleus, un buco nero supermassivo) e stava ritornando alla posizione originale. A questo punto viene persa la possibilità di comunicare tra il centro controllo ed il satellite stesso, ed iniziano i problemi.

Nella fase di rientro alla posizione base, il sistema di controllo d’assetto individua una rotazione del satellite intorno al proprio asse z di 21.7 deg/h. Il satellite, anche senza controllo da terra, è in grado di funzionare autonomamente e cerca di compensare questa rotazione utilizzando le ruote di inerzia. Il problema principale è che il satellite non stava ruotando, ma era solo un malfunzionamento del sensore di assetto.

Le ruote di inerzia, però, sono ormai entrate in funzione e quindi il satellite inizia realmente a ruotare intorno al proprio asse. Il sensore di assetto rileva questa rotazione indotta dalle ruote di inerzia e quindi misura una rotazione sempre maggiore (c’era l’errore precedente). A questo punto il satellite è entrato in un loop, con le ruote di inerzia che facevano ruotare sempre più rapidamente il satellite.

Però, i satelliti dovrebbero essere in grado di ovviare a questo problema e fermare le ruote di inerzia nel caso queste accumulino un momento troppo elevato. Per fare ciò, vengono utilizzati dei sistemi magnetici che si dice che scarichino le ruote di inerzia.

Ovviamente anche questi non funzionano

Le ruote di inerzia continuano ad accumulare momento angolare fino a una soglia di 120 Nms. Quando questo valore viene raggiunto, si dovrebbe attivare un ulteriore sistema di sicurezza in cui il sistema di assetto non viene più governato dalle ruote di inerzia, ma dai razzi ausiliari. L’utilizzo dei razzi è legato al sistema di puntamento solare, in particolare questi cercano di orientare i pannelli solari in direzione del sole. Come potete immaginare, anche questo sistema non ha funzionato, in quanto la posizione del sole non veniva rivelata correttamente. Il satellite allora ruota sempre più velocemente ed alcuni componenti iniziano a staccarsi per effetto della rotazione.

In tutto questo disastro, i tecnici della JAXA cercano disperatamente una soluzione, provando a contattare il satellite, ma ci sono stati solo dei presunti contatti temporanei. Presunti, perchè in data 28 Aprile la JAXA ha comunicato che i segnali ricevuti non provenivano da HITOMI, ma solo da sorgenti al momento ignote.

Questa serie di malfunzionamenti non è la prima per un satellite X della JAXA. Infatti, nel 2005, vi furono dei malfunzionamenti nel sistema di raffreddamento di ASTRO-E2 che compromise il funzionamento del sistema XRS (X-ray Spectrometer). Fortunatamente gli altri sottosistemi non sono stati affetti da malfunzionamenti.

Se ve lo state chiedendo, si chiama ASTRO-E2 perchè la prima versione, nel 2000, è esplosa nella fase di lancio con il razzo.

Possibili cause

Al momento non si sa di preciso cosa sia accaduto in quelle poche ore. Il sistema di assetto di HITOMI è composto da due sensori, l’Inertial Reference Unit (IRU) e lo Star Tracker (STT). Il primo in particolare con il passare del tempo diventa meno preciso e deve essere corretto utilizzando il secondo. Sembra che questa correzione non sia mai avvenuta per un mancato collegamento tra i due sensori (non si sa se sia dovuto a problemi software o hardware) causando così la prima lettura sbagliata.

L’unica cosa certa è che il software che controllava il funzionamento dei motori ausiliari, che dovevano essere l’ultima speranza, era inadatto a detta della JAXA. Il software è stato caricato il 28 Febbraio, dopo il lancio, per compensare la presenza dei lunghi telescopi HXTs. Al momento la JAXA sta facendo ulteriori investigazioni per comprendere al 100% il problema software.

In questo momento, in Giappone, gli informatici della JAXA ringraziano di essere nel 2016 e venire licenziati e basta. 100 anni fa probabilmente sarebbero stati obbligati al suicidio.

Conclusioni

La prima conclusione, e forse la più logica visti i precedenti, sarebbe:

insegnare alla JAXA a progettare e lanciare satelliti X.

A parte questo, in data 28 Aprile, il satellite è stato dichiarato irrecuperabile dalla JAXA e quindi ha ufficialmente terminato la sua missione (mai iniziata).

Al momento la speranza di vedere un nuovo satellite X è legata all’ESA ed al suo satellite ATHENA che dovrebbe essere lanciato nel 2028. Nel 2026, invece, potrebbe essere lanciato il satellite XIPE, sempre dell’ESA, che è nel trittico finale per una missione M4, che verrà scelta in Giugno 2017.

Missioni ESA future