Un render di CAPSTONE sullo sfondo lunare. Credits: Rocket Lab.
Il 28 giugno è previsto il lancio della missione CAPSTONE. Si tratta di un piccolo satellite del peso di 25 kg e dalle dimensioni di 12U, una misura standardizzata per i cubesat. CAPSTONE è però una missione molto importante per la NASA che l’ha progettata e per Rocket Lab, l’azienda privata che la lancerà. Il suo nome è l’acronimo di Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment, esplicativo della sua missione principale, quella di testare la stabilità e le comunicazioni da un’orbita particolare attorno alla Luna, chiamata Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO).
Questa particolare orbita attorno alla Luna sarà la stessa del Lunar Gateway, la stazione spaziale lunare attualmente in progettazione. Si tratta di una traiettoria con perilunio (il punto più vicino alla Luna) di 1600 km e con apolunio (il punto più lontano dalla superficie) di ben 70000 km. Finora nessuna sonda ha mai orbitato attorno alla Luna in questa posizione e prima d’iniziare a lanciare i primi moduli nel 2024, la NASA vuole avere garanzia della sicurezza e stabilità che dovrà avere la stazione.
CAPSTONE sarà una missione importante anche dal punto di vista simbolico. Con questo lancio inizia infatti la nuova esplorazione lunare dato che si tratta del primo lancio legato al Programma Artemis. L’arrivo di questo piccolo satellite nella sua orbita finale è previsto per il 13 novembre. Attualmente invece, per fine agosto è previsto il lancio della missione Artemis 1, che impiegherà solamente tre giorni per raggiungere la Luna.
Prima di raggiungere la sua posizione operativa, il satellite CAPSTONE dovrà compiere un viaggio di circa quattro mesi seguendo un’altra orbita particolare e non molto usata, chiamata Ballistic Lunar Transfers (BLT). Questa permetterà di raggiungere la Luna con pochissimo dispendio di propellente, al costo d’impiegarci alcuni mesi. Nella seguente immagine è mostrato un andamento della BLT, dove si osserva molto bene quanto il satellite si allontanerà dalla Luna prima di arrivare nella sua orbita.
CAPSTONE sfrutterà la piattaforma Photon per alzare il suo apogeo attorno alla terra per cinque giorni, accendendo più volte il motore Hyper Curie della piattaforma di Rocket Lab. Una volta raggiunta l’orbita più alta, il satellite si separerà dal Photon e inizierà il suo viaggio in solitaria, che durerà quattro mesi.
L’orbita Near Rectilinear Halo Orbit sarà la posizione dove si troverà il Lunar Gateway. Questa orbita è stata scelta dalla NASA per diversi motivi, i primi dei quali sono i suoi parametri orbitali. Essa è infatti perpendicolare al piano orbitale di Luna e Terra, e questo vuol dire che la Stazione Lunare non sarà mai oscurata dalla Luna, ma rimarrà sempre in vista della Terra. Questo è un aspetto importante sia dal punto di vista pratico, che per ragioni di sicurezza dei futuri astronauti.
Ma non è finita qui. Nel suo punto più vicino alla Luna la NRHO si trova a soli 1600 km di quota. Questa altezza garantisce una facilità nello scendere e salire dalla superficie. Una quota più bassa sarebbe stata ancora più semplice, ma sarebbe corrisposta a orbite più circolari e troppo veloci oltre che difficili da mantenere per il grande dispendio di propellente che comporterebbero. Per compiere un intero giro attorno al nostro satellite il Lunar Gateway nella NRHO impiegherà sei giorni. Nel suo punto più distante la NRHO si allontana infatti fino a 70000 km.
I vantaggi offerti da questa orbita però non finiscono qui. Avere un apolunio così distante, porterà il Lunar Gateway in una posizione mai raggiunta dagli esseri umani. Questo ambiente avrà caratteristiche uniche e rappresenterà quindi un ulteriore settore di ricerca in preparazione ai viaggi su Marte. La NRHO è anche l’ideale per effettuare osservazioni astronomiche dello spazio profondo e allo stesso tempo un punto di osservazione privilegiato della Terra.
Una volta raggiunta la sua posizione, la missione operativa di CAPSTONE durerà almeno sei mesi. Come già detto, l’obiettivo principale del piccolo satellite è testare la stabilità dell’orbita NRHO. Questo va fatto per confermare e aggiornare tutti i modelli della NASA, in modo che si sappia con maggior precisione quanto carburante spenderà il Gateway per mantenere la sua orbita in futuro.
Per ottenere questi dati, CAPSTONE sarà in contatto con la Terra, ma soprattutto con il satellite Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), che si trova in orbita attorno alla Luna dal 2009. Le due sonde si collegheranno fra di loro, in modo che CAPSTONE possa usare questo collegamento per determinare con precisione la posizione relativa fra i due e di conseguenza la sua di posizione, e velocità.
Questo passaggio servirà a testare il software di bordo, chiamato Cislunar Autonomous Positioning System (CAPS). Esso è una prima versione di quello che sarà montato su molti satelliti della NASA e permette proprio di trovare e mantenere valori come la posizione orbitale senza passare per un collegamento con la Terra. In questo modo le antenne a Terra potranno evitare di usare larghezza di banda per i controlli di routine, dando priorità a dati più importanti.
Il satellite CAPSTONE è ovviamente un progetto della NASA, finanziato in particolare dal programma Small Spacecraft Technology and Small Business Innovation Research dell’Ames Research Center. A sviluppare il software di navigazione e comunicazione del satellite, che rappresenta il vero cuore pulsante del progetto è stata l’azienda Advanced Space. A costruire il satellite (il bus) è stata invece Tyvak Nano-Satellite Systems, Inc., a Terran Orbital Corporation. Stellar Project ha invece fornito il sistema di propulsione.
Infine, Space Dynamics Lab ha fornito il firmware per la navigazione e Orion Space Solutions il Chip Scale Atomic Clock (CSAC), necessario per l’esperimento di collegamento con la sonda LRO. Per concludere, Tethers Unlimited, Inc. fornirà servizi di comunicazione con il satellite. Come si può vedere da questa lista, il progetto coinvolge non solo la NASA e Rocket Lab, ma una serie di piccole e medie aziende del settore spaziale.
Rocket Lab si occuperà poi del lancio, che avverrà dal Launch Complex 1 del centro di lancio in Nuova Zelanda. Per l’azienda si tratta di una missione importante, in quanto è il primo viaggio interplanetario, ma non sarà l’ultimo. La piattaforma di lancio Photon infatti, una volta lasciato CAPSTONE continuerà il suo viaggio, eseguendo un flyby con la Luna e dirigendosi verso lo spazio interplanetario. Questo servirà a Rocket Lab per raccogliere dati sulle prestazioni di Photon e sulla sua resistenza a questo ambiente.
L’obbiettivo è infatti rendere queste missioni scientifiche e dimostrative effettuate con piccoli cubesat una normalità. In programma ci sono già viaggi verso Marte e Venere, sempre con satelliti da poche decine di kg, lanciati da Electron e spinti da Photon. Essi saranno effettuati sia per privati che istituzioni scientifiche.
La partenza è attualmente prevista il 28 giugno alle 11:55 italiane. Sul canale Youtube di Astrospace.it saremo in diretta per seguire assieme il lancio.
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