La parabola di Cebreros, una delle tre stazioni della rete ESTRACK per il download di dati dal deep space dell'ESA. Credits: ESA, J. Mai
La missione Euclid dell’ESA per lo studio dell’Universo oscuro, la più complessa mai realizzata interamente dall’Europa, è partita il 1 luglio 2023. Sta viaggiando verso la sua destinazione finale, a 1.5 milioni di km dalla Terra, e da lì comincerà presto a inviare informazioni sul cosmo che osserverà.
Inizierà così una parte parallela ma molto importante della missione: scaricare il volume di dati senza precedenti di Euclid, e che sarà di 100 GB compressi al giorno per 6 anni di durata nominale della missione. Un totale di circa 25 Petabyte di dati, alla fine.
Il Science Ground Segment dell’ESA si è preparato a scaricare, raccogliere e catalogare quest’enorme mole di dati con l’aiuto di una complessa combinazione di infrastrutture per la ricezione e raccolta dei dati qui a Terra. Per fare un confronto, Euclid invierà il doppio dei dati giornalieri di telescopi come James Webb e Gaia, che trasmettono dalla stessa orbita attorno al punto lagrangiano L2.
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Quando si riceve una trasmissione da una stazione di terra (Science Ground Station, SGS), i dati utili vengono estratti da “pacchetti” che funzionano come una sorta di busta con le istruzioni. Una volta “spacchettati”, costituiscono solo circa la metà dei dati inviati da Euclid. Successivamente sono girati al controllo di missione presso l’ESOC (European Space Operations Centre) dell’ESA, a Darmstadt, attraverso una connessione privata e sicura stabilita appositamente per questo scopo.
Le grandi immagini previste per la missione Euclid hanno ispirato gli scienziati a ideare un nuovo sistema di gestione dei dati a bordo. In particolare, già a bordo il veicolo potrà gestire qualsiasi tipo di file, non solo i soliti pacchetti con severi requisiti di formattazione dei dati. In questo modo, i controllori di volo dispongono di un’interfaccia grafica molto più intuitiva, che riduce la complessità, così come il potenziale di errore umano e la quantità di addestramento richiesto. Consente persino agli operatori di trascinare e rilasciare i file da caricare o scaricare da Euclid nello spazio.
Ogni giorno per 4 ore avverrà il download dei 100 GB compressi di dati registrati da Euclid. La velocità sarà fino a 75 megabyte al secondo. Poi, grazie allo sviluppo di un software che gira su una macchina dedicata presso la stazione di Terra, sarà possibile in automatico (e senza attendere l’intero pacchetto) consolidare le parti di un file di dati e inoltrare solo le istruzioni relative a eventuali dati mancanti al sistema di controllo della missione presso l’ESOC. Da lì, è possibile richiedere la ritrasmissione a terra delle parti mancanti. Solo una volta che il file è completo, viene trasferito all’ESOC.
Per rendere possibile la trasmissione di così tanti dati in così poco tempo, due delle tre antenne da 35 metri dell’ESA, parte della rete ESTRACK (European Space TRACKing) hanno dovuto essere aggiornate in vari modi. Si tratta delle stazioni di terra situate in Spagna e Argentina, rispettivamente a Cebreros e Malargüe.
Innanzitutto, sono state installate linee di comunicazione più veloci tra il centro di controllo dell’ESOC e le due stazioni. In più, grazie all’implementazione di un nuovo aggiornamento, è stato reso possibile il raffreddamento dell’alimentazione di ciascuna stazione a soli 10 gradi sopra lo zero assoluto. Questi aggiornamenti aumenteranno fino al 40% la quantità di dati che possono essere trasferiti alle stazioni di terra dalle missioni spaziali.
Sono stati inoltre impostati nuovi protocolli di trasferimento file, e costruiti specchi mobili per direzionare il segnale di Euclid verso la nuova apparecchiatura.
Infine, la frequenza di download a 26 GHz di Euclid avvantaggia grandi volumi di dati, ma la connessione stessa è meno stabile. Infatti, può perdere forza a causa dell’influenza dell’acqua nell’atmosfera, causando potenzialmente la perdita di dati. Ulteriore ingegneria, quindi, è andata a salvaguardare da tale problema. A vantaggio non solo di Euclid ma anche di altre missioni dell’ESA che utilizzano anche le alte frequenze.
