A ottobre 2024 partirà la missione Hera dell’ESA, la prima dedicata allo studio di un sistema binario di asteroidi. Dopo una crociera di due anni nello spazio, compreso un flyby su Marte, la sonda incontrerà il sistema binario composto dalla luna Dimorphos, in orbita a circa 1.2 km di distanza dal corpo principale Didymos, grande quanto una montagna.

Dimorphos ha subito un cambiamento di orbita intorno a Didymos, dopo che la sonda DART della NASA vi si è schiantata sopra nel settembre 2022 per il primo test di difesa planetaria della storia. Questo ha molto probabilmente rimodellato l’asteroide. Compito di Hera sarà stimare l’entità di questo cambiamento, oltre che studiare da vicino le altre conseguenze dell’impatto di DART.

Attualmente, mentre i tecnici stanno sottoponendo il veicolo ai test pre-volo, anche il sistema che guiderà Hera intorno al sistema di asteroidi binari viene sottoposto ai controlli finali. Si tratta di un sistema di guida, navigazione e controllo le cui operazioni di prossimità nel difficile ambiente a bassissima gravità attorno ai due asteroidi necessitano di essere testati per garantire la massima precisione. La convalida sta avvenendo attraverso una lunga serie di manovre virtuali, condotte in parallelo in Spagna e Germania.

Servono manovre estremamente precise

I livelli di gravità di Didymos e Dimorphos sono troppo bassi perché Hera possa entrare “in orbita” attorno a essi nel senso tradizionale del termine. Prendendo in prestito una tecnica usata per la missione Rosetta dell’ESA, Hera volerà descrivendo degli “archi iperbolici”. Questi archi saranno simili a una serie di sorvoli alternati, invertiti da regolari accensioni dei propulsori ogni tre o quattro giorni.

Nel caso di una missione normale, una tale quantità di cambi di velocità ripetuti esaurirebbe presto i suoi serbatoi di propellente. Ma qui, il livello di gravità intorno a Didymos è così basso che Hera volerà solo a una velocità relativa tipica di circa 12 cm al secondo.

Gli archi iperbolici di Hera sono progettati in modo tale che se il lancio di un propulsore presenta un piccolo errore, la navicella si manterrebbe comunque a una distanza di sicurezza dagli asteroidi. Tuttavia, le basse velocità in gioco fanno sì che le manovre orbitali che portano Hera molto vicino agli asteroidi debbano essere eseguite con estrema precisione, altrimenti il rischio di collisione potrebbe comunque sussistere.

Per questo motivo, il GNC include un sistema autonomo di correzione della traiettoria, oltre a un sistema autonomo di stima del rischio di collisione, in grado di eseguire manovre di evitamento delle collisioni in base alle necessità.

Il sistema GNC di Hera

Il sistema di guida, navigazione e controllo (Guidance, Navigation and Control, GNC) di Hera è progettato per fondere i dati provenienti da varie fonti per costruire un quadro coerente dell’ambiente circostante, con un approccio simile a quello delle auto a guida autonoma.

La sua principale fonte di dati sarà la Asteroid Framing Camera, le cui immagini vengono utilizzate sia per la scienza che per la navigazione. Queste immagini saranno combinate con altri dati per ottenere una stima affidabile della sua posizione. In particolare l’altimetro laser PALT-H della missione, che fa rimbalzare impulsi laser sulla superficie dell’asteroide, e i sensori inerziali.

Questo sistema GNC è stato progettato per essere azionato manualmente da terra inizialmente, ma una volta che i CubeSat di Hera saranno dispiegati, la navigazione autonoma sarà necessaria per raggiungere gli obiettivi fondamentali della missione. Durante le operazioni di prossimità, Hera terrà Didymos inquadrato nella sua telecamera come punto di riferimento generale, rilevando il contrasto tra i bordi dell’asteroide e lo spazio profondo che lo circonda. La forma rilevata sarà confrontata con un modello sferico previsto.

In seguito, quando la sonda si avvicinerà a circa 10 km da Didymos e a più di 2 km da Dimorphos, verrà utilizzata una tecnica di elaborazione delle immagini chiamata center of brigthness, incentrata sulla posizione media dei pixel illuminati dal Sole.

I test in corso

Presso la sede dello sviluppatore di sistemi Guidance Navigation and Control GMV a Madrid, una replica del computer di bordo di Hera è attualmente sottoposta a operazioni di prossimità intorno a un modello di asteroide ripreso con una telecamera, per garantire il massimo realismo, mentre altri sensori e attuatori sono emulati con apparecchiature apposite.

Nel frattempo, presso la sede del produttore di veicoli spaziali OHB a Brema si stanno svolgendo i test utilizzando una replica hardware in scala reale del veicolo spaziale, chiamata Hera Avionics Test Bench.

Ciò su cui si stanno concentrando gli addetti è la parte di sistemi di controllo e navigazione per la fase successiva delle operazioni di prossimità. Si prevede che la sonda si avvicini inizialmente fino a 30 km dalla coppia di asteroidi, per poi avvicinarsi molto di più, fino a solo 1 km.

I test del GNC di alcune modalità di questa fase sperimentale finale continueranno anche dopo il lancio, per preparare il veicolo all’arrivo su Didymos nell’ottobre 2026.

Questo il sito ufficiale della missione.