ENVISAT
Scritto da Luca Frigerio   
IL SATELLITE EUROPEO ENVISAT FORNIRA' DATI SULLA SALUTE DELLA TERRA - Libera traduzione e adattamento dell'articolo di Jacques Louet, pubblicato sulla rivista "Spaceflight" Vol 43, del mese di ottobre 2001.

Con il programma Envisat, l'industria spaziale europea, con il supporto della comunit? scientifica, sta rinforzando, anche a seguito dei successi ottenuti con le missioni ERS, la posizione dell'Europa riguardo le tecnologie e i servizi sull'osservazione della Terra. Data la sua dimensione assoluta, lo sviluppo del progetto Envisat, ha richiesto l'impegno di quasi tutte le industrie spaziali europee, nello sviluppo di numerose tecnologie avanzate, in particolar modo per il payload.
Anche prima del lancio la missione ha attratto l'attenzione della comunit? scientifica, sia a livello europeo che a livello mondiale, confermata definitivamente dal responso al recente "Announcement of Opportunity for Envisat Data Exploitation", con il largo impiego di scienziati nella preparazione di attivit? di convalida del prodotto, in preparazione al lavoro orbitale.
Era stato pianificato che il vettore Ariane-5, avrebbe dovuto portare il satellite direttamente nella sua orbita eliosincrona, per il mese di ottobre 2001, ma i problemi avuti dal vettore nel mese di luglio, il lancio ? stato nuovamente pianificato per il 28/2/2002.
Dopo un periodo di poche settimane, nel quale verranno resi operativi tutti i sistemi del satellite e del suo payload scientifico, compresi tutti i sistemi di data management; la sfida vera e propria sar? quella di completare gli incarichi previsti da una fitta agenda, e di rendere velocemente dati precisi e validati geofisicamente.
L'Envisat dovrebbe quindi incontrare in pieno le aspettative dei ricercatori, fornendo loro dati affidabili per almeno 5 anni, ovvero il lifetime nominale del satellite.

Mentre il nostro pianeta, attraverso la sua lunga storia, ha intrapreso un'evoluzione nelle proprie caratteristiche fisiche, ora ? chiaro che le crescenti attivit? umane possono influenzare direttamente il nostro ambiente.
La popolazione e lo sviluppo che stanno aumentando a vista d'occhio, fanno insorgere un serio dubbio riguardo alle limitate risorse del sistema Terra. Di pari passo ? crescente l'allarme sulle conseguenze dei cambiamenti dell'ambiente, in prticolar modo riguardo ai disastri naturali come inondazioni, terremoti, o eruzioni. Questa crescente preoccupazione ha incentivato la stipula di accordi internazionali miranti a minimizzare i danni ambientali causati dall'uomo, o dalle sue attivit?.
Riguardo al monitoraggio dei cambiamenti ambientali, ? pienamente riconosciuto l'elevato contributo fornito dai satelliti attraverso le loro sistematiche osservazioni della Terra. Essi sono in grado di eseguire sia osservazioni su scala globale, che su scala regionale.
La continuit? di queste osservazioni ? di suprema importanza per identificare e separare variazioni stagionali, da trends a lungo termine, perci? il principale obiettivo del programma Envisat ? di fornire all'Europa una migliore capacit? percettiva delle condizioni fisiche della Terra dallo spazio.
A seguito del successo riscosso dalla missioni ERS-1 e ERS-2, lanciate negli anni '90, l'Envisat migliorer? significativamente la capacit? dell'Europa di prendere parte nello studio e nel monitoraggio della Terra e del suo ambiente.
Envisat ? formto dal Payload Complement e dalla Polar Platform (PPF), sulla quale sono montati gli strumenti. Esso trasporta un blocco di 10 strumenti multidisciplinari, per osservare la Terra e la sua atmosfera dallo spazio, in modalit? sinergica, fornendo opportunit? di monitoraggio ambientale mai avute prima. Esso fornir? dati sul riscaldamento globale, sui cambiamenti del clima, sul buco nell'ozono, sui mari e sul ghiaccio delle calotte polari.
Perci? l'Envisat sar? la principle fonte di dati riguardanti il monitoraggio della Terra, come provano, per esempio, gli sforzi cooperativi intrapresi nell'International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP), e nel World Climate Reserch Programme (WCRP).
Nello svolgere il suo compito, il satellite offrir? come detto, sia un monitoraggio su larga scala, che rilevamenti su scala locale/regionale, supportando in particolare il monitoraggio dell'inquinamento e delle calamit? naturali. In questo, Envisat risponde pienamente alla recente iniziativa della Commissione Europea per il Global Monitoring of our Environment and Security (GMES), e fornir? i dati principali necessari.
Con la programmazione, la costruzione e il lancio del satellite con l'Arianne-5 dalla base di Kourou, nell Guiana francese, la comunit? spaziale Europea dimostra la propria abilit? nello sviluppare strumentazioni avanzate per l'osservazione ambientale ad elevate performances.

PAYLOAD
Come detto, Envisat ? formato dal Payload Complement e dalla Polar Platform (PPF), sulla quale sono montati gli strumenti. La sua orbita sar? eliosincrona, con lo stesso ciclo ripetuto di quella dell'ERS-2, che ? ancora operativo. Le due orbite saranno sincronizzate in modo da avere la medesima traccia dalle basi terrestri, con l'Envisat a precedere l'ERS-2 di circa 30 minuti.
Il payload consiste di un set di strumenti sviluppati dall'ESA: MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer), MIPAS (Michelson Interferometric Passive Atmospheric Sounder), ASAR (Advanced Synthetic-Aperture Radar), GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars), RA-2 (Radar Altimeter 2), MWR (Microwave Radiometer), e LRR (Laser Retro-Reflector), con l'aggiunta degli strumenti forniti a seguito dell'Announcement of Opportunity: SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography), AATSR (Advanced Along-Track Scanning Radiometer), e il DORIS (Doppler Orbitography and Radio-Positioning Integrated by Satellite); tutti strumenti prodotti da alcune singole nazioni componenti dell'ESA.
Parte dell'Instrument Complement, ? dedicato ad assicurare la continuit? dell'acquisizione dei dati dagli strumenti ERS (ASAR, AATSR e RA-2, con le loro strumentazioni di supporto, MWR, DORIS, ed LRR), con una migliore accuratezza e copertura.
L'osservazione degli oceani e delle zone costiere (tramite l'acquisizione di informazioni sulla biologia marina), ? il principale obiettivo dello strumento MERIS. L'ASAR fornisce una nuova dimensione alle applicazioni ed ai servizi gi? sperimentati con il radar ad apertura sintetica dell'ERS, Synthetic-Aperture Radar (SAR), tramite la fornitura di immagini radar a differenti angoli d'incidenza e ad alta risoluzione.
L'abilit? nell'osservazione dell'atmosfera dimostrata dallo strumento GOME dell'ERS-2, ? stata significativamente migliorata in tre strumenti montati sull'Envisat, che offrono delle capacit? di misura complementari in termini di osservazioni superficiali e approfondite, riguardanti le bassissime concentrazioni dei vari gas.
La sinergia di questi 10 strumenti, in funzione degli obiettivi della missione, dimostrano la capacit? globale di Envisat riguardo l'osservazione delle masse del nostro pianeta, degli oceani, delle calotte polari e dell'atmosfera.

SATELLITE
L'Envisat ? composto da 2 elementi principali: la Polar Platform, e l'Instrument Suite, che costituisce il vero e proprio payload.
L'esigenza principale, nell'ideare la configurazione completa del satellite, era l'idea di massimizzare l'area sulla quale montare gli strumenti incontrando le loro esigenze ottico-visive, adattando il tutto alle dimensioni dell'ogiva dell'Ariane 5.
La Polar Platform ? una grande costruzione modulare composta da due sezioni principali, il Modulo di Servizio e il Payload Module.
Il Modulo di Servizio produce, accumula e distribuisce l'energia, si occupa del controllo attitudinale ed orbitale, delle comunicazioni di comando e telemetria in banda S, e del data management per le funzioni di controllo generale del satellite.
Il MS ? stato progettato sulla base del modulo di servizio del satellite francese French Spot-4, ma con una serie di migliorie, soprattutto di carattere meccanico.
Il Payload Module, consiste nel Payload Carrier e nella Payload Equipment Bay. Il primo fornisce delle superfici di 6,4 m x 2,75 m da sfruttare per il montaggio di strumenti scientifici mentre la seconda alloggia tutta l'elettronica di supporto, come il controllo e la gestione dei dati, le comunicazioni su banda X e banda K, la distribuzione dell'energia, il supporto meccanico ed il controllo termico .
Il payload complement indaga su 4 principali aree: immagini radar, tramite l'ASAR; immagini ottiche degli oceani e delle zone costiere tramite il MERIS e l'AATSR; l'osservazione dell'atmosfera, con il GOMOS, il MIPAS e lo SCIAMACHY; e l'altimetria, con il RA-2 supportato dal MWR, dal LRR e dal DORIS.
Advanced Synthetic-Aperture Radar
Per la cattura delle immagini radar, l'Advanced Synthetic-Aperture Radar (ASAR), ? un'apparecchiatura radar ad alta risoluzione e larga banda, che monitorer? l'ambiente terrestre e raccoglier? informazioni sulle caratteristiche delle onde oceaniche, sull'estensione e i movimenti dei ghiacci marini e terrestri, sulla topografia di superficie, sulle quantit? di umidit? del suolo, sull'estensione delle zone paludose e di quelle soggette alla deforestazione, sull'estensione delle aree desertiche. L'ASAR monitorer? anche le calamit? ambientali, come le inondazioni e i terremoti.
Il principale vantaggio nell'utilizzo di un radar ad apertura sintetica, per le osservazioni sulla Terra, riguarda la capacit? di questo strumento di riprendere immagini indipendentemente dalle condizioni atmosferiche, dalla copertura nuvolosa, e dall'illuminazione solare. Questo ? importante, per esempio, nel caso di inondazioni, che avvengono spesso durante persistenti ed avverse condizioni atmosferiche.
Active Microwave Instrument
Se comparato all'Active Microwave Instrument (AMI) dell'ERS-1 e dell'ERS-2, l'ASAR appare come uno strumento significativamente pi? avanzato, in quano impiega diverse innovazioni tecnologiche, la pi? importante di tutte ? senz'altro la sostituzione del pannello radiante passivo dell'AMI, con un sistema ad antenna a pannello a "fase attiva".
Le innovazioni risultanti, includono la capacit? di fornire una copertura di scansione di pi? di 400 Km, tramite l'utilizzo di tecniche ScanSAR; mentre la polarizzazione alternata fornisce immagini simultaneamente polarizzate in verticale ed in orizzontale.
Medium-Resolution Imaging Spectrometer (MERIS)
Il MERIS concentra le necessit? di 3 discipline come l'osservazione oceanografica, quella atmosferica e quella terrestre. Lavorando assieme all'RA-2 e all'AATSR, esso compie una missione sinergica per la caratterizzazione geo-fisica degli oceani e delle zone costiere.
Il MERIS misura la radiazione solare riflessa dalla superficie terrestre, e dalle nubi, nella luce visibile e nel vicino infrarosso. L'apertura di scansione di questo strumento ? di 1150 Km, ed esso ? fornito di 5 videocamere identiche ed adiacenti. Ognuna delle strisce di immagini di queste videocamere viene inviata ad uno spettrometro ottico a grata, che ? in grado di fornire contemporaneamente immagini spettrali e spaziali.
Advanced Along-Track Scanning Radiometer (AATSR)
Il principale obiettivo dell'AATSR ? di stabilire una continuit? nella raccolta dei dati sulla temperatura superficiale dei mari, iniziata da ERS ATSR-1 e 2, assicurando una raccolta complessiva di dati della durata di quasi 15 anni, e con l'accuratezza di (0,3 gradi K).
Il secondo obiettivo ? di ottenere misurazioni precise sulla vegetazione terrestre, tramite osservazioni in tre canali del visibile, servendosi delle correzioni implementate nelle lunghezze d'onda del visibile, ottenute tramite le osservazioni a 2 angoli dell'AATSR, per eseguire stime della biomassa vegetale, dell'umidit?, della salute e della crescita dei vegetali.
Atmospheric observations
Ben 3 strumenti dell'ENVISAT sono dedicati all'osservazione dell'atmosfera: GOMOS, MIPAS e SCIAMACHY. Essi, utilizzano 3 diverse tecniche per osservare gli spettri dei vari gas.

GOMOS
Lo strumento Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars (GOMOS), ? stato ideato per avere simultanei monitoraggi dell'ozono e delle tracce degli altri gas, e della distribuzione delle temperature della stratosfera. Esso supporta anche l'analisi delle turbolenze atmosferiche. Le minime concentrazioni di gas, e gli altri parametri atmosferici,, verranno misurati ad altitudini fra i 20 ed i 100 Km, con una risoluzione verticale di approssimativamente 1,7 km.
Lo strumento ? costituito da uno spettrometro UV-visibile e vicino IR, guidato da un telescopio che ? puntato verso la stella target, per mezzo di uno specchio orientabile. Lo strumento traccia la stella, e quindi regola le proprie osservazioni al di sopra dell'atmosfera.
GOMOS operer? durante tutto l'arco dell'orbita di ENVISAT. Circa 25 stelle luminose possono essere continamente osservate a longitudini differenti durante ogni orbita. Questo permetter? la raccolta di una quantit? di dati pari a quella raccolta da un nework 360 stazioni di terra. Nell'arco dei 5 anni di missione, i cambiamenti misurabilii dei livelli di ozono sono rilevabili con un tasso minimo dello 0,05%, che ? un valore ben al di sotto del tasso di riduzione dell'ozono prevedibile con i modelli matematici.
Passive Atmospheric Sounding
Il Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS), ? uno spettrometro IR ad alta risoluzione a trasformata di Fourier, che misurer? le concentrazioni dei vari costituenti dell'atmosfera, su scala globale. Esso osserver? le emissioni atmosferiche dall'orizonte terrestre nella regione medio-infrarosso (4,15-14,6 micron), fornendo osservazioni globali di tracce di gas correlate fotochimicamente, nella media atmosfera e troposfera superiore.
Questi dati aiuteranno a comprendere meglio il problema globale dell'ozono, la chimica della stratosfera polare, la distribuzione dei costituenti principali del clima, gli scambi fra troposfera e stratosfera, e la correlazione esistente fra la distribuzione dei gas nella troposfera superiore con le attivit? umane.

SCIAMACHY
L'obiettivo scientifico primario, dello Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography (SCIAMACHY), ? la misurazione su scala globale delle tracce dei vari gas nella troposfera e nella stratosfera tramite l'osservazione della dispersione e della riflessione, da parte dell'atmosfera, delle lunghezze d'onda da 240 a 2400 nm. Questo largo range ? stato scelto per determinare anche gli aerosols e le nubi.
I dati ottenuti con lo SCIAMACHY aiuteranno le ricerche in un'ampia gamma di fenomeni che influenzano la chimica atmosferica, come la combustione della biomassa, l'inquinamento, le foschie artiche, le tempeste di polvere e sabbia e le emissioni industriali nella troposfera, la chimica dell'ozono, gli eventi vulcanici e le tempeste protoniche solari nella stratosfera.
The Altimetry mission
L'Altimetry mission ? compiuta dal Radar Altimetro (RA-2), supportato da altri 3 strumenti: il Microwave Radiometer, che corregge l'interferenza dell'umidit?; il Laser Retro-Reflector, che migliora la precisione delle stazioni laser di terra e calibra l'altitudine dell'RA-2; e il sistema DORIS (un network ricetrasmittente), che fornisce dei dati orbitali precisi.
Radar Altimeter
Derivato dai radar altimetri dell'ERS-1 e 2, l'RA-2 dell'ENVISAT fornisce sia una capacit? di misura migliore, che altre nuove capacit?, come la misurazione ad alta precisione del tempo di ritardo, dell'energia e della forma degli impulsi radar riflessi, per la determinazione dell'altitudine del satellite e delle caratteristiche della superficie terrestre.
Quando operer? al di sopra degli oceani, queste misurazioni verranno usate per stabilire la topografia marina, supportando cos? la ricerca sulle correnti oceaniche e sui fondali marini. L'analisi delle onde radar riflesse, e delle loro forme, aiuter? a misurare le velocit? dei venti e l'altezza delle onde d'acqua pi? significanti, oltre a fornire preziose informazioni sulle previsioni del tempo e delle condizioni dei mari. Inoltre, l'RA-2 ? in grado di monitorare e mappare i ghiacci marini e gli strati dei ghiacci polari.
Delle nuove modifiche all'RA-2, permetteranno di determinare le caratteristiche e le strutture geologiche della superficie terrestre.
Laser Retro-Reflector
E' un dispositivo passivo consistente in 9 cubi riflettenti. E' montato sulla faccia inferiore del satellite, vicino all'antenna dell'RA-2.
Il Laser Retro-Reflector (LRR), di cui degli esemplari identici hanno volato sui satelliti ERS, verr? usato come specchio riflettente per le stazioni laser di terra, al fine di ottenere dei dati pi? precisi, che verranno correlati con quelli ottenuti dall'RA-2 e dal DORIS, al fine di una precisa calibrazione reciproca.
Microwave Radiometer
Il principle ruolo del Microwave Radiometer (MWR), ? di misurare l'umidit? atmosferica per ottenere delle informazioni supplementari per la correzione dei segnali del Radar Altimeter che passano attraverso la troposfera, e che vengono influenzati dal suo contenuto d'acqua (vapore). Inoltre, i dati dell'MWR saranno utili per la determinazione delle emissioni della superficie terrestre e dell'umidit? del suolo, e per la caratterizzazione dei ghiacci.
Radio Positioning

Il DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite), ? un sistema per la determinazione dell'orbita, che fornische dati sull'orbita del satellite, con un'accuratezza dell'ordine dei centimetri.
Assieme al Radar Altimeter, DORIS contribuir? agli studi sul clima misurando le variazioni spazio-temporali della topografia degli oceani, e le variazioni nelle coperture dei ghicci.
Il lavoro dello strumento ? basato sull'accurata misurazione dello spostameno Doppler dei segnali radio trasmessi dalle stazioni di terra e ricevute dal satellite, e permetter? di determinare la posizione dell'ENVISAT con un'accuratezza di 0,05 m in senso radiale, e la sua velocit? con una precisione di 0,4 mm/s.
Registrazione dei dati
Gli obiettivi della missione dell'ENVISAT, sono sia di carattere regionale che globale. I primi si riferiscono al lavoro dell'ASAR nelle sue modalit? pi? precise, e alle misurazioni a piena risoluzione del MERIS. Questi dati verranno gestiti su scala regionale per incontrare le richieste degli utenti, e per costruire una banca dati.
Gli altri strumenti, inclusi l'ASAR ed il MERIS nelle loro modalit? a bassa risoluzione, adempiono alla missione su scala mondiale con altri strumenti che lavorano in continuo durante tutto il periodo'orbitale (per la modalit? a bassa risoluzione del MERIS, ci? ? limitato ai 43 minuti della parte di orbita illuminata dal Sole.)
Per il recupero dei dati del payload, l'Envisat ? in grado di eseguire collegamenti su banda X con le stazioni di Terra tramite le ricetrasmissioni del satellite geostazionario dell'ESA per la trasmissione dei dati ARTEMIS. Le esigenze di una copertura globale, implicano l'utilizzo di un sistema di bordo di stoccaggio dei dati, pertanto il satellite ? stato equipaggiato con due registratori a stato solido da 70 Gbit, e con un registratore di backup a nastro da 30 Gbit.
Sono assicurate velocit? di trasmissione dei dati da 50 a 100 Mbps.

JACQUES LOUET ? il Program Manager dell' ENVISAT per il Directorate of Earth dell'ESA, e per l'Environment Monitoring from Space presso l'ESTEC di Noordwijk, in Olanda.

 

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