CASSINI-HUYGENS: UN'IMPRESA INTERNAZIONALE
Scritto da Luca Frigerio   
Parliamo della missione Cassini-Huygens, alla scoperta del sistema di Saturno e del suo misterioso satellite Titano. La missione Cassini-Huygens è il risultato di una collaborazione internazionale fra tre agenzie spaziali principalmente: la NASA, l'ESA, e l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Inoltre, 17 altre nazioni hanno dato il loro contributo alla costruzione della sonda.
La costruzione dell'orbiter Cassini è stata gestita e portata a termine dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, mentre la sonda Huygens è stata fornita dall'ESA. Dal canto suo, l'ASI ha fornito l'antenna di Cassini ad alto guadagno, per le comunicazioni. Inoltre, oltre 250 scienziati di tutto il mondo studieranno i dati raccolti dalla sonda.
Lo sviluppo della missione Cassini-Huygens, un'impresa ambiziosa e complessa intrapresa originariamente dalla NASA e dall'ESA, ha richiesto uno sforzo scientifico tecnico e programmatico notevole, durato diversi anni. Sul finire degli anni '70, la NASA aveva studiato diversi scenari per una missione su Saturno, come passo successivo alla missione di Galileo, per l'esplorazione approfondita dei pianeti giganti.
La missione Cassini venne originariamente proposta nel Novembre del 1982 da un team di scienziati europei ed americani, come iniziativa di collaborazione con la NASA, nell'ambito della richiesta di idee per delle nuove missioni, da parte dell'ESA.
Quasi subito, durante gli studi preliminari, la sonda per Titano venne identificata come potenziale contributo dell'ESA alla missione internazionale di Cassini. Essa era all'interno delle capacità tecniche dell'industria spaziale europea che aveva già fatto esperienze di missioni interplanetarie con la missione Giotto del 1985. La sonda per Titano venne dedicata a Huygens, lo scienziato olandese che scoprì Titano nel 1655.
A bordo di Huygens vi sono sei strumenti scientifici, ognuno sviluppato da differenti teams internazionali. Le organizzazioni impegnate includono l'Université de Paris VII, l'Observatoire de Paris-Meudon, e il Service d'Aéronomie, tutti francesi; l'University of Arizona, USA; l'Universitat Bonn, Germania; e l'Open University inglese.
Tutti questi enti vengono supportati dai contributi dell'ESA, della NASA e da altri enti di Italia, Austria, Germania, Spagna, Francia, Regno Unito, Norvegia, Finlandia, e Stati Uniti.
La missione La missione Cassini-Huygens verso Saturno è decisamente il più ambizioso sforzo nell'esplorazione planetaria mai tentato prima, che consiste nell'invio di una sofisticata sonda che studierà il Sistema di Saturno per un periodo di circa quattro anni. Inoltre, un'altra sonda, Huygens, verrà rilasciata dal veicolo madre per paracadutarsi attraverso l'atmosfera ed atterrare sulla superficie della luna più grande di Saturno, Titano.
Gli obiettivi Si spera che Cassini-Huygens possa fare luce sui misteri irrisolti lasciati dalle precedenti osservazioni, come per esempio:
" Qual'è la fonte di calore interna a Saturno che produce l'87 % in più di energia di quella che esso ne assorbe dalla luce solare? " Qual'è l'origine degli anelli di Saturno? " Qual'è il motivo della lieve colorazione degli anelli? " Ci sono altre lune, oltre a quelle già conosciute? " Perché la luna Enceladus ha una superficie così levigata? Delle recenti fusioni ne hanno cancellato i crateri? " Qual'è l'origine del materiale organico scuro che ricopre una faccia della luna Iapetus? " Quali reazioni chimiche avvengono nell'atmosfera di Titano? " Qual'è l'origine del metano, un composto sulla Terra associato all'attività biologica, così abbondante nell'atmosfera di Titano? " Ci sono degli oceani su Titano? " Esistono su Titano composti organici più complessi, e molecole pre-biotiche?
Il viaggio Cassini-Huygens è stata lanciata con un Titan IV-B/Centaur il 15 Ottobre 1997. Si tratta di una sonda massiccia, quindi, poiché nessun razzo poteva inviarla direttamente a destinazione, è stata impiegata la tecnica dell'assistenza gravitazionale per spedire i 5600 Kg del veicolo nell'orbita del pianeta con gli anelli. Le manovre di questa tecnica di volo sfruttano l'attrazione gravitazionale dei pianeti in movimento esercitata sulla sonda. Essi attraggono la sonda, la cui massa attrae i pianeti stessi, in un reciproco scambio di energie.
Cassini-Huygens ha circumnavigato il Sole due volte, e durante il primo tragitto è passata dietro a Venere, sfiorandolo, e "rubando" un po' della sua energia orbitale durante il fly-by del 26 Aprile 1998. Durante la seconda orbita attorno al Sole, il sorvolo di Venere si è ripetuto il 24 Giugno 1999, e ad esso si è aggiunto quello della Terra avvenuto il 18 Agosto 1999. Dopo aver ricevuto sufficiente spinta da questi tre fly-bys, Cassini-Huygens ha avuto a disposizione il necessario momento orbitale per raggiungere il Sistema Solare esterno. L'ultimo fly-by è avvenuto con Giove il 30 Dicembre 2000, e a questo punto la sonda è stata proiettata verso Saturno, dove è giunta nel mese di Luglio del 2004.
Huygens verrà rilasciata da Cassini il 25 Dicembre 2004. Nel Gennaio 2005 entrerà nella tenebrosa atmosfera di Titano, la luna più grande di Saturno, e discenderà frenata dal paracadute a sua disposizione, sulla misteriosa superficie della luna. Qui la sonda analizzerà l'ambiente circostante, inviando i dati e le immagini alla sonda madre Cassini, la quale li ripeterà verso la Terra.
Dopo il rilascio del lander, Cassini orbiterà attorno a Saturno per altri quattro anni; essa invierà alla Terra altri preziosi dati che ci aiuteranno a comprendere i misteri della vasta regione saturniana.
Durante questo periodo, Cassini completerà 75 orbite del pianeta anellato, avrà 44 fly-bys con la sua misteriosa luna Titano, e numerosi fly-bys con le altre lune ghiacciate del gigante gassoso.
Le prossime date chiave della missione di Cassini-Huygens
11 GIUGNO 2004 (19:32 UT): Fly-by della luna più distante da Saturno, Phoebe, ad un'altitudine di 2000 Km. 1 LUGLIO 2004: Attraversamento del piano degli anelli di Saturno nel corso della sequenza critica denominata Saturn Orbit Insertion (SOI). 25 DICEMBRE 2004 (02:00 UT): La sonda Huygens si separerà dall'orbiter Cassini ed inizierà il suo viaggio di 22 giorni verso Titano. 14 GENNAIO 2005 (09:00 UT): Huygens dovrebbe incontrare i bordi superiori dell'atmosfera di Titano, iniziando la sua discesa che lo porterà a contatto con il suolo della luna circa 2 ore e mezza più tardi. Il lanciatore Il veicolo Cassini-Huygens è stato lanciato dal Launch Complex 40 di Cape Canaveral in Florida con un razzo Titan IV-B/Centaur, il 15 Ottobre del 1997.
Alto come un palazzo di 22 piani, il Titan/Centaur è decollato perfettamente alle 04:43 a.m. EDT, con a bordo la il complesso di sonde di Cassini-Huygens del peso di 5650 Kg. Due minuti e 23 secondi più tardi, la sequenza di lancio ha comandato la separazione dal veicolo di lancio Titan IV/B. In quel momento, il veicolo aveva già raggiunto i 91440 metri di altezza, e stava viaggiando ad una velocità di 7046 Km/h. L'upper stage Centaur si è separato correttamente dopo 42 minuti e 40 secondi dal decollo. Dopo 10 minuti di volo in solitaria, Cassini-Huygens ha aperto con successo i propri canali di comunicazione con il complesso del Deep Space Network della NASA, nei pressi di Canberra, Australia.
Il veicolo di lancio Titan IV-B/Centaur è composto da un razzo a due stadi a propellente liquido, ai lati del quale sono agganciati due boosters a propellente solido, e dall'upper stage Centaur, sovrastato quasi interamente dalla carenatura, per un totale di 30 metri. L'intero veicolo misura 55.8 metri di altezza, ed ha un peso complessivo al lancio (veicolo e payload) di 1038000 Kg (l'upper stage Centaur, effettivo e senza carena, è largo 4.3 metri, alto 8.8 metri e con il propellente pesa 24000 Kg.).
Il veicolo spaziale Cassini-Huygens Cassini-Hugens è una delle più grandi, pesanti e complesse sonde interplanetarie mai costruite. Di tutte le sonde interplanetarie, solamente le due Phobos inviate su Marte dall'ex Unione Sovietica erano più pesanti.
Caricato con diverse e potenti strumentazioni e telecamere, il veicolo spaziale è in grado di effettuare precise misurazioni e di acquisire dettagliate immagini in una varietà di condizioni atmosferiche e di spettro elettromagnetico.
Il veicolo è composto da due sonde vere e proprie: l'orbiter Cassini e il lander Huygens. Dopo l'ingresso nell'orbita di Saturno, Cassini lo sorvolerà per altri 4 anni studiandolo assieme alle sue lune e ad i suoi anelli, ed inviando i dati raccolti alla Terra.
Il complesso Cassini-Huygens è equipaggiato per l'esecuzione di 27 investigazioni scientifiche differenti. Cassini ha a disposizione 12 strumenti scientifici, mentre Huygens ne ha 6. Tipicamente, buona parte degli strumenti hanno delle funzioni multiple, in modo tale da investigare attentamente tutti gli elementi importanti del sistema saturniano.
Le comunicazioni Cassini-Huygens comunica con la Terra tramite i sottosistemi delle sue antenne, che consistono in un'antenna ad alto guadagno, e in due antenne a basso guadagno. La funzione principale della sua antenna ad alto guadagno è di supportare le comunicazioni con la Terra, ma viene anche usata per gli esperimenti scientifici. Nel corso della prima parte del lungo viaggio verso Saturno, l'antenna ad alto guadagno è rimasta puntata verso il Sole, fungendo da ombrello per riparare le strumentazioni della sonda dai pericolosi raggi solari. Nel caso di carenza d'energia o di altre situazioni d'emergenza, la sonda è in grado di comunicare tramite solamente una delle sue antenne a basso guadagno.
Le dimensioni Il complesso Cassini-Hygens raggiunge i 6.7 metri di altezza, ed è largo circa 4 metri. L'apparato scientifico che alloggia il magnetometro, è stato montato su un traliccio lungo 11 metri, che si estende all'esterno del veicolo spaziale. L'orbiter da solo pesa 2125 Kg, e la massa totale della sonda Huygens è di 349 Kg, inclusi i 49 Kg del payload e i 30 Kg dell'equipaggiamento di supporto al lander della sonda madre. La massa complessiva al lancio del complesso Cassini-Huygens era di 5.82 tonnellate, di cui 3.1 tonnellate erano di propellente.
L'energia Tre Radioisotope Thermoelectric Generators (RTGs) forniscono energia al complesso, inclusi gli strumenti, i computers, le radiotrasmittenti, e i propulsori di spinta e di controllo attitudinale.
L'approccio e l'arrivo presso Saturno Dopo la sua lunga crociera interplanetaria, Cassini-Huygens, proveniente da Giove, ha eseguito un rapido fly-by con la luna più esterna di Saturno, Phoebe, l'11 Giugno 2004, ad una distanza di 1997 km. Si è trattato dell'unico fly-by possibile con questa luna, e la sonda ha potuto ricavarne delle immagini ad alta risoluzione.
Nel corso di questo rapido sorvolo, Cassini ha raccolto dati radar e spettroscopici, assieme ad immagini della superficie della luna. Queste informazioni possono aiutare gli scienziati a comprendere la composizione e l'origine di questa luna così esterna. Le immagini hanno mostrato una luna ghiacciata ricoperta da materiale scuro. Dopo il fly-by, il 16 giugno 2004 è stata eseguita una manovra di correzione della traiettoria che ha posto Cassini-Huygens su una precisa rotta di intercettazione con Saturno.
L'arrivo L'1 Luglio 2004 la sonda Cassini-Huygens è arrivata a Saturno portando a termine il suo lungo viaggio attraverso il Sistema Solare, e dando inizio al tour di questo gigante gassoso, dei suoi anelli, delle sue lune e della sua magnetosfera. Durante la Saturn Orbit Insertion, Cassini-Huygens ha approcciato Saturno da sotto il piano dei suoi anelli, quindi la sonda è passata attraverso lo spazio vuoto esistente fra gli anelli F e G. In quel momento essa si trovava a 158500 Km dal centro del pianeta gigante. Questa manovra è avvenuta 1 ora e 52 minuti prima dell'approccio più vicino a Saturno. L'accensione del motore principale è iniziata poco dopo la fuoriuscita del veicolo spaziale dal gap fra i due anelli, alle 01:12 UTC del 1 Luglio 2004, ed è terminata 97 minuti più tardi, alle 02:49 UTC.
Per rallentare sufficientemente la velocità della sonda, ovviamente l'ugello del suo propulsore è stato diretto nella direzione del moto, in modo tale da permettere ad essa di venire catturata dalla gravità saturniana.
Il maggiore avvicinamento di Cassini-Huygens a Saturno di tutti e 4 gli anni di permanenza della sonda nell'orbita del pianeta, è avvenuto proprio durante questa manovra di frenata. La sua distanza è stata di 0.3 Raggi di Saturno (20000 Km circa). Cassini-Huygens ha continuato a viaggiare al di sopra del piano degli anelli per circa 1 ora e 44 minuti, prima di ridiscendere ancora al di sotto di esso. La manovra Saturn Orbit Insertion (SOI), è stata una fase critica per il successo dell'intera missione. L'estrema vicinanza del veicolo al pianeta ed ai suoi anelli, ha fornito un'opportunità unica per l'approfondito studio del pianeta, tramite le strumentazioni di bordo sono state svolte indagini nelle onde elettromagnetiche, nelle particelle e nelle immagini catturate dai sistemi della sonda.
Il tour di Cassini di Saturno e delle sue lune Dopo l'arrivo e l'inserimento orbitale, Cassini ha iniziato il suo tour del sistema di Saturno che durerà 74 orbite attorno al pianeta, ed includerà 53 incontri ravvicinati con 7 delle 31 lune conosciute di Saturno. Il tragitto di Cassini attorno al pianeta sarà modellato dalle assistenze gravitazionali fornite dai fly-bys di Titano. Il complesso di sonde farà almeno altri otto fly-bys, di Phoebe e di Hyperion e di altre quattro lune ghiacciate, Iapetus, Enceladus, Dione e Rhea. Queste lune sono state scelte grazie ai dati forniti dalle missioni precedenti, che hanno suggerito il fatto che esse potrebbero contenere le chiavi per la comprensione dei misteri del sistema saturniano, e probabilmente anche del Sistema Solare. Ci saranno almeno altri 30 fly-bys, seppur a distanze elevate (fino a 100000 Km) con le altre lune più grosse. L'inclinazione variabile del percorso orbitale della sonda madre, permetterà inoltre lo studio sia delle regioni polari che di quelle equatoriali del gigante gassoso. Titano sarà il soggetto di ricerche ravvicinate da parte di Cassini, che eseguirà 45 mirati sorvoli di questa luna, fino ad una distanza di 950 Km dalla superficie, permettendone la mappatura ad alta risoluzione grazie allo strumento Titan Imaging Radar. Questo radar potrà penetrare le foschie opache che avvolgono Titano fornendo delle vivide mappe topografiche della sua superficie. In sinergia con gli altri dati forniti da Huygens, si potranno elaborare delle immagini tridimensionali della superficie di Titano e della sua atmosfera.
Il viaggio di Cassini attorno a Saturno è diviso in 6 segmenti: " Inserimento nell'orbita di Saturno (Saturn Orbit Insertion) e rilascio della sonda Huygens " Occultation Sequence " Petal Rotation and Magnetotail Petal " Titan 180 Transfer " Rotation / Icy Satellites " High Inclination Sequence
Gli incontri con le lune di Saturno
ORBITA - LUNA - DATA - ALTITUDINE (KM)
  • 0 Phoebe 11/06/04 1997
  • A Titano 26/10/04 1200
  • B Titano 13/12/04 2358
  • B Rilascio di Huygens 24/12/04 n/a
  • C Iapetus 01/01/05 65000
  • C Titano 14/01/05 60000
  • 3 Titano 15/02/05 950
  • 3 Enceladus 17/02/05 1179
  • 4 Enceladus 09/03/05 500
  • 5 Titano 31/03/05 2523
  • 6 Titano 16/04/05 950
  • 11 Enceladus 14/07/05 1000
  • 12 Mimas 02/08/05 45100
  • 13 Titano 22/08/05 4015
  • 14 Titano 07/09/05 950
  • 15 Tethys 24/09/05 33000
  • 15 Hyperion 26/09/05 990
  • 16 Dione 11/10/05 500
  • 17 Titano 28/10/05 1446
  • 18 Rhea 26/11/05 500
  • 19 Titano 26/12/05 10429
  • 20 Titano 15/01/06 2042
  • 21 Titano 27/02/06 1812
  • 22 Titano 18/03/06 1947
  • 23 Titano 30/04/06 1853
  • 24 Titano 20/05/06 1879
  • 25 Titano 02/07/06 1911
  • 26 Titano 22/07/06 950
  • 28 Titano 07/09/06 950
  • 29 Titano 23/09/06 950
  • 30 Titano 09/10/06 950
  • 31 Titano 25/10/06 950
  • 35 Titano 12/12/06 950
  • 36 Titano 28/12/06 1500
  • 37 Titano 13/01/07 950
  • 38 Titano 29/01/07 2776
  • 39 Titano 22/02/07 953
  • 40 Titano 10/03/07 956
  • 41 Titano 26/03/07 953
  • 42 Titano 10/04/07 951
  • 43 Titano 26/04/07 951
  • 44 Titano 12/05/07 950
  • 45 Titano 28/05/07 2425
  • 46 Titano 13/06/07 950
  • 47 Tethys 27/06/07 16200
  • 47 Titano 29/07/07 1942
  • 48 Titano 19/07/07 1302
  • 49 Rhea 30/08/07 5100
  • 49 Titano 31/08/07 3227
  • 49 Iapetus 10/09/07 1000
  • 50 Titano 02/10/07 950
  • 52 Titano 19/11/07 950
  • 53 Titano 05/12/07 1300
  • 54 Titano 20/12/07 953
  • 55 Titano 05/01/08 949
  • 59 Titano 22/02/08 959
  • 61 Enceladus 12/03/08 995
  • 62 Titano 25/03/08 950
  • 67 Titano 12/05/08 950
  • 69 Titano 28/05/08 1316

Gli strumenti scientifici di Cassini
Per raccogliere la maggior quantità possibile di dati scientifici durante la sua storica missione presso il sistema di Saturno, il veicolo Cassini-Huygens è equipaggiato con 18 strumenti, di cui 12 sull'orbiter Cassini e 6 sulla sonda Huygens. La maggior parte di queste sofisticate apparecchiature è in grado di svolgere funzioni multiple, e i dati che esse raccoglieranno saranno studiati da scienziati di tutto il mondo.
Cassini Plasma Spectrometer (CAPS): Il Cassini Plasma Spectrometer misura il flusso degli ioni in funzione della loro massa per carica, ed il flusso di ioni ed elettroni in funzione dell'energia per carica ed angolo di incidenza rispetto allo strumento stesso. CAPS indaga sulle molecole originate dalla ionosfera di Saturno e determina anche la configurazione del suo campo magnetico. Inoltre, questo strumento investiga sul plasma presente in queste zone oltre al vento solare all'interno della magnetosfera del pianeta gassoso.
Caratteristiche principali:
Massa: 12.5 Kg Consumo medio di energia: 14.5 W Velocità media di trasmissione dati: 8 kilobits/s
Cosmic Dust Analyser (CDA): Il Cosmic Dust Analyser (CDA) fornisce delle osservazioni dirette del particolato presente nel sistema saturniano, per studiarne le proprietà fisiche, chimiche e dinamiche, e per valutarne le interazioni con gli anelli, con i satelliti ghiacciati e con la magnetaosfera del pianeta.
Caratteristiche principali:
Massa: 16.36 Kg Picco di consumo energetico: 18.38 W (inclusa l'articolazione) Consumo medio di energia: 11.38 W Velocità di picco di trasmissione dati: 0.524 kilobits/s Dimensioni: 81 cm X 67 cm X 45 cm
Composite Infrared Spectrometer (CIRS): Il Composite Infrared Spectrometer (CIRS) consiste in due interferometri che misurano le emissioni infrarosse provenienti dalla superficie, dall'atmosfera e dagli anelli di Saturno e dalle sue lune in lunghezze d'onda che vanno dai 7 ai 1000 m (da 1400 a 10 cm-1) per studiare la loro temperatura e la loro composizione. CIRS ha diversi obiettivi scientifici nelle atmosfere di Saturno e Titano, nei satelliti ghiacciati e negli anelli, incluse le determinazioni della loro composizione e del loro stato termico. Questo strumento eseguirà la mappa tridimensionale dell'atmosfera di Saturno per determinarne le temperature, le pressioni, la composizione dei gas e la distribuzione degli aerosols e delle nubi in base alle altitudini relative.
Caratteristiche principali: Massa: 39.24 Kg Picco di consumo energetico: 32.89 W Consumo medio di energia: 26.37 W Dimensioni: 89 X 76 X 52 cm; Diametro del telescopio: 50 cm
Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS): Misura le caratteristiche degli ioni positivi e delle specie neutre, e la loro diffusione nell'atmosfera superiore di Titano e nella magnetosfera di Saturno oltre che delle sue lune ghiacciate e degli anelli. L'INMS studierà, inoltre, i gas neutri e gli ioni positivi nelle atmosfere di Saturno e di Titano, e nelle vicinanze degli anelli e dei satelliti ghiacciati. Esso contribuirà anche allo studio della magnetosfera di Saturno. Caratteristiche principali: Massa: 9.25 Kg Consumo medio di energia: 27.7 W Velocità media di trasmissione dati: 1.5 Kilobits/s
Imaging Science Subsystem (ISS): E' un sensore remoto che prende immagini nella luce visibile, nel vicino ultravioletto e nel vicino infrarosso. L'ISS ha una videocamera che è in grado di rilevare immagini grandangolari e non, e una videocamera che può riprendere piccole aree in elevato dettaglio. Gli esperimenti di Cassini sulla rilevazione delle immagini, riguardano una varietà di obiettivi particolari (Saturno, gli anelli, Titano, le lune ghiacciate, e i campi stellari) e una varietà di altri argomenti di carattere scientifico su larga scala. Gli obiettivi scientifici includono lo studio delle atmosfere di Saturno e Titano, degli anelli e delle loro interazioni con i satelliti saturniani, e le caratteristiche superficiali dei satelliti, Titano incluso.
Caratteristiche principali: Massa: 57.83 Kg Consumo energetico massimo: 55.9 W Velocità massima di trasmissione dati: 365.568 Kilobits/sec.
Dual-Technique Magnetometer (MAG): Studia il campo magnetico di Saturno e le sue interazioni con il vento solare, con gli anelli, con le lune di Saturno, e con l'ambiente circostante. i magnetometri sono degli strumenti che rilevano e misurano la forza dei campi magnetici nelle vicinanze della sonda spaziale. Il Cassini Dual-Technique Magnatometer (MAG), effettuerà le sue misurazioni durante gli incontri con Saturno e Titano. Il MAG consiste di un sensore vettore/scalare ad elio, di un sensore "fluxgate", di un'unità di elaborazione dei dati, di tre generatori di energia, e del software operativo con tutte le elettroniche associate ai sensori. L'obiettivo principale del MAG è quello di costruire un modello tridimensionale della magnetosfera saturniana, oltre quello di determinare le caratteristiche magnetiche di Titano, della sua atmosfera, dei satelliti ghiacciati, e del loro influsso sulla magnetosfera complessiva di Saturno.
Caratteristiche principali: Massa: 3 Kg Consumo energetico medio: 3.1 W Velocità media di trasmissione dati: 3.6 Kilobits/sec. Dimensioni: 78 cm x 76 cm x 55 cm
Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI): Rileva immagini della magnetosfera di Saturno e misura le interazioni fra la magnetosfera ed il vento solare, il flusso di gas ionizzati emesso dal Sole. In particolare, dovrà: " Misurare la composizione, la carica e la distribuzione energetica degli ioni e degli elettroni. " Rilevare le specie neutre veloci. " Rilevare in modalità remota le immagini della magnetosfera di Saturno.
Questi dati verranno utilizzati per lo studio della configurazione complessiva e delle dinamiche della magnetosfera, e le sue interazioni con il vento solare, con l'atmosfera saturniana, con Titano, gli anelli e le lune ghiacciate. Il Magnetospheric Imaging Instrument (MINM) fornirà remotamente delle immagini globali dei plasma caldi di Saturno ed eseguirà delle misurazioni dirette del plasma caldo, inclusi i suoi cambi di stato e la sua composizione elementare.
Caratteristiche principali: Massa: 16 Kg Consumo energetico medio: 14 W Velocità media di trasmissione dati: 7 Kilobits/sec.
Cassini Radar (RADAR): Esegue la mappatura della superficie di Titano usando il Radar Imager per penetrare la foschia della sua atmosfera. Esso registra anche i rilievi della morfologia superficiale. Il Cassini RADAR utilizza il dispositivo a cinque fasci dell'antenna a banda Ku associata all'antenna ad alto guadagno della sonda, per dirigere onde radar verso determinati obiettivi e catturarne la radiazione di corpo nero e i segnali radar riflessi dagli obiettivi medesimi. Il RADAR verrà usato per svolgere indagini sulla superficie di Saturno e di Titano effettuando quattro tipi di osservazioni: immagine, altimetrica, backscatter e radiometrica.
Principali componenti del Cassini RADAR: " Synthetic Aperture Radar Imager [SAR] (13.78 GHz su banda Ku; risoluzione di 0.35-1.7 Km) " Altimetro (13.78 GHz su banda Ku; risoluzione orizzontale di 24-27 Km; risoluzione verticale di 90 -150 m) " Radiometro (13.78 GHz su banda Ku passiva; risoluzione di 7-310 Km)
Caratteristiche principali: Massa: 41.43 Kg Consumo energetico massimo: 108.4 W Velocità massima di trasmissione dati: 364.8 Kilobits/sec.
Radio and Plasma Wave Science (RPWS): Investiga sulle onde di plasma (generate dai gas ionizzati provenienti dal Sole o che orbitano attorno a Saturno), e sulle emissioni naturali di onde radio. Gli scopi principali dello strumento Radio and Plasma Wave Science (RWPS) sono quelli di misurare i campi elettrici e magnetici, la densità degli elettroni e la temperatura nel medium interplanetario e nelle magnetosfere planetarie. L'RPWS investigherà sulle onde elettriche e magnetiche del plasma spaziale nei pressi di Saturno. Il plasma è generato e diffuso dal vento solare, ma è anche contenuto nei campi magnetici (magnetosfere) di oggetti celesti come Saturno e Titano. Questo strumento effettuerà le sue misurazioni nel medium interplanetario e nelle magnetosfere planetarie, e rileverà direttamente la densità elettronica e le temperature del plasma nelle vicinanze della sonda. L'RPWS studierà inoltre la configurazione del campo magnetico di Saturno e le sue relazioni con la Saturn Kilometric Radiation (SKR), oltre a monitorare e mappare la ionosfera, il plasma e i fenomeni atmosferici (fulmini) del pianeta gassoso.
Caratteristiche principali: Massa: 6.8 Kg Consumo energetico medio: 7 W Velocità media di trasmissione dati: 0.9 Kilobits/sec.
Radio Science Subsystem (RSS): Il Radio Science Subsystem (RSS) utilizza i sistemi di comunicazione su banda-X, S e Ka del veicolo per studiare le composizioni, le pressioni e le temperature delle atmosfere e ionosfere; la struttura radiale e la distribuzione dimensionale del particolato degli anelli, le masse dei vari corpi celesti, e le onde gravitazionali. Gli esperimenti di Radio Science prevedono l'utilizzo dei sistemi radio del veicolo e delle antenne sulla Terra, oltre che di altri strumenti scientifici. Questi esperimenti misurano le riflessioni, gli spostamenti Doppler, e le altre modificazioni che i segnali radio subiscono quando la sonda viene occultata dai pianeti, dalle lune, dalle atmosfere e dalle strutture fisiche che caratterizzano l'ambiente saturniano. Da queste misurazioni, gli scienziati potranno derivare informazioni relative alle strutture e alle composizioni, dei corpi occultati.
Caratteristiche principali: Massa: 14.38 Kg Consumo energetico massimo: 80.7 W
Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS): L'Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS) consiste in un set di detectors ideati per misurare la luce ultravioletta riflessa od emessa dalle atmosfere, dagli anelli, e dalla varie superfici, in lunghezze d'onda che vanno dai 55.8 ai 190 nanometri, per determinare la loro composizione, la distribuzione, il contenuto di aerosol e le temperature.
L'UVIS misurerà le fluttuazioni della luce stellare e solare, mentre il Sole e le stelle si muoveranno dietro gli anelli e le atmosfere di Saturno e Titano, determinando quindi le concentrazioni atmosferiche dell'idrogeno e del deuterio. Questi dati verranno utilizzati per gli studi sulle atmosfere, sulla magnetosfera e sugli anelli del sistema saturniano.
Caratteristiche principali: Massa: 14.46 Kg Consumo energetico massimo: 11.83 W Velocità massima di trasmissione dati: 32.096 Kilobits/sec. Dimensioni: 48 cm x 30 cm x 23 cm.
Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS): Il Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) consiste in un paio di spettrometri grigliati per immagini, progettati per misurare le radiazioni riflesse ed emesse dalle atmosfere, dagli anelli, e dalle varie superfici, in lunghezze d'onda che vanno dai 0.35 ai 5.1 microns, per determinarne le loro composizioni, temperature e strutture.
Il VIMS verrà usato per mappare la distribuzione spaziale superficiale delle caratteristiche chimiche e minerali di una varietà di obiettivi primari e secondari. Questi obiettivi includono gli anelli, le superfici dei satelliti, e l'atmosfera di Saturno e di Titano.
Caratteristiche principali: Massa: 37.14 Kg Consumo energetico massimo: 27.20 W Consumo energetico medio: 21.83 W Velocità massima di trasmissione dati: 82.784 Kilobits/sec. Dimensioni: 78 cm x 76 cm x 55 cm
La missione di Huygens Dopo un viaggio di sette anni aggrappata ad un lato dell'Orbiter Cassini, Huygens verrà rilasciata il 25 Dicembre 2004 in prossimità del suo obiettivo finale. La sonda europea, quindi, viaggerà per 22 giorni prima di raggiungere Titano, il 14 Gennaio 2005.
La sonda Huygens La sonda Huygens ha un diametro di 2.7 metri, ed assomiglia molto, come concezione, ad un'ostrica: infatti un rigido guscio esterno proteggerà le sue delicate strumentazioni scientifiche dalle temperature estreme che Huygens dovrà affrontare durante la sua discesa nell'atmosfera di Titano. Essa consiste di due moduli: l'Entry Assembly Module e il Descent Module.
L'Entry Assembly Module trasporta gli equipaggiamenti per il controllo di Huygens dopo la sua separazione da Cassini. E' fornita di uno scudo termico che fungerà anche da aerofreno.
Il Descent Module contiene gli strumenti scientifici. Durante la discesa la sonda userà tre differenti paracadute in sequenza.
La separazione della sonda ed il viaggio verso Titano Prima della separazione della sonda dall'Orbiter, il timer di "navigazione" verrà aggiornato con i dati precisi necessari per l'avviamento dei sistemi della sonda (che avverrà 15 minuti prima dell'approccio finale con l'atmosfera di Titano). Quindi Huygens si separerà dall'Orbiter e navigherà verso Titano per 22 giorni, con tutti i sistemi spenti, eccetto il timer di riattivazione. La sonda si allontanerà da Cassini ad una velocità di 30 cm/s, e ruotando 7 volte al minuto per mantenere una sicura stabilità attitudinale nelle fasi salienti della sua missione. Cinque giorni dopo il rilascio di Huygens, Cassini eseguirà una manovra di deviazione, che la collocherà nella posizione ottimale per la raccolta dei dati che trasmetterà Huygens durante la sua missione.
Il collegamento radio della sonda verrà attivato all'inizio della fase di discesa, e l'Orbiter ascolterà le sue comunicazioni per le tre ore seguenti, inclusi anche i 30 minuti successivi all'impatto. Poco dopo il termine di queste 3 ore, l'antenna ad alto guadagno di Cassini (High-Gain Antenna - HGA) verrà distolta da Titano e direzionata verso la Terra.
L'atmosfera di Titano,molto ricca di azoto, si estende nello spazio 10 volte di più che quella della Terra. Questo significa che i limiti esterni della sua atmosfera possono estendersi per 600 Km nello spazio. Quando la sonda rileverà questo debole confine, il timer di navigazione si attiverà accendendo tutta la strumentazione scientifica di Huygens.
La discesa attraverso l'atmosfera di Titano Lo scudo termico del diametro di 2.75 metri, e le altre protezioni termiche, proteggeranno il modulo scientifico in essi racchiuso, dal calore generato dall'attrito con l'atmosfera di Titano. Il picco termico massimo è atteso ad un altitudine compresa fra i 350 ed i 220 km, dove Huygens decelererà dai circa 6 Km/s a 400 m/s in meno di 120 secondi. La rilevazione di questo evento da parte dei sistemi di bordo verrà usata per resettare il timer della sequenza di discesa pre-programmata. Alla velocità di 400 m/s (Mach 1.5) inizierà la sequenza di apertura del paracadute.
Una carica pirotecnica verrà fatta esplodere per liberare il paracadute pilota del diametro di 2.59 m, che di seguito, strapperà la copertura posteriore e permettendo l'apertura del paracadute principale di 8.3 m. Dopo di che, lo scudo termico anteriore verrà rilasciato.
Dopo un lasso di tempo di 30 secondi, per assicurare il sufficiente allontanamento dello scudo termico ed evitare eventuali contaminazioni, le apparecchiature scientifiche verranno esposte iniziando i rilievi dell'atmosfera di Titano. Dopo altri 15 minuti verrà sganciato il paracadute principale (per evitare di allungare troppo la discesa), e verrà fatto aprire un altro piccolo paracadute di 3.03 m. La durata complessiva della discesa sarà compresa fra i 120 ed i 150 minuti.
Le cinque batterie a bordo di Huygens sono state costruite per garantire una durata di 153 minuti, corrispondenti ad un tempo massimo di discesa di 2.5 ore, più almeno altri 3 minuti (e possibilmente mezz'ora e più), sulla superficie di Titano. Queste batterie saranno in grado di generare 1800 W/h.
Nel corso della sua discesa, la videocamera di Huygens catturerà più di 1100 immagini, mentre gli altri cinque strumenti della sonda campioneranno direttamente l'atmosfera di Titano per studiarne la composizione. I dati raccolti da Huygens verranno inviati all'Orbiter Cassini, mentre esso sorvolerà Titano. La sonda madre li stiverà nelle sue memorie a stato solido (Solid State Recorder SSR), e di seguito li invierà a Terra.
Gli strumenti scientifici di Huygens Per raccogliere la maggior quantità possibile di dati scientifici durante la sua missione storica nel sistema saturniano, la coppia di sonde Cassini-Huygens è stata equipaggiata con 18 strumenti scientifici, 12 sull'Orbiter Cassini e 6 sulla sonda Huygens. La maggior parte di questi strumenti sofisticati è in grado di svolgere multiple funzioni, ed i dati da essi raccolti verranno studiati da scienziati di tutto il mondo.
ACP (Aerosol Collector and Pyrolyser). Raccoglierà gli aerosols che verranno analizzati da Gascromatografo e dallo Spettrometro di Massa. Esso è equipaggiato con un dispositivo estensibile di campionamento che opererà per due volte durante la discesa. Il primo campionamento verrà effettuato ad un'altitudine di 40 Km, il secondo campionamento verrà effettuato nello strato delle nubi, ad un'altitudine compresa fra i 23 ed i 17 Km. Dopo l'estensione del dispositivo di campionamento, una pompa invia l'atmosfera con il suo contenuto di aerosols in un filtro che serve appunto ad bloccare questi ultimi. Al termine di ogni fase di campionamento, il filtro verrà posto in una fornace di pirolisi dove avverrà l'analisi del materiale prelevato, prima a temperatura ambiente (circa 0°C), e poi mentre verrà portato a 250°C, ed infine a 600°C; questo per condurre una pirolisi a più stadi. I prodotti della pirolisi verranno poi fatti fluire nel Gascromatografo e nello Spettrometro di Massa per le relative analisi.
DISR (Descent Imager and Spectral Radiometer). Il DISR è uno strumento ottico remoto. Esso include un set di fotometri rivolti verso l'alto e verso il basso, uno spettrometro infrarosso, ed uno nel visibile, un sensore solare, un sistema di ripresa laterale, e due sistemi di ripresa rivolti verso il basso (uno ad alta e l'altro a media risoluzione). Vi è inoltre un altro sensore solare che servirà a misurare la velocità di rotazione della sonda. Il DISR effettuerà misurazioni nel range compreso fra gli 0.3 e gli1.7 microns.
DWE (Doppler Wind Experiment). E' stato progettato per determinare la direzione e la forza dei venti locali di Titano. Un alto profilo della velocità dei venti verrà derivato dallo spostamento Doppler residuo subito dagli impulsi radio inviati di Huygens verso Cassini. Questo spostamento verrà corretto da tutti gli altri movimenti noti (movimenti relativi delle sonde e ed altri effetti di propagazione dei segnali). Gli spostamenti indotti dai venti verranno misurati con una precisione migliore 1 m/s, partendo dall'apertura del paracadute, a circa 165 Km dalla superficie. Gli obiettivi secondari di questo esperimento sono quelli di indagare sulle dinamiche della sonda (velocità di rotazione, ecc.) durante la discesa, la posizione e l'orientamento della sonda prima e dopo l'atterraggio.
GCMS (Gas Chromatograph and Mass Spectrometer). E' un esperimento ideato per misurare la composizione chimica dell'atmosfera di Titano, da un altitudine di 170 Km fino alla superficie, e per determinare la percentuale degli isotopi dei principali costituenti gassosi atmosferici. Queste apparecchiature analizzeranno inoltre i campioni di gas provenienti dall'esperimento ACP, ed indagheranno sulla composizione superficiale.
HASI (Huygens Atmospheric Structure Instrument). E' uno strumento multi-sensore che misurerà le proprietà fisiche ed elettriche dell'atmosfera di Titano. Il suo set di sensori consiste in un accelerometro a 3 assi, un sensore di temperatura, un sensore multi-range di pressione, un microfono, ed un sensore per i campi elettrici. L'accelerometro è stato specificatamente ottimizzato per misurare la decelerazione di ingresso nell'atmosfera, con l'intento di dedurne la struttura. Il sensore di campo elettrico consiste in una sonda a "rilassamento" che misura la conduttività ionica atmosferica, e in un pannello di elettrodi quadripolo per la misura della permittività sia dell'atmosfera che della superficie del pianeta. Il sensore verrà anche usato per rilevare le onde elettromagnetiche atmosferiche. Infine, per ottenere informazioni inerenti la superficie, HASI processerà anche i segnali riflessi dell'altimetro radar.
SSP (Surface Science Package). Si tratta di una suite di sensori per la determinazione delle proprietà fisiche della superficie del punto di atterraggio, e per la raccolta di informazioni sulla composizione del materiale superficiale. La strumentazione include un trasduttore di forza per la misurazione della decelerazione all'impatto, e dei sensori per la misurazione dell'indice di rifrazione, della temperatura, della conducibilità termica, della capacità calorica, della velocità del suono, e della costante dielettrica del materiale superficiale. La suite strumentale include anche una sonda acustica per la rilevazione degli strati atmosferici al suolo, e delle proprietà fisiche superficiali prima dell'atterraggio. Se la sonda europea dovesse atterrare in un liquido, il dispositivo acustico verrà usato per determinarne la profondità. Un sensore di pendenza indicherà l'attitudine di Huygens dopo l'atterraggio.
Un po' di ingegneria
Introduzione Il veicolo Cassini-Huygens è uno dei più grandi, pesanti e complessi veicoli interplanetari mai costruiti. Il corpo principale dell'Orbiter è quasi cilindrico, e consiste di un modulo inferiore per l'equipaggiamento, di un modulo per la propulsione, e di un modulo superiore, anch'esso per l'equipaggiamento. Il tutto è sovrastato dall'antenna ad alto guadagno, del diametro di quattro metri. Alla metà circa di questa struttura a più piani, vi sono un Remote Sensing Pallet, che alloggia videocamere ed altri strumenti di osservazione remota, ed un Fields and Particles Pallet, che trasporta gli strumenti che studiano i campi magnetici e le particelle cariche. Questi due pallets, di fatto, trasportano la maggior parte degli strumenti scientifici dell'Orbiter Cassini. Di norma, l'intero veicolo spaziale deve essere ruotato per orientare i propri strumenti nella corretta direzione di osservazione, benché tre di questi strumenti possiedano una propria capacità di articolazione su singolo asse.
Le principali caratteristiche di Cassini:
Massa a secco (solo l'Orbiter) 2125 Kg Massa al lancio (Orbiter, sonda Huygens, adattatore del veicolo di lancio, carburante) 5712 Kg Altezza 6.7 m Larghezza 4 m Potenza (all'inizio della missione) 885 W Potenza (al termine della missione nominale) 633 W
Ingegneria meccanica
Struttura
Il Structure Subsystem fornisce il supporto meccanico e l'allineamento per tutti gli equipaggiamenti, inclusa la sonda Huygens. In più, oltre a fornire il suo supporto "scheletrico", esso fornisce anche conducibilità termica, serve da superficie equipotenziale, e non da ultimo, serve da messa a terra. Il sottosistema strutturale serve anche da schermo per le interferenze da frequenze radio, e da protezione contro le radiazioni e le micrometeoriti. Prima del lancio esso fornisce anche dei punti di aggancio per le attrezzature di terra.
Dispositivi meccanici
I Mechanical Device Subsystems forniscono al veicolo spaziale un controllo del movimento "senza feedback". Questi sottosistemi consistono in un numero di meccanismi che sono serviti per la separazione di Cassini dal veicolo di lancio Centaur, oltre a comprendere tutti i sistemi pirotecnici con i relativi iniziatori. Essi inoltre forniscono la Magnetometer Science Boom Assembly (MAG) estensibile; una piattaforma articolata per il controllo a reazione; le Thermal Louvre Assemblies (TLAs) per il trasferimento passivo del calore; e le Variable Radioisotope Heater Units (VRHUs).
Ingegneria termica
Come implica il nome, il Temperature Control Subsystem è il sistema responsabile per il mantenimento della temperatura della sonda entro limiti accettabili. Il tour di Cassini all'interno del sistema di Saturno, esporrà la sonda stessa ad estreme variazioni della temperatura ambientale. Infatti, quando la sonda ha sorvolato Venere, il riscaldamento solare è stato circa tre volte superiore a quello esistente alla distanza media fra la Terra e il Sole. All'altro estremo, l'irradianza solare nel sistema di Saturno è circa 100 volte inferiore di quella ad 1 AU (Unità astronomiche), quindi il problema del congelamento si fa preoccupante.
La temperatura corretta su Cassini-Huygens viene mantenuta attraverso una combinazione di hardware designato appositamente e di speciali procedure di gestione della sonda. Per esempio, nel corso del viaggio verso Saturno, l'antenna ad alto guadagno è stata orientata verso il Sole fino a quando la distanza della sonda dalla nostra stella non ha raggiunto le 2.7 AU, per riparare la maggior parte delle componenti della sonda. L'hardware speciale per il controllo della temperatura include delle coperture termiche, degli schermi, delle feritoie di ventilazione e dei riscaldatori. Le coperture termiche forniscono isolamento, gli schermi termici riparano gli equipaggiamenti dal Sole, mentre le feritoie dissipano il calore dai loculi che alloggiano l'elettronica. Ogni strumento ha un riscaldatore elettrico, ma questi dispositivi vengono usati con parsimonia per portare l'apparecchiatura alla sua temperatura nominale di lavoro. Tuttavia, grazie ad una progettazione intelligente, sono stati necessari pochi altri riscaldatori, visto che il calore residuo fornito dai Radioisotope Termoelectric Generators (RTGs) viene a sua volta usato per riscaldare gli equipaggiamenti elettronici.
L'Energia Elettrica
I Power and Pyrotechnics Subsystems forniscono una tensione regolata di 30 Volts DC a tutto il veicolo spaziale. L'energia è generata da tre Radioisotope Thermoelectric Generators (RTGs), ognuno dei quali usa il calore derivato dal decadimento radioattivo di 10.9 Kg di diossido di plutonio per generare 300 W di energia elettrica al lancio, che si riducono a circa 210 W al termine nominale della missione (11 anni dopo il decollo).
L'energia proveniente dai RTGs è condizionata e distribuita ai vari componenti elettrici del veicolo. Fra di essi, vi sono anche i dispositivi elettro-esplosivi, o pirotecnici, che vengono usati nel corso della missione, come all'inizio, per separare la sonda dal vettore Centaur.
Il Cablaggio
Il Cabling Subsystem è formato da tutti i cablaggi necessari a tutti gli altri sottosistemi. Le interconnessioni sono richieste per l'energia, la strumentazione, i sistemi di comando, di gestione dei dati, e per gli inneschi pirotecnici. Il Cassini Cabling System è un sistema passivo (non contiene componenti elettronici attivi, non genera segnali autonomamente, e non consuma energia). La sua unica funzione è quella di trasferire segnali elettrici da un sottosistema all'altro.
La Propulsione Il Propulsion Module Subsystem fornisce la spinta necessaria al veicolo, per il suo viaggio, per i cambiamenti d'orbita e per il controllo attitudinale. Il motore principale è impiegato per dare velocità alla sonda e per le correzioni di traiettoria. Vi sono due motori principali identici, uno in uso, e l'altro di backup. I propellenti sono tetrossido d'azoto come ossidante e monometil-idrazina come carburante. Ogni motore fornisce una spinta di 445 N.
Vi sono inoltre sedici propulsori da 0.5 N arrangiati in quattro gruppi da quattro ugelli ciascuno, che vengono impiegati per il controllo attitudinale, ed anche per piccole manovre di variazione della velocità (<0.5 m/s). Questi ultimi motori impiegano idrazina che viene sottoposta a decomposizione catalitica per generare spinta.
Il Controllo dell'Attitudine L'Attitude and Articulation Control Subsystem è responsabile di tre funzioni, con abilità variabili. La sua prima responsabilità è quella di mantenere il controllo attitudinale del veicolo, ovvero la sua corretta posizione lungo i tre assi. La seconda, ad un grado decisamente inferiore, la sua articolazione, e la terza funzione è quella del controllo del puntamento del propulsore principale della sonda.
Per poter variare la propria posizione, Cassini-Huygens deve innanzitutto conoscere il proprio orientamento e la sua corrente posizione. Questa funzione viene chiamata "determinazione attitudinale", e viene espletata nell'Attitude and Articulation Control Subsystem da tre Inertial Reference Units (IRUs) e da una Stellar Reference Unit (SRU), o tracciatore stellare. Le IRUs usano dei giroscopi a stato solido, mentre la SRU naviga rilevando le stelle del proprio campo visivo comparandole con quelle del proprio catalogo di bordo di oltre 5000 stelle. Infine, le Reaction Wheel Assemblies (RWAs) sono uno dei due sistemi usati per fornire il controllo di puntamento del veicolo spaziale in volo (l'altro è composto dai motori del Propulsion System). Le RWAs contengono delle ruote mosse elettricamente (giroscopi). Esse sono montate nella sonda, ortogonalmente nei tre assi. La variazione della velocità di rotazione di una ruota, causa un momento torcente lungo l'asse della ruota medesima. Le Comunicazioni
Radio Frequency Subsystem Il Radio Frequency Subsystem, assieme al sottosistema delle antenne, fornisce al veicolo spaziale la capacità di comunicare e di ricevere informazioni e comandi dalla Terra. Come già evidenziato precedentemente nella descrizione degli strumenti scientifici di Cassini, una parte del Radio Frequency Subsystem viene anche impiegata come Radio Science Instrument. Riguardo alle telecomunicazioni, il RFS produce una portante su banda-X a 8.4 GHz modulandola con i dati ricevuti dal Command and Data System, inoltre amplifica tale portante per produrre una potenza di 20 Watts dai Traveling Wave Tube Amplifiers (TWTA), e la invia ai sottosistemi delle antenne.
Le parti di questo sottosistema utilizzate come strumenti di radio-scienza sono: l'Antenna ad Alto Guadagno (ANT), l'Ultra Stable Oscillator (USO), i Deep Space Transponder (DSTs), e gli X-band Traveling Wave Tube Amplifiers (X-TWTAs).
Le Antenne L'Antenna Subsystem consiste nell'High-Gain Antenna (HGA o Antenna ad Alto Guadagno) e nelle due Low-Gain Antennas (Antenne a Basso Guadagno: LGA-1 e LGA-2). La funzione primaria dell'antenna ad alto guadagno è di supportare le comunicazioni con la Terra. Essa viene inoltre usata per gli esperimenti scientifici S-band Huygens Probe Science, Ku-band RADAR, e Ka-band Radio Science. L'antenna ad alto guadagno consiste in un riflettore primario Cassegrain a parabola di 4 metri di diametro, con un sub-riflettore montato di fronte al punto focale del riflettore primario e con i sistemi di alimentazione.
Per evitare che i dannosi raggi solari potessero raggiungere le strumentazioni del veicolo durante la prima parte del viaggio verso Saturno, l'Antenna ad Alto Guadagno è stata puntata verso il Sole, fungendo così da "ombrellone solare". Con la sua antenna più potente non puntata verso la Terra, la sonda ha usato le antenne a basso guadagno per scambiare informazioni con il centro di controllo del volo. Le antenne a basso guadagno forniscono una copertura omni-direzionale, al contrario dell'Antenna ad Alto Guadagno, che è stata accuratamente puntata una volta che Cassini-Huygens ha raggiunto una distanza sufficiente dal Sole, ottenendo delle comunicazioni più veloci.
Distanze e velocità di trasmissione Una volta raggiunta l'orbita di Saturno, la distanza di Cassini dalla Terra varia dalle 8.6 alle 10.6 UA (da 1.3 a 1.6 x 10 alla 9 Km). I segnali radio, quindi, impiegano dai 68 agli 84 minuti per viaggiare dalla sonda alle stazioni di terra. In dipendenza della fase della missione, la velocità di trasmissione dei dati varia dai 5 bits al secondo ai 249 Kilobits al secondo.
Gestione dei Dati
Sottosistema per il Comando ed i Dati Il Command and Data Subsystem archivia e processa i dati provenienti da tutti i sottosistemi, dai sensori e dagli strumenti scientifici. Esso inoltre impartisce i comandi a tutti i sottosistemi ed agli strumenti. L'Orbiter richiede una capacità di elaborazione dei dati di bordo molto vasta, per il fatto che la maggior parte della missione di Cassini viene compiuta mentre la sonda non è in diretto contatto con i controllori di terra. Il cuore di questo sottosistema è l'Engineering Flight Computer, che è connesso a tutti i componenti del veicolo tramite un Bus Interface System. Registratori a Stato Solido Il Solid State Recorder Subsystem registra i dati scientifici e le informazioni sulle condizioni di "salute" della sonda. Il registratore non ha parti mobili, e la Cassini-Huygens è la prima missione "Deep Space" ad utilizzare questa tecnologia. Le missioni passate dovevano basarsi su dei registratori a nastro per stivare i dati raccolti. Oltre alle funzioni di registrazione e playback, questo registratore è usato per archiviare i programmi di volo critici. I dati scientifici vengono periodicamente inviati a Terra e quindi cancellati dalla memoria per fare spazio a nuovi dati. Il Solid State Recorder ha una capacità di quattro Gigabits.
Il Pacchetto Elettronico L'Electronic Packaging Subsystem contiene quasi tutto l'equipaggiamento elettronico dell'Orbiter. Questo sottosistema consiste in un bus circolare costituito da dodici vani standardizzati contenenti i moduli elettronici. L'allestimento degli assemblaggi dell'elettronica è stato ideato con particolare attenzione alla funzionalità, al cablaggio, al controllo della temperatura, alle radiazioni, alle influenze magnetiche e a considerazioni sul centro di gravità della sonda. Inoltre, gli assemblaggi elettronici sono schermati dalle interferenze elettromagnetiche.
Alcune note conclusive sulla missione interplanetaria Cassini-Huygens
NOME: Christiaan Huygens (1629-1695) è lo scienziato olandese scopritore degli anelli di Saturno, e della sua luna più grande, Titano nel 1655. L'italiano Jean-Dominique Cassini (1625-1712) è invece lo scopritore dei satelliti Lapetus, Rhea, Tethys e Dione. Nel 1675 egli ha scoperto quella che ancora oggi è conosciuta come la "Divisione di Cassini", l'esteso spazio che divide gli anelli di Saturno.
DESCRIZIONE: Cassini-Huygens è una joint-mission fra ESA e NASA. Il veicolo della NASA Cassini orbiterà attorno a Saturno per quattro anni, eseguendo un'estesa ricognizione del pianeta anellato e delle sue lune. La sonda dell'ESA Huygens sarà la prima ad atterrare su un mondo del Sistema Solare Esterno (sulla superficie di Titano, la luna più grande di Saturno). I dati raccolti da Cassini e Huygens potrebbero fornire delle spiegazioni su come è nata la vita sulla Terra.
LANCIO: 15 Ottobre 1997 (Titan-IVb/Centaur, da Cape Canaveral, USA).
STATUS: La missione è arrivata presso Saturno nel Luglio del 2004. La sonda Huygens atterrerà su Titano il 14 Gennaio 2005.
IL VIAGGIO: Il veicolo del peso di 5.6 tonnellate ha fatto quattro passaggi con assistenza gravitazionale. I passaggi sono stati i seguenti: Venere (Aprile 1998), ancora Venere (Giugno 1999), Terra (Agosto 1999) e Giove (Dicembre 2000). Il 25 Dicembre 2004, verso la fine della sua terza orbita di Saturno, la sonda Huygens si è staccata dall'Orbiter per intraprendere il suo viaggio di 22 giorni verso Titano, dove atterrerà il 14 Gennaio 2005.
CURIOSITA': Cassini-Huygens è la più grande sonda interplanetaria mai costruita. Le assistenze gravitazionali ricevute dai due fly-by con Venere e da quello con la Terra, hanno fornito al veicolo spaziale un equivalente di 68040 Kg di propellente. Nel corso del lungo viaggio verso Saturno, gli scienziati dell'ESA hanno "svegliato" la sonda Huygens ogni sei mesi per verificarne le condizioni. Lo scudo termico di Huygens può sostenere temperature fino a 18000°C. Il calore generato mentre la sonda europea penetrerà nell'atmosfera di Titano sarà immenso. Titano è uno dei più misteriosi oggetti del Sistema Solare. E' la seconda luna in ordine di grandezza, ed è l'unica luna con un'atmosfera sottile, e ricca di metano ed azoto. Gli esperti ritengono che tale atmosfera assomigli a quella primordiale della Terra.
Tutte le immagini sono © della NASA.
 

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