Hayabusa2, missione JAXA sull'asteroide Ryugu
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Hayabusa2, missione JAXA sull'asteroide Ryugu

Una delle missioni più ambiziose mai portate avanti nella storia dell'esplorazione spaziale. Il target è l'asteroide Ryugu, un corpo celeste da analizzare e da campionare in volo per la JAXA. Un orbiter con braccio robotico per prelevare materiale da riportare a Terra e quattro piccoli rover in grado di saltellare sulla superficie dell'asteroide. Un cratere artificiale per le origini del Sistema Solare.

Generalità e scopi scientifici

Hayabusa2 è una missione della JAXA finalizzata allo studio delle origini del Sistema Solare tramite campionamento dell'asteroide, NEA, Ryugu. Hayabusa2 segue alla prima missione che studiò l'asteroide Itokawa.

Pagina collegata: asteroide Ryugu

Missione Hayabusa2, rappresentazione. Crediti Akihiro Ikeshita
Missione Hayabusa2, rappresentazione.
Crediti Akihiro Ikeshita

Hayabusa2 ("falco pellegrino" la traduzione in italiano) è una sonda della JAXA (Japan Aerospace Ebploration Agency) finalizzata al raggiungimento per lo studio scientifico del Near Earth Asteroid (NEA) 162173 Ryugu, del quale preleva campioni da riportare sulla Terra.

Hayabusa2 è una sonda giapponese, opera della JAXA, che mira a comprendere origine ed evoluzione del Sistema Solare e dei composti organici alla base della vita. La sonda è l'erede di Hayabusa (MUSES-C), con la quale sono state testate diverse tecnologie, come il motore a ioni, prima del rientro sulla Terra a Giugno 2010 con campioni dell'asteroide Itokawa

Il target di Hayabusa2 è invece un asteroide di classe C chiamato Ryugu. Gli scopi di Hayabusa2 necessitano dello studio delle forme tipiche di asteroidi come quelli di classe S, C e D. Un asteroide di classe C è più antico rispetto al precedente Itokawa, di classe S, e dovrebbe contenere una quantità di composti organici e minerali idrati superiore a quelli osservati dalla missione precedente. 
Minerali e acqua salata presenti slula Terra, così come il materiale alla base della vita, sono ritenuti strettamente connessi all'interno della nebulosa solare dalla quale ha tratto origine il Sole insieme a tutto il resto dell'attuale Sistema Solare quindi il loro studio su un corpo primordiale o quasi può aiutare nella comprensione dell'origine della vita, tramite l'analisi dei campioni acquisiti e riportati sul pianeta .

L'ombra della sonda Hayabusa2 sulla superficie di Ryugu. Crediti JAXA/Hayabusa2
L'ombra della sonda Hayabusa2 sulla superficie di Ryugu. Crediti JAXA/Hayabusa2

 

Ultimo aggiornamento del: 02/12/2018 16:21:43

Caratteristiche e strumentazione on board

Un progetto ideato nel 2003 con il compito di arrivare su un asteroide e prelevare materiale sub-superficiale tramite una collisione indotta. Una missione fatta di un orbiter con braccio robotico e quattro oggetti destinati alla superficie

Il progetto è iniziato mentre la Hayabusa era ancora in attività: nel 2003 la Commissione per le attività spaziali ha approvato la missione con un annuncio arrivato dalla JAXA soltanto a gennaio 2007 a voce del presidente Keji Tachikawa. Nell'ambito del XXVII International Symposium on Space Technology and Science (ISTS), conferenza biennale giapponese, viene presentata l'architettura della missione mentre i lavori iniziano a agosto 2010, dopo l'approvazione a procedere da parte del governo nipponico. I lavori vengono assegnati inizialmente alla sola NEC Corporation per poi essere allargati alle operazioni, e al finanziamento, del DLR tedesco e del CNES francese. 

Hayabusa2, il satellite. Crediti JAXA
Hayabusa2, il satellite. Crediti JAXA

Hayabusa2 utilizza quanto testato da Hayabusa aggiungendo ulteriori nuove tecnologie. La configurazione è la stessa della sonda precedente, con variazioni legate al progredire della tecnologia come l'antenna non più parabolica ma decisamente piatta. Ulteriore tecnologia è il "collision device", presente a bordo al fine di creare un cratere in modo artificiale. Un cratere artificiale di questo tipo dovrebbe essere piccolo, con un diametro di pochi metri, quanto basta a creare una esposizione di materiale "fresco" e non inquinato da fattori ambientali e radiazioni. 

La sonda misura 1 x 1.6 x 1.4 metri con una massa di 600 chilogrammi. 

La sonda è alimentata da pannelli solari fissi che, una volta dispiegati in orbita, fanno assumere una dimensione di sei metri di larghezza apportando 2,6 KW nominali alla distanza di 1 UA dal Sole. L'assetto è mantenuto tramite quattro giroscopi, due sensori stellari, due unità di misura inerziale, quattro accelerometri e quattro sensori solari. Le comunicazioni avvengono tramite due antenne fisse ad alto guadagno (una operante nella banda X, l'altra nella banda Ka) e una antenna a medio guadagno.

Electric propulsion system (motore a ioni)

Hayabusa2, motore a ioni. Crediti JAXA
Hayabusa2, motore a ioni. Crediti JAXA

Il motore a ioni utilizza xeno e viene utilizzato per le variazioni orbitali durante la fase di cruise verso l'asteroide e per il ritorno sulla Terra. Il motore consente un dispendio energetico pari a un quinto di quello previsto da propellenti chimici. Ulteriori dodici propulsori chimici a idrazina accompagnano la manovra del satellite per le correzioni di rotta e le manovre in prossimità della Terra. 
Qualche problema è stato risolto, soprattutto in relazione a fattori di efficienza e di stabilità di accensione.  

Sampler mechanism (SMP)

Hayabusa2, SMP. Crediti JAXA
Hayabusa2, SMP. Crediti JAXA

Lo strumento Sampler mechanism SMP ha il compito di collezionare campioni dalla superficie dell'asteroide . Il disegno base è lo stesso previsto per Hayabusa, compreso un piccolo proiettile da sparare sull'asteroide al fine di collezionare il materiale espulso all'interno di uno storage. Rispetto a Hayabusa sono state apportate modifiche per migliorare la tenuta delle sostanze più volatili e sono stati incrementati i compartimenti per il mantenimento del materiale prelevato. Il bordo del campionatore è stato ripiegato in modo da evitare perdita di materiale nel caso di manovre di emergenza. 

Target markers

Hayabusa2, target markers
Hayabusa2, target markers. Crediti JAXA

Un marcatore di bersaglio viene depositato sulla superficie dell'asteroide come un mirimo per la fase di touchdown (landing). Il marcatore è costruito in modo da evitare rimbalzi durante il deposito e a tal fine è strutturato con una sorta di sacca contenente molte piccole particelle. La superficie della sacca è fatta di un materiale altamente riflettente. A bordo sono presenti cinque marcatori, contro i tre di Hayabusa

Capsula di rientro

Hayabusa2, capsula di rientro. Crediti JAXA
Hayabusa2, capsula di rientro. Crediti JAXA

A fine missione, Hayabusa2 può contare su una capsula di rientro con un contenitore in grado di trasportare i campioni prelevati sull'asteroide. Il rientro avviene alla velocità di 12 chilometri al secondo, con la capsula che dovrà poi essere recuperata sul suolo. 

Riparian Ecosystem Management Model (REMM) 

Si tratta di uno strumento inserito in Hayabusa2 al fine di misurare accelerazione, movimento e temperature interne durante la fase di volo.

Ultimo aggiornamento del: 02/12/2018 15:59:55

Strumenti di scienza

Il payload della missione Hayabusa2 consta di un orbiter in grado di andare a toccare il suolo dell'asteroide, tre piccoli rover e uno un po' più grande, in grado di saltare sull'asteroide per osservare punti diversi

Hayabusa2, l'orbiter e gli strumenti. Crediti JAXA
Hayabusa2, l'orbiter e gli strumenti. Crediti JAXA

Small Carry-on Impactor (SCI)

Hayabusa2, strumento SCI. Crediti JAXA
Hayabusa2, strumento SCI. Crediti JAXA

Hayabusa2 provvede a lanciare un corpo impattante ("Liner") sulla superficie dell'asteroide alla velocità di 2 chilometri al secondo al fine di creare una collisione artificiale. Il proiettile è un corpo di rame puro dalla massa di due chilogrammi: il materiale è stato scelto al fine di non confondere, nel cratere creato, il materiale impattante da quello proprio dell'asteroide . L'osservazione dei cambiamenti sulla superficie in seguito alla collisione consente di studiare la struttura interna dell'asteroide, oltre che campionare il materiale mai esposto alla radiazione solare ed espulso al momento dell'impatto. 

NIRS3 (Near InfraRed Spectrometer, 3µm) e TIR (Thermal Infrared Imager)

Hayabusa2, strumento NIRS3. Crediti JAXA
Hayabusa2, strumento NIRS3. Crediti JAXA

Hayabusa2 rimane a una distanza di 20 chilometri dalla superficie dell'asteroide 1999 JU3 (Ryugu) al fine di scansionare l'intera superficie tramite operazioni di sensing remoto. A tal fine la sonda è dotata di due sensore infrarossi come NIRS3 e TIR. NIRS3 è uno spettrometro a infrarossi finalizzato all'analisi minerale e all'azione chimica dell'acqua. TIR è invece finalizzato allo studio della temperatura e dell'inerzia termica dell'asteroide. In altre parole studia il suolo e la porosità delle rocce in grado di influenzare la temperatura.

Hayabusa2, strumento TIR.Crediti JAXA
Hayabusa2, strumento TIR.Crediti JAXA

La temperatura superficiale dell'asteroide varia durante il giorno di Ryugu, aumentando in risposta alla radiazione solare e diminuendo durante la notte. Le differenze diventano maggiori quando il corpo è coperto da sottili particelle come sabbia o rocce molto porose mentre diventano minori quando la superficie è una roccia solida. Le immagini di TIR servono quindi anche a caratterizzare la condizione fisica della superficie. 

MIcro Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid (MINERVA-II)

I MINERVA sono piccoli rover di massa pari a 0.5 chilogrammi destinati a scendere sulla superficie dell'asteroide al fine dello studio. Si tratta di tre rover (1A, 1B e 2), successori del Minerva a bordo della prima Hayabusa, ciascuno in grado di "saltare" sulla superficie al fine di condurre esperimenti su diverse zone di Ryugu. Ciascun salto dura circa 15 minuti e consente spostamenti di 15 metri. A corredare la strumentazione concorrono fotocamere a colori, accelerometro, giroscopio e termometro. I dati raccolti vengono inviati alla sonda madre e da questa a Terra. I primi due rover erano contenuti in una unità singola (MINERVA II-1) distaccatasi da Hayabusa2 il 21 settembre 2018 a circa 55 metri dall'asteroide, mentre il terzo MINERVA viene calato a luglio 2019.

Hayabusa2, lander Minerva.Crediti JAXA
Hayabusa2, lander Minerva.Crediti JAXA

Già in Hayabusa era previsto un rover di questo tipo il quale, però, fallì l'atterraggio. 

Mobile Asteroid surface SCOuT (MASCOT)

MASCOT è un piccolo lander con massa di 10 chilogrammi (dei quali tre di carico utile) e dimensioni di 0.3 x 0.3 x 0.2 metri realizzato in fibra di carbonio e destinato a scendere sulla superficie di Ryugu. La costruzione di MASCOT è dovuta al DLR (German aeronautics and space research center) e al CNES (French Space Agency) e prende deciso spunto dal lander Philae a bordo di Rosetta e rilasciato sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. L'alimentazione è fornita da una batteria da 22 Wh, non ricaricabile, che consente una durata di 12 ore. Gli strumenti di osservazione sono quattro: un microscopio infrarosso (MicrOmega), una fotocamera (CAM), un magnetometro (MAG) a tre assi e un radiometro (MARA). Contrariamente ai MINERVA, MASCOT è progettato per un solo salto finalizzato a modificare la posizione.  

Hayabusa2, lander MASCOT. Crediti JAXA
Hayabusa2, lander MASCOT. Crediti JAXA

Il 3 ottobre 2018 MASCOT ha raggiunto Ryugu adagiandosi su un lato. I tentativi autonomi di riposizionamento sono falliti e così è intervenuto il ground segment comandando un uso del braccio rotante in grado di sistemare la posizione. Le operazioni previste sono state pianificate in un ciclo di tre giorni e due notti "asteroidali", con un ciclo giorno-notte che su Ryugu dura 7 ore e 36 minuti. L'operatività di MASCOT è andata infatti oltre le previsioni, con una durata di diciassette ore effettive prima di spegnersi. Il tempo di effettuare diciassette balzi. La missione si è compiuta con successo, portando a termine sia la fase di raccolta dati sia quella di invio delle informazioni alla sonda madre Hayabusa2.

La superficie di Ryugu ripresa da MASCOT. Crediti JAXA/Hayabusa2
La superficie di Ryugu ripresa da MASCOT.
Crediti JAXA/Hayabusa2

Il luogo scelto per l'atterraggio sul piccolo asteroide è chiamato MA-9 e si trova nell'emisfero sud del corpo celeste . MA-9 sembra caratterizzata da una temperatura compresa tr -63 e +47°C con escursione termica dovuta all'alternarsi del giorno e della notte. 

MA9 sulla mappa di Ryugu. Crediti JAXA/Hayabusa2
MA9 sulla mappa di Ryugu. Crediti JAXA/Hayabusa2

 

Ultimo aggiornamento del: 02/12/2018 16:17:18

Le operazioni

Lanciata il 3 dicembre 2014, la sonda Hayabusa2 è arrivata a metà 2018 su Ryugu iniziando le operazioni di discesa e rilasciando i lander. Immagini e dati della missione,alla ricerca della formazione del Sistema Solare

Il lancio di Hayabusa2 è avvenuto il 3 dicembre del 2014 alle ore 04:22 TU, dopo tre rinvii a partire dal 30 novembre dovuti a correnti troppo fredde e vento troppo intenso, sulla spinta di un H-IIA Launch Vehicle n°26 dal Tanegashima Space Center, per una missione progettuale che vede l'arrivo su Ryugu a metà 2018, una fase di orbite di circa un anno e mezzo e il ritorno sulla Terra alla fine del 2020 in Australia, dopo l'abbandono dell'asteroide previsto per la fine del 2019. L'arrivo sull'asteroide è avvenuto in effetti il giorno 27 giugno 2018, in perfetto orario. 

Hayabusa2, il piano di volo. Crediti JAXA
Hayabusa2, il piano di volo. Crediti JAXA

La fase di cruise ha previsto un giro intorno al Sole in un'orbita simile a quella terrestre prima di uno swing-by con il nostro pianeta avvenuto il giorno 3 dicembre 2015. Il passaggio ruba energia rotazionale alla Terra per un'apertura dell'orbita , che va a somigliare a quella dell'asteroide Ryugu. Per l'occasione, il motore a ioni è stato attivato per circa 12 ore in totale. 

Il 5 dicembre la sonda Hayabusa2 ha ripreso Terra e Luna attraverso la Optical Navigation Camera-Telephoto (ONC-T). L'immagine è stata ottenuta tramite tre filtri ottenendo un risultato a pseudo-colori. La distanza della sonda dalla Terra era di 3 milioni di chilometri al momento dello scatto.

L'asteroide viene raggiunto dopo diciotto mesi di viaggio ma durante l'avvicinamento Hayabusa2 ha ottenuto una serie di immagini del corpo celeste, sempre più dettagliate. Il 3 giugno 2018 Ryugu è stato ripreso da 26 mila chilometri di distanza, distanza scesa a 920 chilometri il giorno 13 giugno fino a osservare la rotazione in una serie di immagini ottenute tra 14 e 15 giugno. Il 17 giugno la sonda era a 240 chilometri da Ryugu fino ad arrivare al 27 giugno, giorno dell'incontro con l'asteroide.

Il primo prelevamento di campioni dalla superficie, previsto tra ottobre e novembre 2018, è stato posticipato in seguito all'analisi delle immagini ottenute dai rover, analisi che hanno mostrato una superficie troppo frastagliata e quindi a rischio di fallimento per l'operazione dovuto a eventuali impatti con la superficie della sonda madre o dei suoi pannelli solari.  
I campionamenti previsti sono due, con il secondo tra aprile e maggio 2019 e successivo all'impatto artificiale.

Il 15 ottobre 2018 alle ore 15.44 italiane la sonda Hayabusa2 si è comunque portata a 22,3 metri dall'asteroide riuscendo a portare a casa immagini ad altissima risoluzione della superficie del corpo celeste. Una risoluzione di 4.6 mm/pixel che consente di distinguere rocce fino a 2/3 centimetri di diametro. 
La superficie appare priva di regolite e presenta elementi di diversa colorazione, forse indicante una composizione chimica differente. 

Superficie di Ryugu ripresa a ottobre 2018 da Hayabusa2. Crediti JAXA/Hayabusa2/OMC-T
Superficie di Ryugu ripresa a ottobre 2018 da Hayabusa2. Crediti JAXA/Hayabusa2/OMC-T
Immagini riprese durante l'avvicinamento di metà ottobre 2018. Crediti JAAXA/Hayabusa2
Immagini riprese durante l'avvicinamento di metà ottobre 2018. Crediti JAXA/Hayabusa2

Il 13 dicembre 2018 la JAXA rende noto che tra le oltre duecento immagini di Ryugu ottenute dai piccoli rover rilasciati (alla data inattivi, probabilmente in ombra ma ancora in grado di rispondere ai segnali), non esiste neanche un'area abbastanza liscia nella quale effettuare il touchdown previsto per inizio 2019. Le immagini mostrano infatti una superficie rocciosa altamente difficoltosa per il campionamento del materiale da riportare a Terra, il che porta gli scienziati a decidere se e quando effettuare un altro avvicinamento di prova. Il lotto delle zone papabili è stato comunque ridotto di molto. La superficie sembra molto simile a quella di Bennu, target della missione Osiris-REx.

La fine del 2018 ha visto l'asteroide Ryugu uscire dalla congiunzione con il Sole, consentendo quindi la ripresa delle comunicazioni con la sonda Hayabusa-2,

La JAXA ha fissato per il 22 febbraio 2019, ore 8 circa locali e comunque poco dopo la mezzanotte italiana, il touchdown della sonda con la superficie di Ryugu, confermando di aver stabilito il punto preciso e la modalità di avvicinamento, un punto chiamato L08-E1 e posto nella fascia equatoriale dell'asteroide. Si tratta di un'area di sei metri, circolare, tra i crateri Kintaro e Brabo.

Il touchdown è avvenuto alle ore italiane 00.15 del 22 febbraio 2019, quindi, e si è concretizzato - come da programma - in un prelievo di materiale della durata di un secondo appena, con una operazione che ha visto l'avvicinamento, la perforazione del suolo tramite un proiettile di tantalio e la cattura di polveri e detriti dalla nube sollevata. La JAXA ha mandato in onda due ore di diretta a cavallo del momento, interrompendo però le immagini 48 minuti prima del touchdown per spostare l'antenna ad alto guadagno e assumere l'assetto corretto. Le informazioni sull'andamento dell'operazione sono arrivate quindi soltanto dall'effetto Doppler del segnale proveniente dalla antenna a basso guadagno. In caso di anomalie, la sonda era comunque programmata per interrompere l'operazione e sollevarsi di nuovo. 

La sonda ha invece ripreso a parlare con l'antenna ad alto guadagno sette minuti dopo il touchdown confermando il perfetto esito dell'operazione. "Touchdown ideale nelle migliori condizioni" ha detto la JAXA per voce del Mission Manager Makoto Yoshikawa.

Il luogo di atterraggio ripreso prima e dopo il touchdown. Crediti JAXA
Il luogo di atterraggio ripreso prima e dopo il touchdown. Crediti JAXA

L'immagine in alto rappresenta il luogo di atterraggio ripreso da 25 metri di distanza dalla camera ONC-W1 durante la fase di risalita dopo il touchdown. L'ombra della sonda è evidente, ma sono visibili anche altri dettagli. Il punto bianco è uno dei cinque target marker, utilizzato come riferimento artificiale per puntare al meglio la zona di destinazione. Nel riquadro in basso a sinistra la scena è ripresa in fase di discesa, con il cerchio viola a indicare l'area di destinazione. La differente colorazione del suolo tra le due immagini è dovuta proprio all'operazione di touchdown, forse per il materiale sollevato o forse per il proiettile di tantalio.

 

La Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ha reso noto che la seconda operazione ad alto rischio, di avvicinamento e esplosione, è avvenuta il 5 aprile 2019. L'operazione, consistente nello sgancio di un proiettile di 2 chilogrammi (small carry-on impactor) verso l'asteroide al fine di collezionare campioni provenienti dalle zone più interne di Ryugu, prive di contaminazione da Sole o raggi cosmici, sembra essere andata a segno. La sonda, giunta fino a 500 metri di altezza, ha poi dovuto muoversi molto rapidamente verso la parte opposta dell'asteroide per non venire investita dal materiale sollevato, una sfida molto ardua sebbene il proiettile fosse programmato per esplodere dopo 40 minuti. La camera di Hayabusa2 ha continuato a riprendere la zona durante il rapido allontanamento mentre la sonda stessa ha dovuto attendere un paio di settimane prima di tornare nella sua abituale orbita per le osservazioni. Hayabusa2 ha iniziato la discesa il 4 aprile per sganciare il corpo impattante a 2 chilometri al secondo. Il cratere previsto aveva un diametro di dieci metri, con profondità di 1 metro nel caso di composizione soffice dello strato sub-superficiale. 

Il proiettile sganciato il 5 aprile osservato da Hayabusa2 in allontanamento. Crediti JAXA
Il proiettile sganciato il 5 aprile osservato da Hayabusa2 in allontanamento. Crediti JAXA

Dopo un tentativo fallito a metà mese (dovuto probabilmente a rumore sui segnali), il 30 maggio 2019 la sonda ha posizionato sulla superficie di Ryugu il secondo indicatore riflettente che guiderà verso un altro prelevamento di campione. La sonda ha posizionato la sfera da 10 metri di altezza sulla superficie, nei pressi del cratere artificiale. Spetta agli scienziati di missione stabilire, ora, se effettuare il campionamento.

Il secondo touchdown della sonda è avvenuto giovedì 11 luglio 2019 ore 03:30 tempo italiano in maniera perfetta: Hayabusa2 si è avvicinata a Riugu, sfiorando l'asteroide per prelevare nuovo materiale da riportare a Terra e sollevato da un proiettile di tantalio. La zona del prelievo di materiale si trova a soli venti metri dal cratere artificiale generato dallo Small Carry-on Impactor, un'area (C09-Cb) di tre metri e mezzo.

Ultimo aggiornamento del: 11/07/2019 19:20:40