Leonardo per Juice, alla scoperta di Giove

Per la missione JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) dell’Agenzia Spaziale Europea, il Gruppo Leonardo ha fornito un importante contributo tecnologico grazie al finanziamento e il coordinamento dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e alla supervisione scientifica dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

Nello stabilimento di Campi Bisenzio (FI), Leonardo ha realizzato, in collaborazione con l’INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), la camera ad alta risoluzione “JANUS” (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator), per il monitoraggio dell’atmosfera di Giove e lo studio approfondito delle sue tre lune ghiacciate – Europa, Ganimede e Callisto – per la ricerca di ambienti ritenuti in grado di ospitare forme di vita. JANUS è l’unica camera ad alta risoluzione della missione JUICE e la sua risoluzione è tale da riuscire a osservare una pallina da tennis da 1 km di distanza.

Un elemento distintivo di JANUS è la sua ruota con 13 filtri di colori diversi. Ogni filtro permetterà all’occhio di JANUS di rilevare concentrazioni di elementi chimici diversi: ad esempio il rosso potrà individuare il metano e il giallo vedrà il sodio.

Per mantenere le ottiche di JANUS immobili e quindi garantire la qualità delle immagini nonostante le sollecitazioni del lancio e gli sbalzi termici, il design meccanico e termico di JANUS è stato sviluppato per limitare le deformazioni con valori inferiori a un decimo dello spessore di un capello, rendendo JANUS praticamente indeformabile.

Leonardo è responsabile industriale dell’intero strumento con il contributo di sottosistemi da DLR di Berlino, CSIC-IAA di Granada e CEI-Open University di Milton Keynes.

Per lo strumento “MAJIS” (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer), di responsabilità francese ma realizzato con un accordo bilaterale tra ASI e CNES, Leonardo ha realizzato a Campi Bisenzio (FI) la testa ottica iperspettrale per osservare e caratterizzare nubi, ghiaccio e minerali sulle superfici delle tre lune. Si tratta di una specie di laboratorio volante delle dimensioni di un comodino per analisi chimico-fisiche da qualche migliaio di km di distanza.  

Costituito da due strumenti in uno che coprono complessivamente il range dal visibile al medio infrarosso, MAJIS equivale ad avere 1.016 macchine fotografiche ognuna delle quali cattura l’immagine in un singolo colore. Combinando opportunamente queste immagini è possibile identificare i minerali che compongono la superficie dei corpi solidi e i gas presenti nelle loro atmosfere, misurandone anche la loro densità, la temperatura, i movimenti e così via.

Per poter osservare nell’infrarosso, MAJIS è raffreddato fino a -180°C da una speciale coppia di radiatori che permette di “catturare” il freddo dello spazio profondo, senza alcun consumo energetico. Tuttavia, per ottenere questo risultato è stato necessario isolare termicamente lo strumento dal resto della sonda, molto più calda. Ad esempio, vengono usati dei “piedi” (bipodi) che sollevano MAJIS. Questi “piedi” per quanto sottili sono stati realizzati e collaudati per sostenere una forza pari al peso di un autobus! Con un tale isolamento termico sarebbe possibile mantenere un ghiacciolo dentro un forno acceso per anni senza farlo sciogliere.
MAJIS è stato progettato otticamente come una specie di “caleidoscopio”, in cui la luce percorre un complicato percorso a zig-zag, composto da 28 lenti e specchi. Questa idea è nata dalla necessità di ridurre lo spazio fra l’entrata della luce e il piano focale, affinché si potessero raggiungere le elevate prestazioni richieste, ma con il ridotto volume stabilito dalla missione.

Nello stabilimento Leonardo di Nerviano (MI), poi, sono nati i pannelli fotovoltaici di JUICE, i più grandi mai realizzati per una missione interplanetaria, con una superficie di 85m² e un totale di circa 24.000 celle per fornire la potenza elettrica necessaria a una distanza di oltre 750 milioni di km dal Sole.

Questi pannelli se orbitassero intorno alla Terra potrebbero alimentare un intero condominio, su Giove produrranno invece circa 900 Watts, cioè l’energia utilizzata da un elettrodomestico. Infatti, l’intensità della luce solare intorno alle orbite di Giove è solo di un venticinquesimo se paragonata a quella ricevuta sulla Terra.

Thales Alenia Space (joint venture tra Thales 67% e Leonardo 33%) in Italia è responsabile dello sviluppo, realizzazione e test di RIME (Radar Sounder for Icy Moons Exploration), tra i più importanti dei 10 strumenti a bordo della sonda JUICE. Questo strumento è fondamentale per il successo della missione grazie alla sua capacità di rilevare direttamente la struttura interna degli strati ghiacciati. RIME funziona ad una frequenza di 9 MHz e utilizza un’antenna di 16 metri, realizzata da Space Tech GmbH per conto di Airbus Defence and Space.  Il Radar Sounder è in grado di penetrare fino a 9 km sotto la superfice ghiacciata con una risoluzione verticale fino a 30 metri; per questo sarà in grado di esplorare la struttura interna di Ganimede, Callisto ed Europa. L’Università di Trento, responsabile degli aspetti scientifici, è l’interfaccia verso ESA. Lo sviluppo è stato finanziato dall’ASI, grazie ad un contratto con Thales Alenia Space, che ha progettato e realizzato lo strumento, con alcune unità fornite da NASA/JPL.

Oltre allo strumento RIME, Thales Alenia Space ha realizzato con l’Università di Roma La Sapienza, il KaT (Ka Translator), parte fondamentale dello strumento 3GM (Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons).

Thales Alenia Space ha anche realizzato equipaggiamenti chiave per la stessa piattaforma della sonda JUICE: il Deep Space Transponder - DST, la High Gain Antenna – HGA, l’High Attitude Accelerometer – HAA.

Telespazio (joint venture tra Leonardo 67% e Thales 33%) partecipa alla realizzazione della missione JUICE, attraverso la sua controllata Telespazio Germany, fornendo supporto ingegneristico e operativo al Centro europeo per le operazioni spaziali dell’ESA (ESOC). In particolare, gli ingegneri di Telespazio hanno contribuito alla preparazione del veicolo spaziale con responsabilità nelle attività di simulazione e nei servizi di astrodinamica. Telespazio Germany, inoltre, ha sviluppato il simulatore operativo utilizzato dal Flight Control Team della missione, utilizzato nella fase di preparazione al lancio.

Foto di copertina: Artist impression di JUICE con Giove e Ganimede - © ESA