Le stazioni radio di spazio profondo (deep space radio stations) dell'ESA

La fase più critica di una missione è di solito la partenza, specialmente perché c'è una gran mole di dati da seguire, in quanto si deve appurare senza ombra di dubbio che ogni singola procedura sia stata rispettata e la misisone stia procedendo secondo gli schemi e parametri stabiliti in fase di progettazione. Per ricevere i dati senza problemi il centro missioni dell'ESA, cioé l'ESOC (European Space Operation Centre) di Darmstadt in Germania, ha a disposizione dell'ESOC's Operations Control Centre (OCC) una rete di ben sei stazioni dislocate in varie parti del mondo: a Perth e New Norcia (in Australia); i DSS 34 e DSS 35 della NASA a Canberra (in Australia), la stazione di Kourou dell'ESA nella Guiana Francese (il sito astronautico da dove partono gli Ariane) e il DSS 24 della NASA a Goldstone (in California-USA). Successivamente l'ESA utilizzerà la deep space station con parabola da 35 metri di diametro di Cebreros (in Spagna), la quale sarà impiegata per le comunicazioni di routine.

Il primo segnale che sarà ricevuto dalla Venus Express è atteso a un'ora e 56 minuti dopo il lancio, circa venti minuti dopo la separazione del terzo vettore (il Fregat) dallo stadio superiore, cioé la sonda. A questo punto quattro delle antenne di ricezione saranno in ascolto per captare il segnale della sonda che conferma l'avvenuta separazione e che tutto procede bene. "Ci potrà essere un ritardo di 10 o 20 minuti nella ricezioen del segnale, nel caso la sonda trovi qualche difficoltà ad impostare il giusto assetto di rotazione, ma non di più", come ha detto Kris Capelle, Deputy Operations Manager all'ESA's European Space Operations Centre (ESOC) di Darmstadt, in Germania. Capelle è uno dei managers esperti in queste operazioni nella Divisione Infrastrutture a Terra dell'ESOC che da' il suo contributo nei "servizi di supporto delle operazioni oltremare" per conto delle missioni dell'ESA come nel caso della Venus Express.
La sua sfida è pianificare, organizzare e implementare il settore comunicazioni a terra controllato dall'Operations Control Centre (OCC), il gruppo che deve realizzare i collegamenti tra le sette grandi stazioni citate in precedenza, le quali riceveranno il segnale dalla rete a terra che la Venus Express sta funzionando correttamente e che in seguito supporteranno il collegamento con la sonda per le comunicazioni, il sostentamento e la parte ingegneristica durante il cruciale lancio e la fase iniziale dell'orbita (Launch Early Orbit Phase-LEOP).

Il team per la prima ricezione
Da sinistra a destra potete vedere Kris Capelle, Daniel Firre, Luca Foiaelli, John Reynolds nella Main Control Room del centro controllo dell'European Space Agency. Tutti e quattro sono managers operativi nella ESOC's ground facilities section, la sezione di supporto per il collegamento a terra delle missioni interplanetarie, come quella della sonda Venus Express.
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Image credit: ESA

Arrivata la prima telemetria, il segnale ricevuto a terra dalla sonda permette ai controllori di volo di capire se la Venus Express sta operando correttamente o se è sorto uno qualsiasi dei problemi che possono nascere durante il LEOP. Così si esprime Luca Foiadelli, collega di Kris Capelle, il quale dice pure che, per acquisire il primo segnale dalla telemetria della Venus Express, s'impiegheranno nuove tecniche, basate sulla fisica dei segnali radio e delle antenne ricevitrici. Egli ha detto: "La cosa che noi facciamo è usare un software per vincolare due stazioni d'inseguimento a terra in una sola e molto flessibile stazione virtuale".

Immediatamente dopo il lancio, la posizione precisa d'una sonda spaziale non può essere conosciuta. Viceversa, una stazione con un'antenna di 15 metri di diametro situata a Perth in Australia può essere programmata per tracciare un programma di ricerca, il quale viene impiegato per ascoltare la Venus Express. L'antenna più piccola ha un campo di scandagliamento più grande e può sondare automaticamente una vasta porzione del cielo.

Una volta che l'antenna di Perth ha acquisito il segnale, il nuovo software sviluppato può calcolare la differenza esistente tra l'attuale posizione del veicolo spaziale e la posizione del piano di volo e riorientare alle coordinate della posizione corretta l'antenna da 35 metri di diametro della stazione ricevente di New Norcia in Australia, la quale ha un campo di vista minore, ma che può acquisire segnali radio di energia molto minore e più accuratamente.

L'antenna per la ricezione delle sonde
Questa sopra è la prima antenna da 35 metri di diametro della stazione "deep-space ground" dell'European Space Agency situata a New Norcia, 140 km a nord di Perth, in Australia. L'antenna ha una massa di 630 tonnellate e può essere utilizzata per tracciare le sonde Rosetta e Mars Express (lanciata nel 2003), come pure altre missioni di spazio profondo (spazio interplanetario). La stazione a terra fu inaugurata il 5 marzo 2003 dal Pemier della Western Australia, l'onorevole Dr. Geoff Gallop.
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Image credit: ESA

In tutte le fasi della missione Venus Express è di fondamentale importanze conoscere il "punto" della sonda, cioé le sue coordinate spaziale triassiali. Questo perché è cruciale per il collegamento tra l'antenna della sonda e il sistema di ricezione a terra, dato che solo in questo modo può avvenire il collegamento. Venus Express, come ogni veicolo interplanetario, trasmette il suo segnale alla Terra con una potenza nominale di pochi watt, quindi molto poco potente. Aumentare l'energia del segnale ricevuto in maniera significativa è improponibile, quindi la collimazione di ricezione dev'essere precisisssima e questo comporta grossi problemi da risolvere.
A questo proposito Kris Capelle ha detto: "Nel momento in cui riceviamo sulla Terra un segnale partito dall'orbita di Venere, noi riceviamo solamente alcuni picowatt (NdR: 1 pW=10^-12W) di energia, corrispondenti a un milionesimo di milionesimo di watt."

Mentre la tecnica può rivelare un semplice suono o rumore, attualmente esso richiede un'intensa e puntuale preparazione (del personale). Tipicamente un ingegnere dell'OCC comincia a pianificare il piano di supporto della missione due anni in anticipo e parte con l'implementazione e i test sei mesi prima del lancio.

Parlando al briefing L-1 (NdR: "launch day minus one", cioé al giorno del lancio meno uno, quindi il giorno antecedente il lancio), tenutosi all'ESOC martedì 8 novembre 2005, Kris Capelle disse a cento e più persone riunite del personale del gruppo a terra della Venus Express: "Noi abbiamo fatto una gran quantità di prove (NdT: verifiche, collaudi) che includono test di prontezza (durante la) missione, sulle comunicazioni e sulle procedure di countdown (NdT: conto alla rovescia). Tutte le stazioni a terra sono pienamente operative."

La progettazione delle infrastrutture di comunicazione a terra all'ESOC include fattori come la destinazione e la traiettoria della missione, le frequenze radio designate, l'ammontare dei dati da trasmettere, l'ammontare della potenza disponibile a bordo della navicella spaziale come molte altre. In fine, il team dell'OCC prevede i collegamenti cruciali tra il controllori della missione e la navicella spaziale. "Per il Team del Controllo Missione", i direttori delle operazioni sono l'interfaccia dentro tutti gli aspetti del supporto delle comunicazioni a terra", disse John Reynolds, un altro direttore delegato delle operazioni (deputy operations manager) che lavora per la Venus Express.
Reynolds è stato coinvolto in dozzine di lanci durante la sua lunga carriera, e ha fatto l'abitudine di farsi crescere la barba alla partenza di ciascuno di essi; egli si rade solamente dopo un lancio con successo. "John si lascia crescere sempre la barba", dice Thomas Beck (capo del Ground Facilities Services dell'ESOC e superiore di John), "ed egli non è stato mai coinvolto in un lancio che non abbia avuto successo."
Anche all'ESA si può fare un po' di gossip!

Le stazioni radio di spazio profondo di Villafranca e Cebreros (Spagna)

L'antenna di Villafranca
Visione aerea dell'antenna radio da 15 metri di diametro della stazione VIL-1 dell'European Space Astronomy Centre, situata a Villafranca (presso Madrid), in Spagna. L'antenna opera in Banda-S.
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Image credit: ESA-S.Corvaja

L'antenna di Cebreros
Qui vediamo l'antenna radio da 35 metri di diametro della stazione dell'European Space Astronomy Centre, situata a Cebreros, in Spagna. L'intera struttura ha un'altezza di 40 metri e pesa circa 630 tonnellate. E' stata completata praticamente in due anni ed è stata realizzata da un consorzio industriale guidato dalla ditta canadese SED Systems.
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Image credit: Euronews

Per la realizzazione di queste pagine devo ringraziare l'ESA-European Spec Agency per la notevole mole di materiale che ha fornito nel suo bellissimo sito internet (http://www.esa.int), i vari centri dove è stata costruita, integrata e testata la strumentazione della Venus Express (come Alenia Spazio di Torino, Intespace di Toulouse), il centro di controllo ESOC di Darmstadt, il cosmodromo di Baikonur in

Per approfondire l'argomento consiglio di leggere le seguenti pagine o visionare i seguenti video:
Per saperne di più sulla Venus Express (ESA)
Il razzo russo Souyz

Masters of orbital trajectories (ESA-7 novembre 2005)
Venus Express team in launch countdown (ESA-7 novembre 2005)
Launch in detail of Venus Express (ESA-8 novembre 2005)
Listening for Venus Express (ESA-8 novembre 2005)
Venus Express performs flawlessly, LEOP complete (ESA-11 novembre 2005)
Signal receipt marks Cebreros operational fitness (ESA-23 novembre 2005)
Venus Express commissioning continues successfully (ESA-28 novembre 2005)
da cui ho tratto e tradotto liberamente alcune parti che potete leggere in questa pagina.

Venus Express in tempo reale
La missione Venus Express
Liftoff Venus Express (Video 17m 16s; 36,1 MB; Quick Time)
Liftoff Venus Express (Video 17m 16s; 36,1 MB; Windows Media Player)
Le missioni dell'ESA
ESA Television
I lanciatori dell'ESA (razzi vettori)

Euronews (in italiano)
NASA Television

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Pagina caricata in rete 3 febbraio 2006; ultimo aggiornamento (12°): 3 settembre 2006