La stazione deep-space dell’ESA a Malargüe, in Argentina. Nel riquadro, la quasar P1514-24. Crediti: ESA/D. Pazos
Condurre con precisione il lander Schiaparelli sulla superficie di Marte e inserire l’orbiter TGO correttamente in orbita attorno al Pianeta rosso: due compiti che richiedono di determinare la posizione della sonda ExoMars con un margine d’errore di poche centinaia di metri. Tutto da una distanza di oltre 150 milioni km. Per raggiungere questo straordinario livello di accuratezza, gli esperti dell’ESA stanno ora utilizzando una tecnica di navigazione nota come Delta-Differential One-Way Ranging (Delta-DOR). E per farlo hanno adottato come “calibratori” sorgenti assai particolari: le quasar. Vale a dire, gli oggetti più luminosi dell’Universo.
Fino a poco tempo, delle quasar si sapeva poco. Sono sorgenti di potenza mostruosa, in grado d’emettere – a partire da un volume non tanto più grande rispetto a quello del nostro Sistema solare – un’energia pari a mille volte quella prodotta dall’intera Via Lattea. Ad alimentarle, buchi neri supermassicci – svariate volte più massicci del nostro Sole – che a loro volta si nutrono di materia, stando al centro delle galassie che li ospitano. Oltre a essere estremamente luminose, le quasar sono anche estremamente distanti: ciò comporta che, viste dalla Terra, appaiano fisse in cielo, consentendo così di mapparne la posizione in modo assai preciso. Due caratteristiche – luminosità intensa e posizione invariabile – che ne fanno i punti di riferimento ideali per un “navigatore” da sonda spaziale.
Nella tecnica Delta-DOR, il segnale radio proveniente da ExoMars/TGO è captato da due antenne terrestri poste a grande distanza l’una dall’altra – una in New Norcia, per esempio, nell’Australia Occidentale, e l’altra a Cebreros, in Spagna – e, in modo analogo a quello del sistema GPS, viene misurato con precisione il ritardo con il quale lo riceve un’antenna rispetto all’altra. Per raggiungere l’accuratezza richiesta, però, è necessario tenere conto delle perturbazioni introdotte dalle condizioni presenti nell’atmosfera terrestre, in grado d’alterare tutti i segnali radio che l’attraversano: correzione, questa, che è possibile apportare in continuazione proprio sfruttando il segnale radio emesso da una quasar.
La quasar P1514-24. Crediti: Rami Rekola, Univerity of Turku, 2001
Ieri, mercoledì 20 luglio, ha avuto inizio la prima di una lunga serie d’osservazioni Delta-DOR da parte delle stazioni terrestri dell’ESA. Osservazioni finalizzate, appunto, a localizzare con precisione ExoMars/TGO, e realizzate utilizzando come sorgente la quasar P1514-24. Mano a mano che l’avvicinamento a Marte entrerà nelle fasi cruciali, le osservazioni Delta-DOR si faranno sempre più frequenti, così da consentire ai team che seguono le dinamiche di volo di predisporre con precisione i comandi per i propulsori e per la separazione.
«A ottobre, nell’ultima settimana critica prima dell’arrivo su Marte, effettueremo due osservazioni Delta-DOR al giorno», dice Mattia Mercolino, responsabile delle attività di Delta-DOR presso l’ESOC, il centro operativo dell’ESA a Darmstadt, in Germania. «È un esempio perfetto di lavoro di squadra, critico e in tempo reale, fra gli esperti in dinamica di volo, i gestori delle stazioni di terra, i responsabili della missione ExoMars e il nostro team Delta-DOR. Senza queste competenze, arrivare su Marte sarebbe un’impresa assai più difficile».
Ma con quale precisione riusciremo a stabilire la posizione di ExoMars/TGO? «L’insieme di osservazioni Delta-DOR di cui disponiamo oggi ci permetterà di localizzare il veicolo spaziale con un margine d’errore inferiore ai 1000 metri una volta che si troverà nei pressi di Marte, dunque a una distanza dalla Terra di poco superiore a 150 milioni di chilometri», spiega Mercolino. «Un risultato paragonabile a determinare da qui, da Darmstadt, la posizione di un oggetto che si trovi a Singapore con una precisione di circa 5 cm. In futuro, con i miglioramenti tecnologici che prevediamo, dovremmo essere in grado di raggiungere un margine d’errore di soli 150 metri a 150 milioni di chilometri di distanza».