Rappresentazione artistica di Euclid. Crediti: Esa
Come sta procedendo la missione Euclid? A fine agosto avevamo lasciato il telescopio dell’Agenzia spaziale europea (Esa) per lo studio dell’universo oscuro – già da oltre un mese in orbita attorno a L2, a un milione e mezzo di km dalla Terra – in attesa di ricevere un aggiornamento al software di bordo: una patch che gli permettesse di superare un problema emerso con il sensore di guida fine (Fgs, dall’inglese fine guidance sensor) e di riprendere la cosiddetta Performance verification, fase di collaudo finale prima dell’avvio della campagna scientifica vera e propria. La settimana scorsa l’Esa ha pubblicato al riguardo un aggiornamento sul proprio sito, confermando che gli esperti dell’industria stanno lavorando al nuovo software, che dovrà essere sottoposto a severi test qui a terra prima di poter essere inviato e installato sulla sonda. I test proseguiranno poi per una settimana anche dopo il caricamento, fino ad avere la certezza che la patch abbia l’effetto desiderato e che il telescopio possa essere nuovamente puntato con l’affidabilità richiesta dalla missione. Dopodiché si potrà riprendere la Performance verification, che nel frattempo è comunque andata avanti per le attività che non dipendono dall’affidabilità del puntamento.
I lavori sono dunque ancora in corso, e noi ne approfittiamo per cercare di capire meglio cos’è accaduto e qual è la funzione esatta del sensore di guida fine. Lo facciamo insieme alla coordinatrice Inaf delle attività italiane per Euclid finanziate dall’Asi, Anna Maria Di Giorgio.
A cosa serve l’Fgs, il sensore di guida fine di Euclid, e cosa lo distingue da un comune star tracker?
«In ogni missione spaziale il sistema Aocs (Attitude and orbit control system) è necessario per controllare sia l’orbita che l’assetto. Dato che la missione Euclid è stata progettata per operare in un’orbita ampia e stabile intorno a L2 e perpendicolare al piano dell’eclittica, il controllo orbitale non richiede grossi aggiustamenti: durante la fase operativa della missione, quella dedicata alla survey, è necessario quasi esclusivamente un continuo e preciso controllo di assetto. A questo scopo, come in molte altre missioni scientifiche, il sistema Aocs di Euclid contiene sia uno star tracker che, appunto, un sensore di guida fine: il famoso Fgs, fine guidance sensor. Lo star tracker da solo, infatti, non sarebbe sufficiente a mantenere l’assetto entro i limiti stringenti imposti dai requisiti scientifici della missione: essendo montato sul modulo di servizio del satellite, la sua struttura è soggetta a deformazioni termoelastiche, soprattutto durante gli ampi cambi di puntamento – in gergo, gli slews – tra un’osservazione e l’altra, che non permettono il suo utilizzo esclusivo. Per questo motivo lo star tracker viene utilizzato per un primo puntamento “approssimativo” del satellite, basato sull’uso di un esteso catalogo di stelle di riferimento presente a bordo (derivato dal catalogo della missione Gaia). I dati acquisiti dal tracker permettono all’Aocs di puntare il telescopio in modo da avere la sorgente da misurare all’interno del campo di vista degli strumenti. Il sensore di guida fine, che è montato sulla stessa struttura meccanica dello strumento Vis, viene poi usato per compensare gli effetti della deformazione termoelastica tra lo star tracker e gli strumenti scientifici».
Come ci riesce? E con quale precisione?
«Una volta “agganciato” un campo di riferimento attraverso lo star tracker, il sensore di guida controlla che l’assetto misurato sia entro i limiti e, in caso negativo, può eventualmente richiedere un aggiustamento fine del puntamento. In questo modo permette al telescopio di mantenere l’accuratezza del puntamento entro i limiti richiesti. La necessità di poter fare slews sia ampi che accurati, di avere sia puntamenti precisi che jitters molto piccoli all’interno di ciascun puntamento, si traduce in un requisito di 25 mas (milliarcosecondi) come errore di puntamento relativo su un periodo di 700 secondi: una precisione assolutamente non raggiungibile con il solo star tracker, soprattutto se si considera il lungo periodo di tempo nel quale tale precisione deve essere mantenuta».
Ed è proprio qui che sono emersi i problemi. Si è capito qual è la loro esatta natura? Può darci qualche dettaglio?
«L’industria che ha sviluppato il sistema di controllo dell’assetto e il software alla base di tutte le correzioni di puntamento richieste dal sensore di guida fine ha lavorato intensamente per analizzare i problemi osservati. Ricordo che sono problemi sporadici, non continuativi, e che quindi sono difficili da riprodurre anche con simulazioni adeguate. L’Esa, in un post dell’inizio di settembre, ha confermato che l’industria ha compreso l’origine del problema e sta lavorando alle necessarie modifiche del software, ma a tutt’oggi non sono stati forniti dettagli sulla natura specifica del problema».
Abbiamo letto post di membri della missione che accennavano a un eccesso di raggi cosmici, tale forse da confondere il software. È possibile?
«Riguardo alla possibilità che siano i raggi cosmici una delle possibile cause, posso dire che sarebbe la prima volta che effetti del genere pongono dei problemi agli algoritmi alla base del software in un sensore di guida fine, che lavora eseguendo delle integrazioni molto brevi. Posso però confermare che da quando Euclid è stato lanciato ci sono stati diversi picchi nell’attività solare che spiegano in parte il grande numero di tracce dovute ai raggi cosmici, rilevate anche nelle prime immagini che sono state pubblicate alla fine di luglio».
I detector del sensore di guida fine sono identici, come hardware, a quelli dello strumento Vis. Il problema riscontrato con l’Fgs potrebbe dunque riguardare in qualche modo anche Vis?
«Il problema riscontrato nell’Fgs non è un problema legato all’hardware, ossia alle Ccd usate anche nel piano focale di Vis, ma – come detto prima e ribadito da Esa – è un problema legato all’algoritmo software usato per calcolare le correzioni di puntamento. Quindi si può dire tranquillamente che non riguarda lo strumento Vis, che funziona molto bene, come si può anche dedurre dalla qualità delle prime immagini di test divulgate alla fine di luglio».
L’Esa accennava anche a un secondo problema, questa volta con l’eccesso di quel segnale non voluto che gli astronomi chiamano straylight: quale accorgimento avete deciso di adottare?
«Per prevenire effetti indesiderati dovuti a un eccesso di straylight sul piano focale dei rivelatori dello strumento Vis, è stato individuato un intervallo di angoli di orientamento del satellite rispetto alla linea di vista del Sole che massimizza la zona di ombra proiettata dal sun shield su tutte le parti dello spacecraft. Euclid dovrà operare in questo intervallo per tutta la durata della survey».
Tornando al problema con il sensore di guida fine, l’impatto della patch software sulla scienza sarà nullo o si dovrà scendere a qualche compromesso?
«Se tutto andrà per il meglio, non ci saranno impatti sulla scienza dovuti alle modifiche sul software dell’Fgs. Il ritardo di alcune settimane sull’inizio della Performance verification phase è stato già in parte assorbito dall’esecuzione di tutte quelle calibrazioni che non richiedevano un puntamento continuativo del satellite, e anche se implicherà un minimo ritardo nell’inizio della fase operativa non avrà alcun effetto sulla durata e sull’area della survey. Ovviamente, una volta ripristinata la capacità di puntamento e controllo di assetto entro i limiti previsti, anche la precisione aspettata sul calcolo della posizione delle galassie potrà essere confermata».