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Missione della NASA per studiare la luna di Giove Europa Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
Europa Clipper è una missione spaziale interplanetaria della NASA per l'esplorazione di Europa, satellite di Giove. La sonda studierà Europa tramite una serie di sorvoli durante la sua orbita intorno a Giove. Fino al 7 marzo 2017 la missione era stata sviluppata sotto il nome di Europa Multiple Flyby Mission.[2]
| Europa Clipper | |||||
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| Emblema missione | |||||
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| Immagine del veicolo | |||||
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| Dati della missione | |||||
| Operatore | NASA | ||||
| NSSDC ID | 2024-182A | ||||
| SCN | 61507 | ||||
| Destinazione | Giove | ||||
| Fly-by di | Europa | ||||
| Satellite di | Giove | ||||
| Vettore | Falcon Heavy | ||||
| Lancio | 14 ottobre 2024[1] | ||||
| Luogo lancio | Kennedy Space Center LC-39A | ||||
| Proprietà del veicolo spaziale | |||||
| Potenza | 600 W da pannelli solari | ||||
| Massa | 6065 kg (al lancio, di cui 2750 kg di propellente) | ||||
| Costruttore | Applied Physics Laboratory, Jet Propulsion Laboratory e Goddard Space Flight Center | ||||
| Strumentazione |
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| Parametri orbitali | |||||
| Orbita | orbita eliocentrica e orbita zenocentrica | ||||
| Data inserimento orbita | 2030 | ||||
| Sito ufficiale | |||||
| Programma Flagship | |||||
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La missione è il seguito di una serie di studi fatti dalla sonda Galileo durante i suoi 8 anni di esplorazione gioviana, grazie ai quali si scoprì l'esistenza di un oceano sotto la crosta di Europa.[3] In un primo momento erano stati concessi piani di invio di una sonda verso Europa attraverso progetti costosi come l'Europa Orbiter[4] e il Jupiter Icy Moons Orbiter[5], nei quali una sonda sarebbe stata mandata in orbita attorno ad Europa. Tuttavia, a causa degli effetti negativi delle radiazioni causate dalla magnetosfera gioviana nell'orbita di Europa, è stato deciso che sarebbe stato meno rischioso immettere la sonda in un'orbita ellittica attorno a Giove per effettuare decine di sorvoli ravvicinati della luna.
La missione è un progetto tra il Jet Propulsion Laboratory (JPL) e l'Applied Physics Laboratory (APL),[6] e verrà condotta assieme al Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) dell'ESA, che eseguirà sorvoli ravvicinati di Callisto prima di entrare in orbita attorno a Ganimede. Il lancio di JUICE (avvenuto il 14 aprile 2023) è stato pianificato un anno e mezzo prima di quello dell'Europa Clipper e arriverà nel sistema gioviano nel 2031,[7] dopo Europa Clipper, che lanciata da un vettore più potente arriverà nel sistema gioviano nel 2030.[8]
Europa Clipper è una sonda di 6 tonnellate di cui 3,5 t di carico scientifico costituito da 9 strumenti forniti da JPL, APL, Southwest Research Institute, Università del Texas, Università dell'Arizona e Università del Colorado a Boulder.[9]
Il lancio della sonda è avvenuto il 14 ottobre 2024 a bordo di un Falcon Heavy di SpaceX.[10] La sonda è stata lanciata in una configurazione completamente non riutilizzabile del Falcon Heavy, per consentirle di lasciare l'orbita terrestre alla massima velocità possibile, abbreviando il lungo viaggio verso il sistema solare esterno. Europa Clipper è la più massiccia sonda mai costruita dalla NASA per missioni interplanetarie; effettuerà un fly-by con Marte nel marzo del 2025, e successivamente con la Terra nel dicembre 2026, per arrivare nel sistema gioviano nell'aprile 2030.[11]
Europa è uno dei corpi del sistema solare dove potrebbe esistere vita microbica extraterrestre[12][13][14]. Immediatamente dopo le scoperte della sonda Galileo il JPL ha studiato diverse missioni come il Jupiter Icy Moons Orbiter (da 16 miliardi di dollari), il Jupiter Europa Orbiter (da 4.3 miliardi) e una sonda multi-flyby: l'Europa Clipper.[15]
Il costo previsto della missione, inizialmente di 2 miliardi di dollari[12][14], è salito a 5 miliardi di dollari nel 2022.[16] Si tratta di un progetto tra l'Applied Physics Laboratory (APL) e il Jet Propulsion Laboratory (JPL).[17][18]
Nel marzo 2013 vennero autorizzati 75 milioni di dollari per espandere il piano di missione e maturare gli obiettivi scientifici proposti, come raccomandato dal Planetary Science Decadal Survey del 2011.[12][17] Nel maggio del 2014 la Casa Bianca aumentò il budget a disposizione per l'anno fiscale 2014 da 15 milioni[19][20] a 100 milioni di dollari da spendere nel lavoro di pre-formulazione.[21][22]
A seguito del ciclo elettivo del 2014, il supporto bipartitico si impegnò a continuare il finanziamento del progetto dell'Europa Multiple Flyby Mission,[23][24] garantendo 30 milioni di dollari.[25][26]
Nell'aprile del 2015 la NASA offrì all'Agenzia Spaziale Europea la possibilità di mandare concetti di una sonda addizionale da far volare assieme all'Europa Clipper. Poteva essere una semplice sonda, un proiettile o un lander,[27][28][29] in uno schema di collaborazione simile a quello della Cassini-Huygens, missione riuscita con pieno successo.
Nel maggio 2015 la NASA scelse 9 strumenti da integrare a bordo dell'orbiter. Essi costeranno circa 110 milioni di dollari nei successivi 3 anni.[30] Nel giugno 2015 l'agenzia spaziale americana annunciò l'approvazione del concetto di missione,[31] facendo passare l'orbiter alla fase di formulazione approvando l'integrazione di un lander nel gennaio 2016,[32][33] tuttavia questa opzione venne successivamente scartata perché ritenuta troppo rischiosa.[34]
Nel febbraio 2017 la missione passò dalla fase A alla fase B, che prevedeva il disegno preliminare della missione.[35] Il 7 marzo 2017 la NASA annunciò che il nome della missione era cambiato in Europa Clipper.[2]
Gli obiettivi di Europa Clipper consistono nell'esplorazione di Europa, investigando la sua abitabilità e aiutando nella selezione di un sito di atterraggio per un lander.[32][36] Precisamente, gli obiettivi primari della missione sono:[18]
Siccome Europa si trova nel forte campo di radiazioni che circonda Giove, una sonda posizionata in un'orbita vicina funzionerebbe per appena un paio di mesi. Le radiazioni attorno a Europa sono 100 volte maggiore che attorno a Ganimede, e nonostante robuste protezioni di piombo attorno agli strumenti elettronici, esse danneggerebbero ben presto anche i pannelli solari, necessari per ricaricare le batterie.[15] Un altro fattore chiave limitante per un orbiter di Europa non è il tempo che gli strumenti avrebbero a disposizione per eseguire le osservazioni, ma il tempo disponibile per trasmettere i dati a Terra. La maggior parte degli strumenti è capace infatti di eseguire misurazioni più velocemente rispetto alla trasmissione di dati dal sistema di telecomunicazioni data l'assenza di antenne a terra disponibili per ricevere i dati.[15]
Studi da parte degli scienziati del Jet Propulsion Laboratory mostrano che facendo diversi sorvoli ravvicinati si avrebbero diversi mesi per rimandare i dati, e l'Europa Clipper permetterebbe una missione da 2 miliardi di dollari per condurre le più cruciali misurazioni del Jupiter Europa Orbiter, cancellato.[15] In ciascuno dei fly-by la sonda avrebbe 7-10 giorni per trasmettere i dati ottenuti. Ciò permetterebbe alla stessa di trasmettere i dati fino a un anno dall'inserzione orbitale, comparati ai soli 30 giorni di un orbiter. Il risultato sarebbe l'invio di una quantità di dati 3 volte maggiore, riducendo l'esposizione alle radiazioni.[15]
Per questi motivi Europa Clipper orbiterà attorno a Giove, conducendo 45 fly-by di Europa ad altitudini comprese tra i 25 e i 2700 km.[37][38] Ogni sorvolo coprirebbe un diverso settore di Europa per ottenere una mappa topografica globale a media risoluzione della luna, incluso lo spessore del ghiaccio.[39] Europa Clipper potrebbe anche sorvolare il satellite a basse altitudini attraverso pennacchi di vapore acqueo che eruttano dai geyser ghiacciati della luna, analizzando il suo oceano sotterraneo senza dover atterrare sulla superficie per poi doverne romperne il ghiaccio.[19][20]
La sonda userebbe le tecnologie testate sugli orbiter Galileo e Juno, con particolare riguardo alla protezione dalle radiazioni, che sarà costituita da pareti in fogli di lega di alluminio e zinco dello spessore di 9,2 mm. Per massimizzare la sua operatività, l'elettronica verrà innestata nel nucleo della sonda.[40]
La massa al lancio di Europa Clipper è di circa sei tonnellate, all'incirca la stessa massa della Cassini-Huygens, la sonda più pesante lanciata nel sistema solare esterno fino al 2023, quando è partita la missione JUICE. Il serbatoio del propellente è progettato per trasportare 2750 kg, mentre 325 kg sono destinati agli strumenti scientifici.[40]
Sia i generatori termoelettrici a radioisotopi che i pannelli solari vennero proposti per alimentare il veicolo[41], ma nel settembre 2013 venne scoperto che i pannelli solari sarebbero stati l'opzione meno costosa. Le prime analisi suggerirono una superficie a pannello pari a 18 m2, producendo 150 W se continuativamente puntato verso il Sole durante le orbite gioviane.[42] Invece, nell'ombra di Europa, le batterie permetteranno alla sonda di continuare ad ottenere dati. Tuttavia, la radiazione ionizzante può danneggiare i pannelli solari. L'orbita dell'Europa Clipper passerà attraverso l'intensa magnetosfera gioviana, che degraderà gradualmente i pannelli solari col progredire della missione.[39]
L'alternativa ai pannelli solari era un Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), alimentato da 238Pu.[38][39] Questa sorgente di energia è la stessa usata nella missione del Mars Science Laboratory, e ne sono disponibili quattro unità, di cui una riservata per il Mars 2020 e un'altra di backup. Il 3 ottobre 2014 venne annunciato che per alimentare l'Europa Clipper erano stati scelti i pannelli solari. I progettisti della missione avevano determinato che, anche se la radiazione solare che giunge al sistema giovano è del 4% quella terrestre, i pannelli solari erano meno costosi del plutonio e più pratici.[41] Nonostante il peso maggiore se comparato al MMRTG, la massa del veicolo è rimasta nei limiti accettabili.[43]
Il carico e la traiettoria della sonda sono soggette a cambiamenti col maturare del progetto della missione. I 9 strumenti scientifici dell'orbiter, annunciati a maggio 2015, hanno una massa totale stimata di 82 kg. Sotto sono elencati i 9 strumenti più il magnetometro ICEMAG, sostituito successivamente da un magnetometro più semplice e meno costoso:
Siccome la missione Europa Clipper potrebbe non essere capace di modificare facilmente la propria traiettoria orbitale o altitudine per volare attraverso sporadici episodi di pennacchi d'acqua, gli scienziati e gli ingegneri hanno proposto il dispiegamento dal veicolo spaziale di diversi satelliti miniaturizzati del tipo CubeSat, possibilmente alimentati da propulsori ionici, per volare attraverso i pennacchi e stabilire l'abitabilità dell'oceano sotto la superficie di Europa.[26][38][57] Alcune proposte iniziali includevano il Mini-MAGGIE[58], il DARCSIDE[59] e il Sylph[60]. L'Europa Clipper ripeterebbe i segnali dai nanosatelliti a Terra. Muniti di propulsione, alcuni nanosatelliti sarebbero anche in grado di entrare in orbita attorno ad Europa.[15] Questi concetti sono stati finanziati per studi preliminari, ma nessuno è stato preso in considerazione per lo sviluppo o il volo dell'hardware.
La NASA aveva anche valutato il rilascio di una sonda addizionale di 250 kg chiamata Biosignature Explorer for Europa (BEE), equipaggiata con un basilare motore a razzo bipropellente e propulsori a gas freddo, per essere più agile e reattiva su Europa durante il campionamento e l'analisi dei pennacchi di acqua, alla ricerca di segni biologici prima di essere distrutta dalla radiazione.[61] La BEE sarebbe stata equipaggiata con uno spettrometro di massa collaudato, combinato con un separatore cromatografico dei gas. Avrebbe trasportato anche una fotocamera di all'ultravioletto assieme a fotocamere nell'infrarosso vicino e in luce visibile per fotografare le regioni attive con una risoluzione migliore di quella della sonda madre. La sonda sarebbe volata a un'altitudine tra 2 e 10 km, per poi eseguire un rapido allontanamento eseguendo le sue analisi lontano dalle cinture di radiazione.[61]
Un concetto iniziale dell'Europa Clipper prevedeva un piccolo lander di circa 1 m di diametro, forse pesante 230 kg con un carico scientifico massimo di 30 kg. Gli strumenti suggeriti erano uno spettrometro di massa e uno spettrometro Raman per determinare la chimica della superficie. Il lander sarebbe stato inviato su Europa dalla sonda principale e avrebbe bisogno di un sistema di gru per un atterraggio preciso e soffice, vicino ad una regione attiva. Il lander avrebbe operato per circa 10 giorni sulla superficie usando batterie. L'Europa Clipper impiegherebbe circa tre anni per visualizzare il 95% della superficie di Europa a circa 50 metri per pixel e, con questi dati, gli scienziati avrebbero potuto trovare un sito di atterraggio adatto. Secondo una stima, l'inclusione di un lander avrebbe aggiunto fino a 1 miliardo di dollari al costo totale della missione.[62]
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Infine il desiderio del lander aumentò fino al punto di diventare una missione a parte: l'Europa Lander. Questa missione sarebbe stata una sonda lanciata separatamente costruita sulla base della missione dell'Europa Clipper. Precedentemente la NASA aveva valutato un lander attaccato all'Europa Clipper, ma il forte supporto al Congresso portò alla separazione dell'intera missione nel 2016. Tuttavia il passaggio all'amministrazione Trump portò al taglio dei fondi alla missione, assieme alla ARM e a 4 missioni di scienze della Terra, focalizzando le attività nel Sistema Solare esterno sull'Europa Clipper, previsto per il lancio nel 2022 a bordo del secondo volo dello Space Launch System, in preparazione per il lander pianificato in un momento successivo.[63][64][65][66]
Le proposte di bilancio federale per il 2018 e il 2019 non hanno finanziato l'Europa Lander, ma hanno assegnato 195 milioni di dollari per studi concettuali.[67]
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Inizialmente era previsto il lancio dell'Europa Clipper con lo Space Launch System (SLS) della NASA, che sarebbe potuto arrivare da Giove con una traiettoria diretta in meno di 3 anni. Tuttavia la scarsa disponibilità per i primi anni 2020 di vettori SLS, il cui utilizzo è previsto principalmente per il programma Artemis, ha portato la stessa NASA a chiedere al Congresso di effettuare una selezione per lanciare la sonda con un vettore commerciale,[68] anche in considerazione del fatto che ciò avrebbe comportato un risparmio di 2 miliardi di dollari solo per il lancio.[69][70] Un altro svantaggio di lanciare una sonda pesante ma molto sofisticata come Europa Clipper con lo Space Launch System era il timore che le forti vibrazioni generate da un razzo a combustibile solido (come l'SLS) avrebbero potuto danneggiare i sofisticati strumenti della sonda robotica.
Nel 2021 la NASA ha infine scelto di lanciare Europa Clipper con il Falcon Heavy di SpaceX.[71] Per far guadagnare velocità alla sonda nel suo viaggio verso il sistema gioviano verrà sfruttata l'assistenza gravitazionale di Marte nel febbraio 2025 e della Terra nel gennaio 2026. L'inserzione in orbita attorno a Giove è prevista per aprile 2030.[37]
Una volta arrivata da Giove la sonda utilizzerà il suo propulsore principale per ridurre la velocità e inserirsi in un'orbita circolare attorno al gigante gassoso. Utilizzando l'assistenza gravitazionale di Ganimede impiegherà circa un anno per regolare la sua orbita in modo che la sonda esegua un sorvolo ravvicinato di Europa ogni volta che completa un giro attorno a Giove su un'orbita altamente ellittica.[72][73] I sorvoli di Ganimede così come di Callisto consentiranno osservazioni scientifiche, tuttavia queste lune non sono gli obiettivi principali della missione. La missione principale ha una durata di 4 anni e prevede circa 50 sorvoli ravvicinati di Europa (il più vicino dei quali a 25 km dalla superficie),[74] ciascuno con una diversa angolazione, in modo da mappare quasi l'intera superficie ad alta risoluzione.[75] Per due anni, da maggio 2031 a maggio 2033, la sonda sorvolerà l'emisfero opposto a Giove, mentre dal maggio 2033 i sorvoli mapperanno l'emisfero rivolto verso il gigante gassoso.[76]
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