Il corridoio più lungo nel più grande stabilimento dell'ESA è stato trasformato in un sito di prova per una delle missioni future più ambiziose dell'Agenzia, Proba-3. I due satelliti che compongono questa missione si allineeranno in modo che uno getti un'ombra sull'altro, rivelando le regioni interne dell'atmosfera spettrale del Sole. Ma tale volo di formazione di precisione sarà possibile solo attraverso un sistema di sensori basato sulla visione che consente a un satellite di agganciarsi all'altro.

La coppia Proba-3 volerà a una distanza nominale di 144 m per osservazioni coronali, eseguendo inoltre manovre di riconfigurazione della formazione che ne modificheranno la distanza fino a raggiungere i 25 m, e fino a 250 mt.

Il test di questo sistema di sensori per renderlo possibile ha avuto luogo presso il centro tecnico ESTEC dell'ESA a Noordwijk, Paesi Bassi, utilizzando il suo corridoio principale lungo 230 m, che collega gli uffici di progetto con i laboratori tecnici e il Centro Prove satellite dello stabilimento.

Le luci sono state abbassate e gli oggetti esposti sono stati rimossi per consentire alle versioni di prova delle telecamere di osservare un bersaglio simile a un volo con display a LED lungo l'intera lunghezza del corridoio.

"Questo sistema di sensori basati sulla visione è il primo modo in cui i due satelliti acquisiscono la formazione, e riacquistarlo una volta per orbita, " spiega Damien Galano, Responsabile del progetto Proba-3 dell'ESA.

"È progettato per consentire alla coppia di trovarsi e stimare la loro posizione relativa con una precisione di pochi millimetri, per distanze da 20 a 250 m, permettendo al veicolo spaziale di manovrare autonomamente in formazione. Quindi avevamo bisogno di un lungo spazio per testarlo, e uno spazio interno come questo è molto più controllabile di quello esterno, dove il vento e altri disturbi interferirebbero con l'allestimento."

Previsto per il lancio nel 2023, I due satelliti di Proba-3 su scala metrica si allineeranno in modo tale che uno, l'"Occultore", blocchi il disco solare accecante per l'altro "Coronagraph". o 'corona, " normalmente nascosto in un'intensa luce solare, tranne durante brevi eclissi solari.

"I due satelliti voleranno insieme in un'orbita allungata o altamente ellittica di 19,6 ore, "dice Raphael Rougeot, Proba-3 mi

"Volare attivamente in formazione in tutta questa orbita non sarebbe pratico. Invece i satelliti volano in formazione solo per le sei ore intorno alla cima di 60 000 km di altitudine - o "apogeo" - della loro orbita. Il resto del tempo vengono manovrati in un traiettoria relativa di volo libero che garantisce la sicurezza della missione. uscendo dal fondo della loro orbita, o 'perigeo', devono riacquistarsi l'un l'altro."

Una serie di telecamere sarà a bordo del satellite Occulter, cercando i LED pulsanti sul coronagrafo, uno in ogni angolo più un motivo quadrato più piccolo sul lato destro, destinato a rivelare l'orientamento del satellite e consentire operazioni di prossimità.

Raphael aggiunge:"Sono necessarie due telecamere con diversi campi visivi. La prima telecamera ha un ampio campo visivo di 15 gradi, usato per trovare il Coronagraph. Il secondo ha un campo visivo più stretto per fornire la necessaria precisione millimetrica. Un altro sensore permette la sincronizzazione delle loro acquisizioni di immagini con gli impulsi LED. Una sincronizzazione così precisa, fino a 10 milionesimi di secondo, è necessaria perché la luce dei LED potrebbe altrimenti andare persa nel riflesso spurio del Sole sul Coronagraph, o nella luminosa Terra sullo sfondo. Inoltre, le fotocamere avranno anche un filtro ottimizzato per la luce LED del vicino infrarosso."

Il test del sistema di telecamere e di un bersaglio con LED di un metro quadrato è stato distanziato a intervalli di 30 m lungo la lunghezza del corridoio, dando risultati promettenti. Per simulare la luce parassita solare, è stata utilizzata una lampada specifica con le corrette proprietà spettrali. Questa lampada è stata appositamente caratterizzata dal Laboratorio di Ottica di ESTEC per questo test.

Come seguito, una versione più piccola del target LED è stata montata su un braccio robotico montato su rotaia durante il Guidance Navigation and Control Rendezvous di ESTEC, Simulatore di avvicinamento e atterraggio, o GRALS. Questa struttura lunga 33 m viene utilizzata per simulare avvicinamenti ravvicinati, rendez-vous e attracco tra oggetti spaziali.

Jonathan Grzymisch, Ingegnere del sistema di navigazione e controllo di guida Proba-3, spiega:"Il braccio robotico ha spostato il target LED lungo uno schema preprogrammato mentre le telecamere guardavano, consentendo al software dello strumento di calcolare continuamente la sua traiettoria dinamica relativa. Questo ci permette di caratterizzare le prestazioni del sensore su una base dinamica deterministica. Entrambi i test sono andati bene, grazie alla collaborazione del Facility Management di ESTEC e delle relative sezioni tecniche."

Il sistema di sensori basati sulla visione di Proba-3 è stato sviluppato dall'Università tecnica della Danimarca (DTU). Il team non ha potuto essere presente di persona all'ESTEC a causa delle restrizioni COVID-19, ma ha supportato il test in remoto mentre gli ingegneri dell'ESA preparavano ed eseguivano il test.