Il 9 febbraio 2017, La missione Magnetospheric Multiscale della NASA, noto come MMS, iniziò un lungo viaggio di tre mesi in una nuova orbita. L'MMS vola in un'orbita altamente ellittica attorno alla Terra e la nuova orbita porterà l'MMS a una distanza doppia rispetto a quanto volato in precedenza. Nella nuova orbita, che inizia la seconda fase della sua missione, L'MMS continuerà a mappare le caratteristiche fondamentali dello spazio intorno alla Terra, aiutandoci a comprendere questa regione chiave attraverso la quale viaggiano i nostri satelliti e astronauti. L'MMS volerà direttamente attraverso le regioni, dove si verificano gigantesche esplosioni chiamate riconnessione magnetica, mai osservate prima in alta risoluzione.

Lanciato nel marzo 2015, L'MMS utilizza quattro veicoli spaziali identici per mappare la riconnessione magnetica, un processo che si verifica quando i campi magnetici si scontrano e si riallineano in modo esplosivo in nuove posizioni. Scienziati e ingegneri della NASA pilotano l'MMS in una formazione senza precedenti che consente alla missione di viaggiare attraverso regioni in cui i campi magnetici del sole interagiscono con i campi magnetici della Terra, ma mantenere quattro veicoli spaziali in formazione è tutt'altro che facile.

"Questa è una delle missioni più complicate che Goddard abbia mai fatto in termini di dinamiche di volo e manovre, " ha detto Mark Woodard, Direttore della missione MMS presso il Goddard Flight Space Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Nessuno da nessuna parte ha mai fatto voli in formazione come questo prima d'ora."

Per formare un'immagine tridimensionale della riconnessione, la missione fa volare quattro satelliti individuali in una formazione piramidale chiamata tetraedro. Mentre una precedente missione congiunta ESA (Agenzia spaziale europea)/NASA ha volato in una formazione simile, L'MMS è il primo a volare in una formazione così stretta - in media solo quattro miglia di distanza. Il mantenimento di questa stretta separazione consente la mappatura ad alta risoluzione ma aggiunge un'ulteriore dimensione di sfida al volo degli MMS, che è già un'impresa complessa.

Volare su un'astronave, come si potrebbe sospettare, non è come guidare una macchina. Invece di concentrarci solo su due dimensioni, sinistra e destra, avanti e indietro - devi anche considerare su e giù. Aggiungici a questo, mantenendo i quattro veicoli spaziali MMS nella specifica formazione tetraedrica necessaria per la mappatura tridimensionale, e hai una bella sfida. E non dimenticare di evitare detriti spaziali e altri veicoli spaziali che potrebbero incrociare il tuo cammino. Oh, e ogni astronave gira come una trottola, aggiungendo un altro livello alla vertiginosa complessità.

"Tipicamente, ci vogliono circa due settimane per completare l'intera procedura di progettazione delle manovre, " ha detto Trevor Williams, Le dinamiche di volo MMS guidano la NASA Goddard.

Williams guida un team di circa una dozzina di ingegneri per assicurarsi che l'orbita dell'MMS rimanga sulla buona strada. Durante una normale settimana di attività, le manovre, che sono stati accuratamente realizzati e calcolati in anticipo, si concludono in un incontro all'inizio della settimana.

Per calcolare la sua posizione, MMS utilizza il GPS, proprio come uno smartphone. L'unica differenza è che questo ricevitore GPS è molto al di sopra della Terra, superiore ai satelliti GPS che inviano i segnali.

"Stiamo usando il GPS per fare qualcosa per cui non è stato progettato, ma funziona, "Ha detto Woodard.

Poiché il GPS è stato progettato pensando agli utenti terrestri, i segnali vengono trasmessi verso il basso, rendendo difficile l'utilizzo dall'alto. Fortunatamente, i segnali dai satelliti GPS vengono inviati ampiamente per coprire l'intero pianeta e, di conseguenza, alcuni dall'altra parte del pianeta si insinuano intorno alla Terra e continuano nello spazio, dove l'MMS può osservarli. Utilizzando un ricevitore speciale in grado di captare segnali deboli, L'MMS è in grado di rimanere in costante contatto GPS. La navicella utilizza i segnali GPS per calcolare automaticamente la loro posizione, che inviano al quartier generale del controllo di volo a Goddard. Gli ingegneri usano quindi quel posizionamento per progettare le manovre per le orbite del veicolo spaziale.

Mentre l'orbita per ogni veicolo spaziale MMS è quasi identica, piccoli aggiustamenti devono essere fatti per mantenere il veicolo spaziale in una formazione stretta. Gli ingegneri si affidano anche ai rapporti della Conjunction Assessment Risk Analysis della NASA, che identifica le posizioni dei detriti spaziali e fornisce una notifica quando gli oggetti, come un vecchio satellite per comunicazioni, potrebbe incrociare il percorso dell'MMS. Sebbene nulla sia stato ancora a rischio di collisione con l'MMS, l'equipaggio ha un piano di riserva preparato - una manovra di schivata - in caso di necessità.

Nei mercoledì programmati, uno o due al mese, i comandi vengono inviati al veicolo spaziale per regolare la formazione tetraedrica e apportare le necessarie regolazioni dell'orbita. Questi comandi dicono all'MMS di azionare i suoi propulsori in brevi raffiche, spingendo il veicolo spaziale nella posizione prevista.

Lo spostamento di MMS è un processo lento. Ogni navicella è dotata di propulsori che forniscono quattro libbre di spinta, ma pesano anche quasi una tonnellata ciascuno. Le astronavi girano tutte come trottole, quindi i tempi di ogni scoppio devono essere sincronizzati con precisione per spingere la navicella nella giusta direzione.

Il giorno successivo, una volta che i veicoli spaziali sono nelle loro posizioni corrette, viene dato un secondo giro di comandi per azionare i propulsori nella direzione opposta, per riparare la navicella in formazione. Senza questo comando, l'astronave avrebbe superato le posizioni previste e si sarebbe allontanata senza forze di resistenza per fermarli.

A differenza degli aeroplani, che accendono costantemente i loro motori per tenersi in movimento, l'astronave fa affidamento sul loro slancio per portarli intorno alla loro orbita. Solo brevi raffiche dai loro propulsori, della durata di pochi minuti, sono tenuti a mantenere la loro formazione e ad apportare lievi modifiche all'orbita.

"Trascorriamo il 99,9 percento del tempo per inerzia perché dobbiamo risparmiare sul carburante, " ha detto Williams.

Lanciato con 904 libbre di carburante, il veicolo spaziale ha utilizzato solo circa 140 libbre nei primi due anni di funzionamento. Però, inviare MMS in un'orbita più ampia per la sua seconda fase consumerà circa la metà del carburante rimanente - e non ci sono stazioni di servizio nello spazio per il rifornimento. Il personale operativo pianifica attentamente ogni manovra per ridurre al minimo il consumo di carburante. Le manovre tipiche richiedono meno di mezzo chilo di carburante e l'equipaggio spera che i loro sforzi per la conservazione del carburante risparmieranno all'MMS abbastanza carburante per consentire studi estesi oltre la fine della missione primaria.

La nuova orbita ellittica porterà l'MMS entro 600 miglia sopra la superficie della Terra al suo massimo avvicinamento, e fuori a circa il 40 percento della distanza dalla luna. In precedenza, l'astronave ha percorso solo un quinto (20 percento) della distanza dalla luna.

Nella prima fase della missione, L'MMS ha studiato il lato solare della magnetosfera terrestre, dove le linee del campo magnetico del sole si collegano alle linee del campo magnetico terrestre, permettendo al materiale e all'energia del sole di incanalarsi nello spazio vicino alla Terra. Nella seconda fase, L'MMS passerà attraverso il lato notturno, dove si pensa che la riconnessione inneschi le aurore.

Oltre ad aiutarci a capire il nostro ambiente spaziale, conoscere le cause della riconnessione magnetica fa luce su come questo fenomeno si verifica in tutto l'universo, dalle aurore della Terra, ai bagliori sulla superficie del sole, e persino nelle aree circostanti i buchi neri.

Sebbene l'MMS non manterrà la sua formazione tetraedrica mentre si sposta verso la sua nuova orbita, continuerà a raccogliere dati sugli ambienti che attraversa. L'equipaggio delle operazioni prevede che l'MMS raggiunga la sua nuova orbita il 4 maggio. 2017, a quel punto sarà di nuovo in formazione e pronto per raccogliere nuovi dati scientifici in 3D, poiché la sua orbita ellittica lo trasporta attraverso aree specifiche ritenute siti per la riconnessione magnetica.