Una missione radar ad alta risoluzione verso il "gemello malvagio" della Terra, Venere, un'astronave per rilevare le esplosioni più potenti dell'Universo e un osservatorio per il fresco, cosmo polveroso per indagare sull'origine delle stelle:il Concurrent Design Facility dell'ESA ha eseguito studi di fattibilità dei candidati contendenti per la quinta missione di classe media nel programma scientifico Cosmic Vision dell'Agenzia, previsto per il lancio nel 2032.

La struttura di progettazione simultanea, o CDF, sembra una sala di controllo di volo, sopra la suite principale di laboratori spaziali nel cuore tecnico dell'ESA nei Paesi Bassi. Le console interconnesse sono disposte di fronte a una parete multimediale lunga 6 m, ospitare rappresentanti di tutte le discipline delle missioni spaziali. Però, questo non è un posto per guidare i satelliti, ma per crearli.

Squadre di esperti si riuniscono qui per eseguire studi iniziali sulle future missioni proposte, stabilendo rapidamente la loro fattibilità prima del successivo sviluppo industriale. Il CDF ha eseguito fino ad oggi più di 250 studi in oltre 20 anni di attività, comprese numerose missioni che sono state sviluppate per lo spazio come Solar Orbiter, Atena e OpsSat.

"L'ingegneria simultanea consiste nel riunire tutti gli esperti necessari in un'unica stanza per lavorare insieme in tempo reale, " spiega Massimo Bandechhi, fondatore della CDF.

Proprio come una squadra di controllo missione, rappresentanti esperti di tutti i sistemi di veicoli spaziali si uniscono, comprese le strutture e la configurazione, meccanismi, dinamica di volo, potenza, controllo termico e propulsione, nonché specialisti in rischio tecnico, organizzazione e ingegneria dei costi. Questo lavoro di squadra combinato su un progetto per raggiungere gli obiettivi della missione entro una massa prestabilita, costi e limiti di tempo.

"La collaborazione si basa su un modello software condiviso della missione. La configurazione di questo modello viene aggiornata quando viene apportata qualsiasi alterazione del sottosistema, mostrando gli impatti a livello di sistema di ogni aggiornamento a tutti in una volta. Con tutte le discipline che contribuiscono allo stesso tempo e luogo, affrontiamo i problemi da tutti i punti di vista, trasformare un processo naturalmente sequenziale in qualcosa di più 'concorrente'."

Il CDF ha recentemente condotto studi sui tre candidati alla missione M5 della Direzione scientifica dell'ESA, definire in dettaglio i concetti di missione e vedere come opererebbero nella pratica, identificare eventuali tecnologie critiche necessarie per rendere possibile ogni missione e analizzare il loro probabile costo di sviluppo, rischio e programma.

Concepire

EnVision è una missione per far volare un sistema radar ad alta risoluzione sul nostro vicino pianeta serra Venere per rilevare il movimento del suolo su scala centimetrica come prova dell'attuale attività vulcanica, oltre a trasportare un ecoscandaglio radar sotto la superficie e una suite di spettrometri per rilevare i gas traccia nel suo spessore, atmosfera tossica.

Lo studio CDF ha scoperto che le condizioni venusiane hanno conseguenze per la progettazione dello strumento principale:la frequenza radar è stata scelta per ridurre al minimo l'interferenza delle goccioline di acido solforico sfasate nell'atmosfera.

Lo studio ha preso in considerazione le opzioni di propulsione chimica ed elettrica per il veicolo spaziale, e ha esaminato come EnVision potrebbe sfruttare l'atmosfera di Venere per eseguire un aerofreno in orbita. La navicella dovrebbe tenere conto della temperatura più alta dell'orbita di Venere - due volte quella della Terra - con vernice nera, Avvolgimento isolante multistrato a 10 strati, tubi di calore e riflettori a superficie ottica.

Sono stati sollevati problemi termici anche per il segmento di terra della missione, con il crio-raffreddamento proposto per massimizzare la sensibilità dell'antenna per un migliore recupero dei risultati della missione. EnVision è oggetto di studio come missione dell'ESA con contributi significativi della NASA.

Teseo

Teseo, un acronimo per Transient High Energy Sky e Early Universe Surveyor rileverebbe sorgenti di raggi X e gamma in tutto il cielo. In particolare, Theseus è progettato per ottenere un importante passo avanti nella scoperta dei Gamma Ray Burst (GRB) su scale cosmologiche di redshift.

Si ritiene che queste massicce esplosioni da galassie lontane siano causate dal collasso di stelle supermassicce del primo miliardo di anni dell'Universo, offrendo informazioni sulla primissima generazione di stelle, e dalla fusione di stelle di neutroni, quest'ultimo tipo di evento che produce anche onde gravitazionali.

Teseo avrebbe portato un telescopio a infrarossi (IR), uno spettrometro a raggi X molli e uno spettrometro a raggi X e gamma (o "raggi y"). Localizzando rapidamente ogni nuova sorgente transitoria ad alta energia all'interno del campo visivo del telescopio a infrarossi - a una linea di base inferiore a 10 secondi - Teseo sarà in grado di caratterizzare le proprietà della galassia ospite in cui si è verificato il GRB - e soprattutto il suo distanza.

Lo studio CDF lo ha posizionato in un'orbita terrestre bassa quasi equatoriale per massimizzare il suo contatto con le stazioni di terra, consentendogli di aumentare rapidamente l'allarme per le osservazioni terrestri di follow-up. Orbiterebbe con un'inclinazione sufficientemente bassa da ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni dell'Anomalia del Sud Atlantico, un nodo nel campo magnetico protettivo della Terra.

Spica

Spica è un progetto congiunto europeo-giapponese che offre miglioramenti significativi nelle capacità spettroscopiche e di rilevamento del lontano infrarosso, in grado di scrutare attraverso le nuvole di polvere che tipicamente oscurano i siti di nascita delle stelle.

Opererebbe dal secondo punto di Lagrange Terra-Sole - 1,5 milioni di chilometri dalla Terra nella direzione opposta al Sole - con un telescopio a raffreddamento attivo di 2,5 m di diametro.

Lo studio CDF ha incluso l'analisi di come Spica trarrebbe vantaggio dal patrimonio tecnologico delle missioni Herschel e Planck dell'ESA, nonché sui sistemi di controllo dell'assetto necessari per spostarsi tra i suoi obiettivi astronomici.

Sono state inoltre fornite opzioni per l'archiviazione dei dati a bordo della missione, sistema di comunicazione e segmento di terra, per riportare a terra le sue scoperte.

Prossimi passi

Tutti e tre gli studi miravano a ridurre al minimo l'uso della nuova tecnologia e massimizzare le parti commerciali disponibili, per la migliore combinazione di costo e rischio. Una volta stabilita la fattibilità di tutti e tre i concetti di missione, ora procedono a contratti industriali paralleli, per produrre disegni dettagliati per la futura selezione del piumino.