MetOp Second Generation (MetOp-SG) è un sistema successivo al successo dei satelliti MetOp, l'ultimo dei quali lanciato nella sua orbita polare di 800 km nel 2018.

MetOp-SG è il componente europeo del Joint Polar System, che è una collaborazione con gli Stati Uniti. Eumetsat, l'Organizzazione europea per lo sfruttamento dei satelliti meteorologici, gestisce i satelliti MetOp ed è responsabile dello sviluppo del segmento di terra del sistema e della fornitura dei dati meteorologici alla comunità mondiale di utenti. L'ESA è responsabile della progettazione e della produzione del segmento spaziale del sistema:i satelliti stessi.

Per questa campagna l'elemento di prova non era l'hardware di volo ma una versione prototipo costruita appositamente per i test iniziali, noto come modello strutturale e termico (STM).

Questo primo satellite MetOp-SG, alto 6,5 metri e con un peso di 4,4 tonnellate compreso il propellente, fu scosso, scioccato e posto in un vuoto prolungato sotto la luce solare simulata per dimostrare la qualificazione del progetto per il lancio e la prontezza per lo spazio.

La missione MetOp Second Generation è in realtà composta da due diversi satelliti ciascuno con diverse suite di strumenti a bordo.

"Il nostro STM è in realtà un ibrido di questi due modelli di satelliti, " spiega Nick Goody, l'ingegnere di integrazione e collaudo della propulsione e dell'assemblaggio della missione.

"I due satelliti hanno una piattaforma comune, mentre l'STM è equipaggiato con gli strumenti di puntamento del nadir dal satellite-A più gli elementi dell'unità di carico utile dal satellite-B, compresi amplificatori e alimentatori. Questa configurazione ibrida si traduce nella massima massa e dissipazione di potenza per i test STM, destinati alla qualificazione meccanica e termica. Quegli obiettivi di qualificazione non coperti dall'STM saranno affrontati dai modelli proto-volo SAT-A e SAT-B."

La campagna di test è iniziata presso la struttura di Tolosa di Airbus Defence and Space nel dicembre 2018, dove unità fittizie, l'hardware termico e il cablaggio elettrico sono stati integrati, insieme al modulo di propulsione fornito dallo stabilimento Airbus di Stevenage, UK. Ciò è stato seguito dall'integrazione dei modelli di prova degli strumenti e dal completamento del relativo cablaggio, il labirinto di cablaggi che collegano tutto insieme, e il suo involucro isolante multistrato.

"È stata eseguita una campagna di test di microvibrazioni per caratterizzare le funzioni di trasferimento tra gli strumenti e altri esportatori di microvibrazioni come le ruote di reazione, ", ha affermato Enrico Corpaccioli, responsabile dell'ingegneria satellitare MetOp-SG.

"Queste misurazioni ci consentono di analizzare meglio gli effetti delle microvibrazioni sugli strumenti durante il funzionamento del satellite quando è in orbita. Sono state eseguite anche misurazioni di allineamento per fornire un riferimento prima dell'inizio dei test ambientali".

Quindi, nel giugno 2019, l'STM è stato trasportato all'ESTEC Test Center di Noordwijk. Il più grande sito di test satellitari in Europa, il centro è dotato di strutture per simulare ogni aspetto dell'ambiente spaziale sotto un'unica camera bianca.

Qui è stato disimballato per il test delle vibrazioni. Successivamente è stato riempito con 760 kg di acqua demineralizzata, al posto del propellente idrazina con cui sarà alimentato prima del lancio, per il test del seno lungo ciascun asse, sottoposto a una scansione progressiva di frequenze e ampiezze per scovare eventuali risonanze strutturali potenzialmente dannose.

"I livelli di qualificazione sono applicati alla struttura STM, "aggiunge Nicola, "il che significa che le ampiezze sono significativamente al di sopra dei livelli di volo previsti e le durate sono più lunghe per dimostrare il margine necessario nella progettazione".

È stata inoltre eseguita una prova di carico quasi statico. I satelliti sono esposti a carichi statici e dinamici simultanei durante la fase di lancio a causa dell'accelerazione e dell'aerodinamica del lanciatore. Questo test di carico quasi statico combina carichi statici e dinamici in un carico equivalente che viene applicato al satellite in un'esplosione sinusoidale di ampiezza elevata in pochi secondi.

Il lancio di un razzo è un evento estremamente rumoroso, quindi MetOp-SG è stato poi trasferito al Large European Acoustic Facility. Qui l'azoto viene fatto passare attraverso enormi trombe acustiche all'interno di una camera sigillata, ricreando il suono di un lancio.

Il passo successivo è stato un "controllo di adattamento" e un test di separazione, che prevede l'accoppiamento del satellite con un adattatore lanciatore fornito da Arianespace, per garantire che i due modelli combacino come previsto e che l'anello che fissa il satellite al lanciatore, noto come clampband, funzioni correttamente in modo che la separazione possa avvenire senza alcun problema.

Poi è arrivata la fase di test termico, che ha visto MetOp-SG trasferirsi nel Large Space Simulator, la camera a vuoto più grande d'Europa, dotato di un simulatore solare basato su una serie di lampade ad alta potenza.

Sono state simulate numerose orbite in varie condizioni calde e fredde fino a raggiungere la stabilità termica entro i livelli stabiliti. I risultati di questo test consentono la correlazione sperimentale del modello termico matematico del veicolo spaziale, utilizzato per verificare il progetto di controllo termico.

I test si sono conclusi con ulteriori test di allineamento, per verificare che il modello avesse resistito al suo regime di prova senza deformazioni strutturali, e un controllo delle perdite che prevedeva il riempimento del modulo di propulsione con gas elio.

"Questa campagna di test ha fornito importanti dati di qualificazione, "aggiunge Nicola, "consentendo la correlazione dei modelli con dati di prova rappresentativi e confermando l'analisi effettuata durante la fase di progettazione. Il modello termico strutturale è stato ora riportato a Tolosa in Francia, dove i modelli dello strumento, il modulo di propulsione e le unità fittizie vengono rimossi.

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"La struttura del satellite STM e il modulo di propulsione saranno restituiti ai loro fornitori per la ristrutturazione, in quanto sono destinati ad essere impiegati nel secondo modello di volo di MetOp SG-A."

Una storia di due MetOp-SG

Il sistema MetOp-SG a due satelliti fornisce dati dall'orbita polare per le previsioni meteorologiche e il monitoraggio del clima e la suite di strumenti fornisce informazioni sulla chimica atmosferica, qualità dell'aria, oceanografia, idrologia, vento, mare ghiacciato, precipitazioni e profili di temperatura nell'atmosfera.

MetOp SG-A ospita IASI-NG (Infrared Atmospheric Sounder Interferometer—New Generation) sviluppato dall'agenzia spaziale francese CNES; il radiometro ad imaging multispettrale avanzato METimage sviluppato dal Centro aerospaziale tedesco DLR; il Copernicus Sentinel-5 sviluppato dall'ESA per il rilevamento atmosferico più l'MWS (Microwave Sounder) dell'ESA; Strumenti 3MI ((Multiview Multichannel Multipolarization Imager) e RO (Radio Occultation).

MetOp SG-B include gli stessi strumenti RO di MetOp-SG-A più lo SCA (scatterometro) sviluppato dall'ESA, ICI (Ice Cloud Imager), MWI (MicroWave Imager) e il servizio di raccolta dati Argos fornito dal CNES, raccogliendo informazioni dalle boe oceaniche e da uno Space Environment Monitor fornito da Thales Alenia Space.

MetOp-SG dovrebbe entrare in servizio nel 2023.