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Una ricetta per un disastro

La curiosità del mese di luglio 2016 a cura di Tomaso Belloni

Dopo anni di preparazione, il 17 febbraio 2016 l’agenzia spaziale giapponese (JAXA) ha messo in orbita un importante satellite per astronomia in raggi X.
Denominato ASTRO-H (l’ottavo di una sequenza di satelliti astronomici), dopo il lancio avvenuto con successo è stato battezzato Hitomi (in italiano pupilla).
I nomi ai satelliti si danno sempre dopo il lancio, per evitare di "battezzare" qualcosa che poi potrebbe non arrivare in orbita.
In questo caso il lancio dal centro spaziale di Tanegashima era stato perfetto e tutto funzionava bene, in marzo si erano cominciate le prime osservazioni.
L’importanza di questa missione stava in uno strumento detto calorimetro, che permette osservazioni estremamente dettagliate della distribuzione spettrale dei raggi X.
Perchè i verbi al passato? Purtroppo Hitomi non è più operativo, dopo pochissime osservazioni.
Anzi, possiamo dire che Hitomi proprio non è più, a causa di una sequenza di eventi che ha portato alla sua vera propria disintegrazione.
Vediamo cosa è successo. La sequenza di eventi è un po’ lunga, ma sembra una storia di fantascienza.

Il 25 marzo Hitomi iniziava un nuovo puntamento.
Dopo un’osservazione della nebulosa del Granchio (che contiene una pulsar) cambiava puntamento per osservare il nucleo galattico attivo Markarian 205.
Per ripuntare il sistema deve ovviamente sapere dove sta puntando e dove deve andare a puntare.
A questo scopo ci sono dei piccoli telescopi, chiamati "star tracker" che usano le stelle per l’orientamento, come facevano i naviganti nei secoli passati, con la differenza che i telescopi hanno un campo di vista piccolo e vedono piccole zone del cielo, che devono confrontare con dei cataloghi.
Poi per girare il satellite vengono usate delle ruote: nello spazio se qualcosa ruota in una direzione, ci deve essere qualcos’altro che ruota nella direzione opposta: se una ruota gira in senso orario, il resto del satellite deve girare in senti antiorario per compensare. Azione e reazione.
In questo caso, il software per la rilevazione delle stelle nello "star tracker" aveva una soglia troppo alta, problema conosciuto che si pensava di risolvere più avanti, per cui non vedeva un numero sufficiente di stelle per capire dove stesse puntando.

Il sistema che misura la rotazione del satellite (chiamato IRU) ha quindi fatto sapere erroneamente al programma di controllo che il satellite stava ruotando di 21.7 gradi all’ora, mentre in realtà non si muoveva affatto.
In realtà c’era anche un secondo star tracker, ma non era programmato per entrare in funzione automaticamente. Dopo qualche minuto lo star tracker ha capito la posizione, che era ovviamente molto diversa da quella indicata dall’IRU. Il programma di controllo ha quindi ignorato i dati dello star tracker.
In un caso come questo la cosa più sensata da fare sarebbe interrompere tutto e mettere il satellite in condizioni di sicurezza, il cosiddetto "safe mode", ma questo vorrebbe dire perdere tempo e lo si voleva evitare.
Si noti che tutta la sequenza è automatica, stiamo parlando puramente di software.
Per tre contatti con la stazione a terra Hitomi ha segnalato il problema, ma gli ingegneri a terra non hanno fatto nulla perchà non avevano istruzioni specifiche.
Tipicamente i satelliti hanno anche un sensore della posizione del sole, per avere un’idea vaga dell’orientamento (come una persona con gli occhi chiusi può capire più o meno dove è il sole), ma non veniva usato perchè avrebbe fatto fare perdere tempo di osservazione.
In pratica il sistema era progettato per ottenere dati da uno strumento solo, ignorando tutti gli altri.
In caso di malfunzionamento, questo non è per niente ottimale.
Pensando di stare ruotando di 21.7 gradi all’ora in una direzione, Hitomi ha cominciato a far girare le sue ruote per fermare la rotazione, che però non c’era.
Dopo qualche ora, stava ruotando vicino al limite di rottura e il sistema ha deciso di entrare in modalità safe (finalmente).
Per fare questo ha attivato i piccoli razzi a bordo.
Purtroppo però anche qui qualcosa non ha funzionato.
Quando è stato lanciato, Hitomi era compatto, ma in orbita ha esteso un lungo braccio per allontanare gli strumenti dagli specchi concentratori e raggiungere una grande lunghezza focale.

In pratica adesso il satellite aveva una forma diversa, con la massa distribuita diversamente.
Se si vuole fermare un oggetto che ruota nello spazio attivando dei razzi, bisogna sapere bene come è fatto l’oggetto.
Il modello del satellite era stato aggiornato, ma il programma che lo aveva calcolato forniva numeri negativi, che andavano mandati al satellite senza il segno meno.
L’operatore che li ha mandati non lo sapeva e ha inviato numeri sbagliati. Stiamo parlando di sei numeri. I razzi sono partiti nel modo sbagliato.
Alla fine, il 26 marzo, Hitomi ruotava così velocemente che si è letteralmente spaccato: i pannelli solari sono volati via, come pure probabilmente la sezione estesa con gli strumenti.
Da terra si è perso il contatto e con i telescopi si sono visti diversi frammenti, una decina, alcuni dei quali rotanti su se stessi in pochi secondi.
La prima possibilità considerata è stata quella della collisione con un altro oggetto, ma a poco a poco si è capito che Hitomi aveva fatto tutto da solo.
Dopo aver tentato il possibile per comunicare con il satellite, le ricerche sono state abbandonate il 28 aprile e Hitomi è stato dichiarato perso.
Per l’astronomia dei raggi X si tratta di una grande perdita, proprio appena Hitomi aveva cominciato le osservazioni.
Per la comunitè astronomica giapponese ovviamente ancora di pi€.
Quello che possiamo dire è che non è sui controlli che si deve risparmiare: un problema assolutamente minimo come quello di uno star tracker che vede troppe poche stelle non dovrebbe causare nessun problema al di là di qualche ora di osservazione persa.

Per saperne di più

Hitomi spacecraft da Wikipedia in inglese
video - Filmato di un amatore che ha ripreso la morte del satellite.