Flex e Sentinel-3C, lanciato il “tandem” Esa per misurare il respiro e la febbre del pianeta

KOUROU, GUYANA FRANCESE – Alle 22:21:07 ora locale, piena notte in Italia, i motori del lanciatore Vega C si sono accesi sulla rampa di lancio del Centre Spatial Guyanais (Csg), 500 chilometri a nord dell’Equatore, per portare nello spazio due strumenti scientifici d’eccezione, i satelliti Sentinel-3C e Flex, dando ufficialmente il via alla missione VV30 dell’Agenzia spaziale europea. Centosedici minuti dopo, come da programma, i due satelliti hanno completato la sequenza di distacco dall’ogiva che li proteggeva e sono stati iniettati in un orbita eliosincrona, a un’altitudine di poco più di 800 chilometri, dove è cominciato un pas de deux spaziale destinato auspicabilmente a durare diversi anni. Flex e Sentinel-3C, infatti, orbiteranno intorno al nostro pianeta in tandem, l’uno a breve distanza dall’altro, interagendo costantemente per incrociare dati biologici e ambientali: il primo misurerà l’attività fotosintetica delle piante, e il secondo – ultimo rampollo della famiglia, che già conta altri 11 satelliti operativi in orbita – terrà d’occhio la salute degli oceani, in particolare la temperatura, il colore e il livello del mare e lo spessore dei ghiacci; insieme, contribuiranno a fornire alla comunità internazionale strumenti decisivi per monitorare la progressione della crisi climatica e comprendere come mitigarla. Contraente principale del loro sviluppo è Thales Alenia Space, joint venture tra Thales e Leonardo, che ne ha gestito e coordinato l’intero lavoro di costruzione, integrazione e test dei componenti.

Una nuova sentinella

Cominciamo da Sentinel-3C, che come dicevamo è l’ultimo nato della famiglia Copernicus, il più avanzato programma di Osservazione della Terra dell’Unione europea, la cui architettura spaziale è coordinata dall’Esa e da Eumetsat: un enorme esperimento scientifico a cielo aperto (mai espressione fu più appropriata) che genera ogni giorno oltre 25 terabyte di dati, distribuiti ad agenzie governative, ricercatori e aziende private. Sentinel-3C affiancherà, fino a sostituire completamente, il suo “fratello maggiore” Sentinel-3A, lanciato nel 2016 e giunto al termine della sua vita utile, per garantire la continuità delle misurazioni. “Copernicus è il sistema di osservazione della Terra più avanzato a livello europeo”, ha spiegato Mauro Facchini, responsabile dell’unità Copernicus della Commissione europea, sottolineando poi quanto sia cruciale “la continuità e l’integrità dei dati alla base dei modelli predittivi per le previsioni meteorologiche e le allerte per eventi estremi”.

A ribadire l’importanza di questo monitoraggio, difatti, sono i numeri: il mercato dei servizi a valore aggiunto legati allo spazio ha prodotto ricavi per 3,4 miliardi di euro nel 2023, trainati per il 22% dal monitoraggio climatico e della biodiversità e per il 13% dall’agricoltura), con proiezioni che sfiorano i 6 miliardi entro il 2033 e un ritorno dell’investimento di circa 3,7 volte rispetto ai costi sostenuti.

Sentinel-3C, per tornare alla scienza, è un satellite da una tonnellata e mezzo che ospita a bordo quattro sensori dedicati al monitoraggio della fisica e della biologia terrestre. Anzitutto, lo spettrometro Olci (Ocean and Land Colour Instrument, del cui sviluppo è direttamente responsabile Thales Alenia Space), dedicato all’analisi del colore di oceani e terre emerse, fondamentale per identificare tempestivamente le fioriture di alghe tossiche o per monitorare le aree devastate dagli incendi. Poi il radiometro Slstr (Sea and Land Surface Temperature Radiometer, sviluppato da Leonardo), uno strumento a infrarossi capace di misurare la temperatura superficiale con tolleranze di appena 0,1 grado, il radar Sral (Thales Alenia Space) per tracciare gli innalzamenti del livello del mare e il radiometro a microonde Mwr (Airbus Defence & Space). “Sentinel-3 è una missione che ci permetterà di avere informazioni su diverse variabili”, ha spiegato Simonetta Cheli, direttrice del programma di Osservazione della Terra all’Esa, “come la temperatura degli oceani, la temperatura del terreno, il monitoraggio del metano e delle zone artiche, la previsione degli incendi, il vapore acqueo e tanto altro. È una missione operativa che darà dati per un periodo di tempo molto lungo, rimpiazzando Sentinel-3A, e operando sempre secondo il principio open di distribuzione dei dati che caratterizza il programma Copernicus”.

Flex, come respirano le piante

Flex, il compagno di viaggio di Sentinel, è invece uno strumento primo e unico nel suo genere. Si tratta dell’ottava missione Earth Explorer dell’Esa, una linea di sonde one-off (esemplari unici, per l’appunto), progettate su richiesta della comunità scientifica per colmare specifiche lacune conoscitive. È molto più piccolo di Sentinel (pesa poco più di 400 chilogrammi), e porta a bordo un solo strumento dedicato al monitoraggio della fotosintesi clorofilliana, un parametro chiave per misurare lo stato di salute dei vegetali. Nonostante il meccanismo della fotosintesi ci faccia immediatamente pensare al colore verde, Flex va a cercare qualcos’altro: durante il “respiro” delle piante, una minuscola porzione dell’energia luminosa assorbita non viene convertita in sostanze organiche né dissipata in calore, ma re-irradiata verso lo spazio sotto forma di un debolissimo bagliore rosso, totalmente invisibile all’occhio umano. Ed è proprio questo “sussurro” rosso a essere ascoltato da Flex tramite il Floris (High-resolution Fluorescence Imaging Spectrometer, realizzato da Leonardo), uno spettrometro che scandaglia il terreno con “strisciate” larghe 150 chilometri e una risoluzione spaziale di appena 300 metri.

“La fluorescenza reagisce in modo molto dinamico allo stress”, ha spiegato Marco Celesti, ricercatore Esa di Flex, “e questo strumento ci consentirà di monitorare gli effetti della carenza idrica o delle temperature molto prima che abbiano effetti visibili, come per esempio l’invecchiamento delle foglie, che di solito si manifestano dopo un lungo periodo di sofferenza dei vegetali”. Un’istantanea del respiro vegetale, insomma, in grado di dirci praticamente in tempo reale quanta energia le piante stiano assorbendo e quanto carbonio stiano sequestrando, che auspicabilmente migliorerà la precisione delle stime sul ciclo globale del carbonio e aprirà le porte a una nuova agricoltura di precisione. La sonda è stata progettata per durare un minimo di tre anni e mezzo, sebbene un utilizzo accorto del propellente da parte dei controllori di volo potrebbe estenderne notevolmente la longevità.

Un valzer a 815 chilometri di quota

Uno degli aspetti più curiosi di questa missione riguarda, come dicevamo, l’“accoppiamento” tra i due satelliti, una strategia che ha permesso all’Esa di ottimizzare i costi e massimizzare le sinergie. Le sonde sono state iniettate in un’orbita eliosincrona, a una quota di circa 815 chilometri e con un’inclinazione di circa 98,6 gradi: vuol dire che percorreranno una traiettoria che consentirà loro di passare sopra ogni punto della superficie terrestre sempre alla stessa ora solare locale (per esempio, le 10:00 del mattino in ogni meridiano). Questa caratteristica garantisce che le condizioni di illuminazione solare e l’incidenza delle ombre siano sempre le stesse a ogni passaggio, eliminando così il “rumore” dovuto al cambiamento della luce e rendendo i dati perfettamente sovrapponibili: i due satelliti impiegheranno appena 27 giorni per mappare per intero tutta la superficie terrestre e completare un ciclo di “swipe” completo.

Nello spazio vuoto, Flex e Sentinel-3C viaggeranno in una condizione di “inseguimento” continuo, trovandosi a una distanza di pochi chilometri l’uno dall’altro, il che, alle velocità orbitali, vuol dire una differenza di passaggio estremamente breve: sostanzialmente, quindi, fotograferanno la Terra in modo quasi simultaneo. Questa particolarità ha permesso di “alleggerire” Flex e dotarlo di un solo strumento: le sue rilevazioni del debole segnale rosso della fotosintesi saranno infatti “arricchite” dalle informazioni termiche e atmosferiche di Sentinel, che fungeranno da metadati ambientali (luminosità, livello di umidità, aerosol, temperatura al suolo) e permetteranno di sottrarre il rumore meteorologico dal segnale biologico di Flex, restituendo informazioni pulite. “Si tratta di una caratteristica abbastanza unica, perché di solito le missioni sono sempre ‘segmentate’”, spiega Cheli, “mentre in questo caso i due satelliti lavoreranno in sinergia per valorizzare al meglio gli asset europei e i dati legati all’ambiente e al clima”.

Il lanciatore, Vega-C

La responsabilità di portare nel cosmo queste due perle tecnologiche, e di garantire che volassero esattamente dove previsto, è caduta sulle spalle del vettore Vega-C, arrivato alla sua ottava missione totale (e seconda di quest’anno) dopo la certificazione del 2022. “Il nostro ruolo è di fornire un servizio di lancio”, ha commentato Gabriele Mazzoni, responsabile dei programmi di servizio di Vega-C in Avio, “e nella fase iniziale di questa missione ci è stato esplicitamente chiesto di soddisfarne i requisiti chiave, ossia portare i satelliti in orbita eliosincrona e fare in modo che volassero uno vicino all’altro”.

Evoluzione potenziata della famiglia Vega, questo lanciatore è il fiore all’occhiello dell’accesso europeo indipendente per carichi leggeri e medi, gestito dall’Esa in collaborazione con Avio (nelle doppie vesti di design authority e launch operator in rampa); il vettore, 35 metri di altezza, si basa su tre possenti stadi a propellente solido che assicurano la fuga dalla gravità terrestre, mentre un quarto stadio superiore a propellente liquido interviene nell’ultima fase per garantire l’estrema precisione nell’inserimento finale, un momento particolarmente delicato della sequenza di decollo: meglio si riesce a iniettare il carico nell’orbita desiderata e maggiore sarà la vita della missione, perché si potrà risparmiare sul propellente necessario alle correzioni di rotta. Gestire il lancio di due macchine così diverse nello stesso volo è stata una sfida aerodinamica vinta grazie all’utilizzo dell’adattatore “Vespa”, una struttura composita interna al modulo di carico: Flex, essendo più leggero e delicato, è stato chiuso nella capsula inferiore, mentre Sentinel-3C, iniettato per primo nella fase balistica, è stato posizionato e agganciato nella metà superiore.

Tanta Italia

In questa missione c’è tanta Italia. Il lanciatore, anzitutto, che porta la firma industriale di Avio, radicata negli stabilimenti di Colleferro, alle porte di Roma; e poi la già citata Thales Alenia Space, azienda franco-italiana che ha guidato i lavori per conto dell’Esa come primo contraente su entrambe le missioni. “Abbiamo sviluppato due piattaforme in parallelo e integrato cinque strumenti complessivi”, ha raccontato Enrico Zampolini, vice presidente Dominio Osservazione e Navigazione di Thales, “assemblandoli in camere pulite a contaminazione strettamente controllata” per evitare che un singolo granello di polvere pregiudicasse strumenti che richiedono tolleranze molecolari. E ancora, gli “occhi” di queste macchine (in particolare Floris e lo Slstr), a cui hanno lavorato, come abbiamo visto, gli esperti di Leonardo negli stabilimenti di Campi Bisenzio. Ciliegina sulla torta, la missione è sponsorizzata da Città Metropolitana di Roma Capitale – e difatti sull’ogiva del lanciatore campeggia anche il simbolo capitolino – attualmente detentrice della presidenza delle Comunità Vega e Ariane (Cva).