Introduzione
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Il Payload Data Handling Unit (PDHU) controlla, acquisisce ed elabora i dati provenienti dai
quattro rivelatori scientifici (ST, MCAL, AC e SA) e prepara i pacchetti di telemetria, inoltre
accetta, processa ed eseguisce i telecomandi (TCs) forniti dal BUS.
Il trattamento dei dati scientifici è composto da:
ξ il GRID Trigger (Gamma Rays Imaging Detector) , basato sull’acquisizione simultanea e
sull’analisi dei dati dal ST e dal canale dell’MCAL GRID e dal segnale di veto fornito
dall’AC
ξ il Burst Search, consistente nell’analisi dei contatori di Burst (eventi impulsivi che vengono
contati dai cosiddetti Burst ratemeters) di SA e dell’MCAL integrati su differenti scale
temporali ed intervalli di energia e dell’implementazione del SA Burst Imaging
ξ la Logica di Acquisizione di SA, consistente nell’acquisizione simultanea dei dati di SA
nell’intervallo di energia 15-45 keV e dei segnali di veto forniti dall’AC, dal ST e
dall’MCAL.
La missione si avvale della collaborazione di diversi enti scientifici ed industrie italiane operanti nel
settore: lo IASF (Istituto Nazionale di Astrofisica e Fisica Cosmica presso l’INAF-CNR di Milano)
per lo studio dell’astrofisica gamma, l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) di Trieste e di
Roma per lo sviluppo tecnologicamente avanzatissimo di rivelatori di particelle allo stato solido, la
LABEN (del gruppo Alenia Spazio) per i test sui sottosistemi del payload, l’Istituto di Astrofisica
Spaziale del CNR di Roma, l’Istituto TeSRE del CNR di Bologna, l’Università di Trieste, le
Università “Tor Vergata” e “La Sapienza” di Roma, il Consorzio Interuniversitario per la Fisica
Spaziale di Torino.
Per coordinare le attività dei vari gruppi sono stati istituiti due organi di controllo:
ξ il System Team, presso l’IFC – CNR a Milano, che ha la responsabilità tecnico-
programmatica del progetto
ξ il Science Board, costituito da rappresentanti dei vari gruppi, che ha il compito di garantire i
requisiti scientifici dello strumento.
Nella realizzazione di questa missione sono coinvolte molte industrie aerospaziali nazionali, quali,
oltre alla già citata Laben, la Carlo Gavazzi Space, la Oerlikon-Contraves e la Telespazio.
Il Politecnico di Milano ha rivestito un ruolo importante nei test delle vibrazioni.
Il programma AGILE si articola in diverse fasi:
ξ la fase 0 che riguarda l’analisi della missione in modo da avere una stima accurata degli
obiettivi e dei costi
ξ la fase A, ovvero l’analisi di fattibilità della missione iniziando ad ipotizzare tutte le
possibili soluzioni sia dal punto di vista tecnico che economico, eventualmente utilizzando i
dati delle missioni precedenti
ξ la fase B, che consiste in una definizione preliminare del progetto, selezionando le soluzioni
tecniche dalla fase precedente in modo da confermare la fattibilità della missione dal punto
di vista economico
ξ la fase C, che permette uno studio dettagliato della soluzione scelta nella fase B e l’inizio
della missione vera e propria (costruzione fisica del payload e delle interfacce)
ξ la fase D, ovvero la fase di qualifica del satellite attraverso operazioni di test che verifichino
la conformità tecnica dei componenti rispetto ai requisiti in modo da identificare i limiti
tecnici ed operativi
ξ la fase E, che comprende la campagna di lancio, il lancio e l’implementazione dei piani
operativi e di mantenimento del satellite, aggiornando continuamente i dati
Introduzione
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ξ la fase F, che è la fase finale della missione, consistente nel coordinamento e nel controllo
delle operazioni dopo il lancio necessari per la cessazione totale o parziale della missione.
Le fasi da 0 a D si svolgono nel segmento di terra, mentre le fasi E ed F sono fasi “di volo”.
Questo lavoro si inserisce nella fase D della missione, ovvero nella fase di test nel segmento di terra
dell’unità Data Handling del payload di AGILE, in particolare del GRID, una fase necessaria per
poter mandare il satellite in orbita.
Sono stati sviluppati programmi software in linguaggio IDL per la gestione dei file di input ai test,
simulazione dei test, confronto tra simulazioni e misure.
Il Satellite AGILE / la Missione AGILE
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2. Il Satellite AGILE / la Missione AGILE
2.1 Finalità scientifiche
L’astrofisica gamma è una scienza giovane, nata con la conquista dello spazio.
I fotoni, “mediatori” dell’interazione elettromagnetica, possono viaggiare nello spazio praticamente
indisturbati finché sono assorbiti da un mezzo denso o da un rivelatore umano. I raggi gamma sono
fotoni ad alta energia, ma sono completamente assorbiti dall’atmosfera. Da qui il bisogno di
avventurarsi nello spazio e lanciare satelliti scientifici.
AGILE è la nuova missione interamente dedicata all’astrofisica gamma: lo strumento scientifico, che
costituisce il payload del satellite, ha la capacità di localizzare sorgenti gamma con risoluzione
eccellente e di fornire i dati in modo rapido alla comunità scientifica.
In questo modo, si avrà la possibilità di studiare gli acceleratori più potenti dell’Universo (pulsar,
buchi neri galattici ed extragalattici, lampi gamma cosmici) come mai fatto in precedenza: sono
proprio questi fenomeni che svelano l’originaria struttura dell’Universo. La rivelazione dei fotoni, a
differenza delle particelle cariche, fornisce un’informazione diretta delle caratteristiche e della
localizzazione di un oggetto celeste poiché non vengono deviati rispetto alla direzione di
provenienza, come invece accade per i raggi cosmici ,costituiti da flussi di protoni, deviati da campi
magnetici. Pertanto l’astronomia gamma si presenta come il mezzo migliore – e talvolta il solo – per
scoprire e studiare i fenomeni galattici ed extragalattici che raccontano la morte di una stella, le
emissioni dei nuclei galattici attivi o le violente esplosioni di raggi gamma (i lampi gamma cosmici o
Gamma Ray Burst).
Per ricavare le informazioni sul fotone gamma è necessario determinare:
ξ l’energia delle particelle cariche, per risalire all’energia posseduta dal fotone
incidente
ξ la loro traiettoria nel rivelatore, per determinare la direzione di provenienza del
raggio gamma
ξ il tempo di arrivo.
Per rilevare i fotoni viene attivata una discriminazione a danno delle particelle cariche, che vengono
rigettate.
I dati scientifici di AGILE arriveranno come dati di telemetria dal satellite alla stazione di terra
dell’ASI a Malindi (Kenya) ad ogni passaggio del satellite (circa ogni 90 minuti) e da qui, attraverso
ASINET (la rete informatica integrata dell’ASI), saranno trasferiti al centro spaziale di Fucino in
modo da essere disponibili per la comunità scientifica attraverso il Centro di Dati Scientifici
dell’ASI. I principali output del primo livello di processamento sono il rigetto del background
(scenario) e la determinazione dei fotoni. Al livello successivo i dati saranno disponibili per una più
completa analisi scientifica: mappe celesti, spettri di energia, esposizione, emissione diffusa di raggi
gamma.
Il Satellite AGILE / la Missione AGILE
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2.2 Il Bus
Lo strumento scientifico di AGILE sarà integrato in un satellite della classe MITA (Minisatellite
Italiano a Tecnologia Avanzata) per conto della Carlo Gavazzi Space e resterà in orbita per due anni.
Il satellite sarà mandato su un’orbita bassa equatoriale (h=550 km) e verrà usata la stazione ASI di
Malindi (Kenya) per le comunicazioni satellite-terra e per l’inseguimento del satellite, come
illustrato nella figura 2.
Figura 2. Schema delle operazioni di AGILE e del segmento di terra
Sul satellite sono montati due Star Sensors, ma utilizzati uno alla volta, in modo da superare i
problemi dell’occultazione ottica dovuti alla terra od ad altri corpi celesti; l’accensione degli Star
Sensors avviene con i telecomandi. Gli Star Sensors hanno il compito di ricostruire il puntamento del
satellite con un’accuratezza di ~1 arcmin, puntamento ottenuto da un sistema di stabilizzazione sui 3
assi con un’accuratezza di 0.5°-1°. Un tipico puntamento di AGILE dovrebbe durare dalle due alle
tre settimane.
Il Satellite AGILE / la Missione AGILE
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L’altro sottosistema ausiliario è il ricevitore GPS, composto da due antenne, due pre-amplificatori ed
una Remote Processing Unit (RPU).
Nella seguente tabella vengono riassunte le caratteristiche tecniche dello spacecraft e del satellite.
Required orbit Equatorial (550 km)
Possible ground base Malindi (Kenya)
Payload mass ~130 kg
Spacecraft mass 120 - 130 kg
Total mass 260 - 300 kg
Payload required power ~65 W
Downlink telemetry rate ~500 kbit/sec
Pointing configuration 3 - axes
Pointing accuracy 0.5° - 1°
Pointing reconstruction 1 arcmin
Mass Memory 500 Mbit
Positioning GPS, ~50 m (1-s)
Satellite time GPS, 1µs
Satellite expected life > 3 years
Tabella 1. Caratteristiche dello spacecraft e del satellite
2.3 Il Payload
Il payload di AGILE è composto da quattro rivelatori scientifici (figura 3):
ξ il Tungsten-Silicon Tracker (ST) o Tracciatore
ξ il Minicalorimetro (MCAL)
ξ Super-AGILE (SA), un dispositivo a base di silicio in grado di ottenere immagini dei raggi X
ξ il sistema di Anti-coincidenza (AC), per rigettare le particelle di background.
Il Silicon Tracker, il Minicalorimetro e l’Anti-coincidenza formano lo strumento GRID (Gamma-
Ray Imaging Detector), ma il Minicalorimetro può lavorare indipendentemente dal Tracciatore.
Il payload è completato da una Power Supply Unit (PSU), dal Payload Data Handling Unit (PDHU)
e da tre sottosistemi ausiliari (due Star Sensors ed un ricevitore GPS).
La PDHU ha il compito di controllare i rivelatori scientifici ed i sottosistemi ausiliari, di dirigere le
operazioni ed il processamento dei dati scientifici e di trattare la telemetria ed i telecomandi. Il
processamento dei dati scientifici coinvolge il filtraggio dei fotoni dei raggi gamma, l’acquisizione
dei dati sui raggi X ed una logica di acquisizione di Burst (impulsi) in grado di rappresentare le
coordinate dei Burst a bordo.
I rivelatori del Payload
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Figura 3. Vista schematica dello strumento AGILE (AC rappresentata parzialmente):
lo strumento misura 63x63x58 cm3, compresa l’AC, per un totale di 130 kg.
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