Lo spettrometro per la mappatura nel vicino infrarosso, traccerà la superficie dei satelliti, cercando minerali diversi sulle loro superfici ne studierà inoltre la struttura delle nubi e la composizione dei gas dell'atmosfera.

Uno spettrometro che opera nell'ultravioletto ed uno spettrometro nell'estremo UV esamineranno la volatilizzazione nello spazio esterno degli elementi leggeri, la composizione della superficie dei satelliti galileiani, il toroide formato dal flusso di plasma di Io, le caratteristiche su piccola e vasta scala delle nubi di Giove e la composizione, struttura ed evoluzione degli strati alti dell'atmosfera gioviana.

Tutte e quattro le telecamere sono montate su una piattaforma posizionata vicino alla sommità dell'Orbiter. Questa parte della navicella può ruotare insieme al resto della stessa oppure rimanere bloccata per l'acquisizione delle immagini.

Le coperture scure e dorate sono state studiate appositamente per mantenere gli apparati interni ad una temperatura "confortevole", inoltre li proteggono dalle micrometeoriti che potrebbero danneggiarli. Quella scura è composta di 20 strati differenti e fornisce un'isolamento molto efficiente, basti pensare che solo 5mm di spessore forniscono un'isolamento 3 volte superiore a quello dato da 10 cm di normale lana di vetro. Il colore nero è dovuto alla presenza del carbonio negli strati esterni che evita l'accumulo di cariche elettrostatiche che potrebbero con una scarica mandare l'elettronica fuori uso.
Il materiale nero esposto al sole inoltre assorbe molto calore e riemette una grande quantità di raggi infrarossi.

La copertura dorata nonostante irradi bene nell'infrarosso, non assorbe una grande quantità di calore solare. Questo materiale, chiamato "Kapton", offre quindi un isolamento persino migliore dell'altro. Non è stato usato sull'intera navicella poiché è stato sviluppato dopo che la Galileo era stata progettata e costruita e quando la traiettoria dovette essere ristudiata per sfruttare la spinta gravitazionale di Venere, ci fu il tempo per coprire solo le parti critiche della navicella.

Ciò significa che l'Orbiter può compiere facilmente gli esperimenti sulla magnetosfera (che necessita rapide misurazioni mentre viene attraversata), la rotazione inoltre dà stabilità ed un orientamento stabile alle telecamere ed agli altri sensori. La velocità di rotazione può aumentare fino a 10 giri al minuto per dare maggiore stabilità alla sonda durante le manovre di spinta.

Il timer sarà l'unico strumento in funzione per i cinque lunghi mesi di viaggio verso Giove. Come una sveglia, è predisposto per "risvegliare" la sonda 6 ore prima dell'ingresso nell'atmosfera in modo che:

1. Possa compiere misure sulle particelle energetiche nelle parti interne della magnetosfera
2. Si ponga in "ascolto" per captare eventuali radioemissioni provocate dai fulmini (tipicamente dei lunghi fischi in dissolvenza).

Questa fase di "pre-ingresso" terminerà quando l'accellerometro rileverà che la sonda sta diminuendo la velocità a causa dell'attrito con l'atmosfera.
A questo punto inizierà la fase di ingresso-discesa.

Ottenere immagini al fine di compiere una navigazione "a vista", apparve più fattibile, ma le conoscenze richieste per lo sviluppo di questo tipo di guida, si scontrarono con la data prevista per la consegna del Probe, inoltre a causa degli alti costi necessari, in termini operativi, per l'invio a terra di grandi quantità di dati (come quelle delle immagini), si decise di non procedere con la navigazione a vista.

L'antenna che è fatta di una rete metallica dorata, era ripiegata dietro ad uno scudo per proteggerla dal calore del sole mentre la navicella volava all'interno dell'orbita terrestre.

In poche settimane, un agguerrito team ha analizzato tutti i dati disponibili, iniziando una serie di prove ed analisi a terra, presentando il primo rapporto sull'accaduto. Il gruppo ha attribuito il problema della mancata apertura di alcune stecche dell'antenna alla frizione tra i perni di supporto delle stesse ed i rispettivi raccordi.

La prima soluzione adottata fu quella di far ruotare la navicella per riscaldarla (thermal cycling) e di azionare nuovamente il meccanismo centrale di rilascio dell'antenna, nella speranza di liberare dal blocco i perni interessati. Oltre al ciclo termico, il team ha sviluppato altre idee per risolvere il problema: ritrarre la seconda antenna a basso guadagno (imperniata su un braccio mobile ), inviare degli impulsi al motore dell'antenna ed aumentando la velocità di rotazione della navicella fino a 10 giri al minuto (normalmente la Galileo ruota a 3 giri/min).

Dopo una campagna di tentativi per liberare l'antenna durata quasi due anni, non ci sono più speranze significative di riuscire nell'impresa, anche se un ultimo tentativo verrà compiuto nel Marzo '96. La missione ormai procede con l'utilizzo della LGA.

Persino mantenendo il satellite a pochi milioni di Km dalla Galileo, utilizzando il tour orbitale della durata di 2 anni sarebbe stato tecnicamente difficile (se non impossibile), data la scarsa quantità di propellente ma bordo del satellite. Inoltre, le dimensioni dell'antenna del satellite, avrebbero dovuto essere pari a quelle dell'HGA, con conseguenti problemi e costi per l'operazione.

Prima di tutto, sebbene tutti gli undici strumenti scientifici utilizzino microprocessori, solo otto di questi sono riprogrammabili durante il volo. Inoltre solo due dei maggiori sistemi di controllo l'AACS ed il sistema di comando e dati CDS (Command and Data Subsystem), sono riprogrammabili poiché utilizzano un computer strutturati molto diversamente dagli altri.

Ciascuna delle funzioni dell'AACS richiede infatti enormi quantità di calcoli matematici, molti dei quali fanno parte del lavoro svolto dal software. Cosi` come i software utilizzati nei normali home computer hanno degli aggiornamenti e nuove versioni, cosi` il software dell'AACS è stato aggiornato rispetto a quello lanciato con la navicella nel lontano 1989 e continuerà ad esserlo per tutta la durata della missione.
Il CDS ed il il suo software, forniscono un numero di funzioni vitali per la navicella per esempio:

1. Il CDS riceve ed elabora tutti i comandi inviati da terra. Questi comandi possono essere eseguiti in tempo reale, ovvero nel momento stesso in cui sono ricevuti, o possono essere memorizzati per eseguire in seguito una serie di ordini come per esempio dire alla navicella cosa fare per un determinato periodo di tempo (anche per diverse settimane).
2. Il CDS raccoglie inoltre le informazioni da tutti gli strumenti scientifici e dai sistemi di controllo, li comprime e li ritrasmette a terra. Il modo in cui il CDS svolge il lavoro ed il processo di raccolta dei dati sono stati modificati recentemente.
3. Il CDS adempie al compito di memorizzare i dati su nastro magnetico per rielaborarli in seguito e trasmetterli a terra. È responsabile inoltre del coordinamento di tutti gli apparati della navicella (in questo modo ogni sottosistema può sincronizzare il proprio "orologio").

Svolge inoltre la funzione di maggiore "protezione dai guasti": se un componente della navicella si guasta, il CDS è programmato per:

• verificare quale si è guastato (rivelazione del guasto) e quindi :
• isolare il problema in modo da far riprendere l'operatività, eventualmente perduta, al resto dei sistemi.

Questa protezione è necessaria poiché i segnali da Giove impiegano 1 ora per giungere a terra, i controllori di volo non possono quindi operare scelte risolutive in "tempo reale", la Galileo deve quindi saper provvedere a se stessa.

I listati del software non sono disponibili in forma elettronica, le copie cartacee degli stessi, e sono centinaia, occupano volumi e volumi di spazio. Inoltre senza una notevole documentazione e senza la conoscenza dell'hardware con il quale operano ci si può fare ben poco. Praticamente, ad esclusione di chi ci ha lavorato direttamente, non hanno alcun valore.

1. Determinazione della posizione (per esempio orientare la navicella nello spazio). Per fare questo l'AACS utilizza i dati forniti da una serie di sensori: l'analizzatore stellare (Star scanner); il sensore solare (Sun sensor), l'accellerometro ed il rilevatore della rotazione (Spin detector);
2. Determinazione della traiettoria (per esempio rilevando l'orientamento della navicella quando non sia stata ancora effettuata la determinazione della posizione), usando i giroscopi, il rilevatore della rotazione e l'accellerometro;
3. Controllo della posizione (per esempio cambiando l'orientamento, la velocità di rotazione assiale, o modificandone l'assetto rispetto alla traiettoria) che viene modificata utilizzando i vari componenti della navicella. Questi controlli includono i propulsori, l'ammortizzatore di oscillazioni ed il motore principale che può fornire una spinta massima di 400 N).

Può essere utilizzato anche il traliccio che sostiene i generatori a radioisotopi (RTG), modificandone la posizione relativamente all'asse di rotazione, pensando a come un pattinatore su ghiaccio utilizza le braccia, che estendendole o meno modifica la velocità di rotazione su se stesso, si può avere un'idea di come questo modifichi l'assetto della navicella, sebbene il pattinatore ruoti molto più` velocemente della Galileo !

In più come la Galileo si approssimerà a Giove, la sua velocità diminuirà drammaticamente, a causa della gravità esercitata dal gigante gassoso. La velocità, relativamente al Sole, quindi continuerà a diminuire fino al giorno in cui arriverà in prossimità di Giove, quando sarà acceso il motore principale per inserire la Galileo nell'orbita. Durante i 23 mesi di missione orbitale, la velocità cambierà ad ogni passaggio ravvicinato (fly-by) con i satelliti (ed è questa una delle ragioni per cui vengono effettuati).

Senza l'utilizzo dell'antenna ad alto guadagno (HGA), quanto impiegherà la sonda a trasmettere un'immagine ?

Alla massima velocità di trasmissione, senza l'utilizzo della compressione dei dati o di qualsiasi altra modifica o manipolazione dei dati (editing), occorreranno circa nove ore per trasmettere una singola immagine sia pure della massima dimensione ottenibile. Ma poiché tutte le immagini saranno compresse o modificate con un fattore minimo di due, occorrerà molto meno tempo, circa una o due ore.
Dalla fine di Maggio 1996, ogni giorno verranno trasmesse mediamente 2-3 immagini.

Quante immagini si prevede di riuscire ad ottenere, e quante se ne erano previste potendo utilizzare l'antenna ad alto guadagno ?

Grazie alla nuova programmazione della sonda ed alla ottimizzazione del Deep Space Network, il gruppo di antenne "all'ascolto", la perdita di informazioni e di immagini ottenibili sarà minima rispetto a quanto previsto. Oltre a tutti i dati della sonda atmosferica ed a quelli degli strumenti scientifici, oltre 1500 immagini ad alta risoluzione saranno trasmesse a terra.

Come fa la trasmissione dei dati, che avviene utilizzando l'antenna a basso guadagno, superare la velocità di 10 bps ? E come viene influenzata dalla distanza Terra-navicella ? E dall'aggiornamento del software di bordo ?

A seguito del primo aggiornamento del software di bordo, la velocità di trasmissione sali` a 16 bps, velocità che fu ampliamente incrementata dall'ultimo upgrade del maggio 1996 a 160 bps. Ciò non significa che la Galileo comunicherà sempre a questa velocità, in quanto questo dipende da diversi fattori tra cui la distanza Terra-Galileo, l'ampiezza dell'angolo Terra-Galileo-Sole e la disposizione geometrica delle antenne del Deep Space Network e della sonda che seguono. Buona parte delle trasmissioni avverrà infatti ad 80 bps (anche se il valore medio nei due anni di durata della missione è di circa 50 bps, ma include i 18 giorni di oscuramento della Galileo da parte del Sole durante le congiunzioni).

Bisogna inoltre considerare che gran parte dei dati saranno compressi, aumentando considerevolmente la quantita di dati trasmessi nell'unità di tempo.

Quanto durerà la missione dell'Orbiter ? Alla fine della missione sarà fatto precipitare nell'atmosfera gioviana?

Il propellente, l'energia (fornita dai generatori atomici), i finanziamenti e le radiazioni dell'ambiente gioviano sono i fattori che stabiliranno il limite della durata della missione.
La quantità di carburante a bordo della Galileo è limitata ed è destinata all'utilizzo per le manovre orbitali e di aggiustamento della traiettoria durante il tour dei satelliti; senza carburante, il controllo di missione non può guidarla verso altri fly-by o puntarne correttamente l'antenna verso terra, pertanto anche le comunicazioni con il DSN verrebbero interrotte.

Il team che si occupa della navigazione della sonda ha stimato in 20 Kg l'ammontare del carburante utilizzato alla fine della missione "ufficiale", cosicché non è il carburante la fonte principale di preoccupazioni, bensì l'energia. L'energia totale fornita è direttamente correlata alla quantità di calore generato dal decadimento del plutonio degli RTG, a sua volta proporzionale alla sua età operativa. Piu` vecchio è il plutonio, minore il decadimento, minore il calore generato,minore l'energia a disposizione.

Alla data del lancio, nel 1989, gli RTG producevano circa 570 watt di energia elettrica. Adesso (giugno '95) forniscono 498 watt ed alla fine della missione nel dicembre 1997, ne forniranno circa 480. Se ci si pensa, l'intera navicella per funzionare consuma meno energia di un asciugacapelli !

Dovrebbe avere energia sufficiente per far funzionare la Galileo per anni, dopo la fine della missione, ma con il declino dell'energia disponibile, potrebbe non esserci l'energia a sufficienza per far funzionare tutti gli strumenti scientifici, si potrebbe presentare quindi la necessità di "spegnerne" qualcuno per sempre (come già avvenuto per altre sonde interplanetarie). Probabilmente comunque passeranno 10-15 anni prima che l'energia sia cosi` bassa da non mantenere piu` le funzioni vitali e la capacita di trasmettere.
I finanziamenti stanziati per la Galileo coprono due anni di operatività. Senza il supporto di tutti i team di volo, per un totale di circa 300 persone, che ne comandano ogni azione, seguono lo stato di salute e ne pianificano il futuro, la missione avrà termine.

Negli oltre 200 giorni di navigazione nell'orbita gioviana, elettroni e ioni ad alta energia (protoni e ioni di elementi pesanti)intrappolati nella magnetosfera del pianeta potranno causare interferenze e danneggiare le parti elettroniche dell'Orbiter. Sebbene abbia schermi anti-radiazioni sufficienti per proteggerne ogni parte per tutta la durata della missione "prevista" di 2 anni, al termine di questi, il rischio di cedimento dei componenti aumenterà (qualcosa di molto simile accade al termine del periodo di garanzia di un'automobile).

Durante le orbite intorno a Giove, che dureranno due anni, il pianeta sarà all'opposizione per due volte. Ciò avrà effetto sulla raccolta e la trasmissione dei dati ?

Questo è uno dei maggiori ostacoli per la trasmissione a terra della maggior quantità possibile di dati.
La particolare situazione geometrica che si verificherà sarà dovuta al fatto che, a causa del movimento orbitale dei pianeti intorno l Sole, quest'ultimo si verrà a trovare tra Giove e la Terra (fenomeno astronomico noto come congiunzione superiore). Il Sole ha un'attività elettromagnetica molto forte e causerà disturbi alla trasmissione dei segnali dalla sonda, riducendoli fino al punto di impedirli per un periodo di 2 settimane e mezza.

Gli esperti della missione ritengono che il problema si presenterà quando l'angolo Sole-Terra-Galileo sarà minore di 7 gradi, però un Sole relativamente "tranquillo" (siamo quasi al minimo del ciclo undecennale dell'attività solare) potrebbe comunque permettere trasmissioni con un angolo di 3-5 gradi. Due saranno le congiunzioni, il 28/11/95 ed il 28/11/97, considerando che orbiterà per due anni intorno a Giove, l'impossibilità di fornire dati per 18 giorni è ritenuta trascurabile.

Quel ritorno tecnologico ha prodotto la Galileo ?

Alcune invenzioni di cui facciamo uso oggi sono state originariamente concepite per la Galileo. Dispositivi CCD del sistema di acquisizione immagini , sono utilizzate in alcune videocamere; alcuni materiali resistenti alle radiazioni sviluppati per la Galileo, sono oggi utilizzati nella ricerca, nell'industria e nelle applicazioni militari; circuiti integrati resistenti alle radiazioni, forniscono un aiuto alle memorie dei computer disturbate dalle particelle ad alta energia, ciò è particolarmente vero per i supercomputer e tutte le navicelle e satelliti spaziali.

Quale valore scientifico hanno le immagini trasmesse dalla Galileo ? O sono utilizzate solo a "scopo pubblicitario" ? Dopo tutto per trasmettere un'immagine occorre molto tempo !

Le immagini rappresenteranno meno del 25% dei dati trasmessi a Terra durante il tour orbitale. Il resto sarà costituito dai dati provenienti dalle osservazioni nell'ultravioletto, infrarosso ecc. forniti dagli altri strumenti di bordo.

Si può argomentare però che dalle immagini si è compreso il sistema solare molto più che con altri tipi di strumentazione, buona parte delle scoperte astronomiche attraverso i secoli sono state fatte con l'osservazione visuale o utilizzando fotocamere applicate ai grandi telescopi. Lo stesso si può dire per l'esplorazione planetaria per mezzo di sonde.

Questo è vero, in considerazione del fatto che praticamente tutte le missioni esplorative avevano una telecamera a bordo, l'importanza delle immagini per l'informazione del pubblico sono un incentivo ma se non avessero un valore scientifico, non verrebbero utilizzate.
Una semplice rassegna di alcune delle maggiori scoperte e studi scientifici che sono stati resi possibili dall'analisi delle immagini, ci darà un'idea del notevole contributo che hanno dato nella conoscenza del sistema solare:

1. La storia geologica di tutti i pianeti con un'atmosfera rarefatta o assente e dei loro satelliti, con l'esclusione di Plutone;
2. La storia della craterizzazione del sistema solare, con le implicazioni sulla sua età e sviluppo;
3. Gli antichi canali di Marte;
4. I nuovi satelliti di Giove, Saturno, Urano, Nettuno e l'asteroide Ida;
5. L'attività vulcanica del satellite gioviano Io;
6. Il trasporto di materiali volatili su Marte e Tritone;
7. L'origine delle tempeste di sabbia marziane;
8. La circolazione atmosferica su Venere, Giove, Saturno, Urano e Nettuno;
9. Gli impatti dei frammenti della cometa Shoemaker-Levy 9;
10. La scoperta degli anelli di Giove;
11. La dinamica degli anelli di Saturno, Urano e Nettuno;

Quindi perché non dovremmo ricevere altre immagini se sono così importanti nell'aiutare gli scienziati nella comprensione del sistema solare ?

È stato fatto notare come sia costoso trasmettere le immagini in confronto ad altri tipi di dati. Peraltro è con l'integrazione di questi due tipi di informazioni che si otterrà un quadro completo ed un'immagine scientificamente interessante del sistema gioviano.

Consideriamo qualcuno degli obiettivi del team che si occupa dell'acquisizione delle immagini: studi a lungo termine dei vulcani attivi di Io e delle caratteristiche specifiche dell'atmosfera del pianeta per iniziare. Entrambi questi fenomeni hanno dei cambiamenti giornalieri, che i troppo veloci fly-by dei Voyager non permisero agli scienziati di comprenderne a fondo l'evoluzione.

Abbiamo bisogno delle immagini per esempio per tracciare la mappa completa della superficie dei satelliti galileiani (le lune più grandi ), o per rivelare la natura delle particelle che compongono gli anelli.

Le immagini sono utilizzate inoltre come supporto della altre misurazioni scientifiche, per esempio il Probe invierà dati su pressioni, temperature e composizione dell'atmosfera, ma saranno le immagini dall'Orbiter che aiuteranno gli scienziati a mettere nel giusto contesto le sue rilevazioni.
Un altro esempio, gli strumenti per la misura dei campi e delle particelle, mapperanno e tracceranno le caratteristiche della distribuzione di campi magnetici, plasma e particelle ma le immagini delle aurore di Giove, che sono intimamente connesse ai campi ed alle particelle, forniranno ulteriori chiarimenti sull'interazione con l'atmosfera del pianeta.

Quali dimensioni hanno le immagini ottenute con la telecamera allo stato solido (SSI) ?

La dimensione massima di un'immagine è di circa 5 Megabit, o 640 Kbyte (alla risoluzione di 800x800x8 bit/pixel) praticamente in un floppy disk potrebbe contenerne 1 o 2. Ma non tutte le immagini saranno a questa risoluzione, molte di esse utilizzeranno un algoritmo particolare che ne ridurrà le dimensioni a circa un quarto delle dimensioni massime previste.

Quanto costerà tutta la missione della Galileo ?

Il costo totale della missione, dall'inizio del progetto nel 1977, alla fine della stessa nel Dicembre 1997 sarà di 1.354 milioni di dollari. Questi non includono il costo del lancio, del lavoro del Deep Space Network né dei contributi dati da altri paesi (stimato in circa 110 milioni di dollari, un contributo sostanziale quindi ). Il totale va suddiviso in costi di sviluppo del progetto (892 milioni) e costi operativi (462 milioni).
La Galileo costerà quindi ad ogni cittadino americano poche centinaia di lire per ogni anno trascorso dall'inizio alla fine del progetto.

Com'è alimentata la navicella ?

La Galileo usa dei generatori termici a radioisotopi (RTG-Radioisotope Thermal Generator ) per fornire l'alimentazione elettrica. Il decadimento emette calore, che viene convertito in elettricità per permettere alla sonda di "vedere, sentire e parlare". Ogni RTG è montato su di un braccio di 5 m.
Al momento del lancio poteva disporre di una potenza di 570 w, si ritiene che al momento dell'arrivo su Giove disporrà di 480 w circa.

Che tipo di propellente usa la navicella ?

Usa monometilidrazina come "carburante". Il carburante viene miscelato con tetrossido di nitrogeno : la violenta reazione di ossidazione viene utilizzata per fornire la spinta.
Le navicelle che viaggiano nell'orbita terrestre o nelle sue vicinanze, possono utilizzare pannelli solari per alimentare i loro strumenti, invece alla grande distanza a cui è posto Giove, l'unica sorgente di energia utilizzabile sono i generatori atomici. La Galileo avrebbe bisogno di almeno 70-150 metri quadri di celle:, pannelli delle dimensioni di una casa !

A differenza dalle altri sorgenti di energia, gli RTG sono insensibili alle temperature glaciali dello spazio e sono virtualmente invulnerabili ai campi di alte radiazioni come le fasce di Van Allen terrestri o la magnetosfera di Giove.