Mercury Sun Simulator

Stato: completato
Attività: Detailed design, procurement, transport at customer premises, alignment

Data: 2010

Cliente: Centro Interdipartimentale per Studi ed Attività Spaziali - Università di Padova

Categoria: space

Credits: EIE Space Technologies Srl, CISAS

In generale
Bepi Colombo è la prima missione europea per l'esplorazione del pianeta Mercurio, il pianeta del sistema solare più vicino al Sole. Realizzata congiuntamente da Agenzia Spaziale Europea (ESA) ed Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA), la missione prevede che il lancio del satellite avverrà nel 2017; quando la sonda entrerà in orbita attorno a Mercurio, nel 2024, dovrà resistere a temperature superiori a 350 °C a causa della maggiore vicinanza al Sole. Per verificare che i materiali e gli strumenti impiegati a bordo siano in grado di operare correttamente anche in queste condizioni è necessario riprodurre i carichi termici dovuti al forte irraggiamento solare. A questa distanza infatti il flusso di radiazione solare è circa 10 volte maggiore di quanto sperimentato in corrispondenza dell'orbita terrestre, poiché la distanza Sole-Mercurio è mediamente un terzo della distanza Sole-Terra.

Caratteristiche
La corretta riproduzione dell'irraggiamento solare richiede che siano rispettati alcuni requisiti fondamentali: riproduzione del valore di irraggiamento generato dal Sole, espresso in W/m2; distribuzione uniforme dell'irraggiamento nella regione di interesse (ovvero il valore di irraggiamento deve essere costante in tutta l'area illuminata, pari ad un quadrato di 200 mm x 200 mm); riproduzione del diametro angolare del Sole (ovvero l'illuminazione deve essere uguale a quella generata da una sorgente posta a distanza praticamente infinita ed avente un'estensione angolare di circa 1.5 gradi, che è la dimensione angolare del Sole visto da Mercurio); riproduzione dello spettro solare (ovvero il "colore" della luce con cui si illuminano i campioni sottoposti a test deve essere il più vicino possibile a quello del Sole). Il secondo requisito è particolarmente importante in quanto la presenza di "picchi" di irraggiamento genererebbe carichi termici non uniformi; si avrebbero dunque gradienti termici irrealistici e situazioni locali di "over-testing" nelle zone dove fosse presente un eccesso di irraggiamento. Il rispetto di tutti i requisiti ha richiesto l'identificazione di un diverso sistema ottico basato sull'uso di soli specchi, più facilmente raffreddabili rispetto a componenti ottici in trasmissione. La sorgente primaria è infatti costituita da una lampada Xenon di potenza nominale pari a 10.000 W, necessaria per garantire i 9.000 W/m2 richiesti dal progetto su tutta l'area. Un'altra caratteristica delle sorgenti Xenon utile per questo tipo di illuminatori è costituita dalla distribuzione spettrale, che riproduce in maniera abbastanza fedele quella del Sole.
Un innovativo sistema di integrazione ottica mediante matrice di specchi permette di ottenere una variazione dell'illuminazione inferiore a 1% su tutta l'area illuminata. Il sistema dispone inoltre di un apparato di raffreddamento che controlla le temperature degli elementi ottici impiegati e la sorgente primaria.

La Tecnologia
Grazie al simulatore solare è stato possibile testare svariati elementi della missione Bepi Colombo, quali ad esempio il baffle in riflessione utilizzato per lo strumento HRC (High Resolution Camera) e SIXS, lo spettrometro a raggi X a bordo della missione.

Link alla pagina ufficiale della missione
http://sci.esa.int/bepicolombo/