Galileo è stata una sonda inviata dalla NASA per studiare il pianeta Giove e i suoi satelliti. Dedicata a Galileo Galilei, venne lanciata il 18 ottobre 1989 dallo Space Shuttle Atlantis nella missione STS-34. Giunse su Giove il 7 dicembre 1995 dopo un viaggio di 6 anni, attraverso l'ausilio gravitazionale di Venere e della Terra.

Galileo effettuò il primo sorvolo di un asteroide, scoprì il primo satellite di un asteroide, fu la prima sonda a orbitare attorno a Giove e a lanciare la prima sonda nella sua atmosfera.

Il 21 settembre 2003, dopo aver trascorso 14 anni nello spazio e 8 anni di servizio nel sistema gioviano, la missione venne terminata inviando l'orbiter nell'atmosfera di Giove a una velocità di circa 50 km/s per evitare ogni possibilità di contaminare i satelliti con dei batteri provenienti dalla Terra.

Nel 2018 il lavoro svolto dalla sonda Galileo è stato rivisto e ha fornito le prove più consistenti sull'esistenza degli enormi getti d’acqua e vapore che si producono sulla superficie di Europa, una delle lune di Giove.

Storia L'idea di inviare una sonda verso Giove, il più grande dei pianeti del sistema solare, iniziò già nel 1959, quando il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA sviluppò diversi concetti di missione: i sorvoli ravvicinati consentivano di esplorare più pianeti nella stessa missione, gli orbiter inserirebbero invece una sonda in orbita attorno a un pianeta per uno studio dettagliato, alcuni concetti prevedevano anche sonde atmosferiche e lander, per lo studio di atmosfera e superficie (dei satelliti)..

Due missioni verso Giove, Pioneer 10 e Pioneer 11, furono approvate nel 1969, con l'Ames Research Center della NASA incaricata della pianificazione delle missioni. Il Pioneer 10 fu lanciato nel marzo 1972 e passò a 200.000 chilometri da Giove nel dicembre 1973, e fu seguito dal Pioneer 11, che passò a 34.000 chilometri da Giove nel dicembre 1974, prima di dirigersi verso Saturno. Furono seguite dalle più avanzate sonde Voyager 1 e 2, lanciate tra agosto e settembre del 1977, e che raggiunsero Giove nel 1979. Dopo l'approvazione delle missioni Voyager iniziarono gli studi per inviare per la prima volta un orbiter attorno al gigante gassoso.

Le Voyager erano state lanciate da razzi Titan IIIE con uno stadio superiore Centaur, ma i Titan furono successivamente ritirati. Nel 1975 la NASA decretò che tutte le future missioni planetarie sarebbero state lanciate dallo Space Shuttle, all'epoca in fase di progettazione, rendendo obsoleti i razzi sacrificabili. Si supponeva che lo Space Shuttle potesse servire come un rimorchiatore spaziale per lanciare carichi utili che richiedessero qualcosa di più che l'inserimento in orbita terrestre bassa, ma questo non fu mai approvato. L'aeronautica degli Stati Uniti sviluppò quindi l'Interim Upper Stage (IUS) a combustibile solido per lo scopo, successivamente ribattezzato Inertial Upper Stage (con lo stesso acronimo).. Lo IUS non era abbastanza potente da lanciare un carico utile su Giove senza ricorrere all'uso di una serie di manovre di fionda gravitazionale attorno ai pianeti per ottenere ulteriore velocità, qualcosa che la maggior parte degli ingegneri considerava inelegante e che gli scienziati planetari del JPL non apprezzavano perché significava che la missione avrebbe impiegato mesi o anni in più per raggiungere Giove...

In ogni caso nel 1977 i finanziamenti per la missione vennero approvati (assieme a quelli per il telescopio spaziale Hubble) dal Congresso, con una stima dei costi di 634 milioni di dollari (equivalenti a quasi 2 miliardi di dollari del 2021).. Successivamente venne indetta una votazione che suggerisse un nome meno tecnico al progetto: venne scelto Galileo, in onore di Galileo Galilei, la prima persona a osservare Giove attraverso un telescopio e lo scopritore di quelle che oggi sono conosciute come le lune galileiane. Il nuovo nome fu adottato nel febbraio 1978..

Nei piani iniziali la sonda avrebbe dovuto essere lanciata nel 1982, tuttavia lo sviluppo dello Shuttle subì un rallentamento e la missione slittò inizialmente al 1985. Venne preso in considerazione un piano alternativo: dotare la navicella di uno stadio Centaur che avrebbe fornito il 50% di potenza in più dello IUS e inviarla direttamente verso Giove, dove sarebbe arrivata in 2 anni. Tuttavia all'inizio degli anni '80 il progetto Galileo si trovò a fronteggiare sia problemi tecnici che l'austerità di bilancio imposta dalla nuova amministrazione del presidente Ronald Reagan e il piano di lanciò slittò a maggio 1986.. Tuttavia, a causa del disastro dello Space Shuttle Challenger del 1986 tutti i voli dello Space Shuttle vennero sospesi. Vennero stabiliti nuovi standard di sicurezza e per la sonda Galileo si decise giocoforza di utilizzare uno stadio superiore a bassa potenza. Per guadagnare abbastanza velocità, la sonda spaziale avrebbe dovuto utilizzare l'assistenza gravitazionale tre volte, una dal pianeta Venere e due dalla Terra. La nuova traiettoria richiedeva un aumento della durata del viaggio verso Giove a 6 anni, rispetto ai 2 anni dello stadio Centaur. La traiettoria della sonda spaziale avrebbe compreso una fase in cui la sonda si sarebbe trovata più vicina al Sole che alla Terra. L'isolamento termico della Galileo andava rivisto e in particolare venne aggiunto un parasole sulla sommità dell'antenna direzionale per limitarne il riscaldamento. Le modifiche apportate allo Space Shuttle si rivelarono più ampie del previsto e nell'aprile 1987 il JPL fu informato che la Galileo non avrebbe potuto essere lanciata prima dell'ottobre 1989..

Panoramica della missione La missione primaria era costituita da uno studio di due anni del sistema gioviano. La sonda orbitò attorno al pianeta con orbite ellittiche con periodo pari a circa 2 mesi. In base alle diverse distanze da Giove, la sonda effettuò dei campionamenti della magnetosfera gioviana e le orbite permisero di effettuare dei sorvoli ravvicinati dei satelliti maggiori. Dopo la conclusione della missione principale, iniziò una estensione della missione il 7 dicembre 1997 che comprendeva una serie di sorvoli ravvicinati di Europa e di Io, il più vicino dei quali portò la sonda a 180 km da Io il 15 dicembre 2001. Le radiazioni che lo circondano furono tuttavia dannose per i sistemi di Galileo (per questo motivo i sorvoli vennero programmati nella missione estesa, dove era maggiormente accettabile un'eventuale perdita della sonda) e il 17 gennaio 2002 furono disattivate le camere dopo essere state danneggiate irreparabilmente. Gli ingegneri della NASA furono in grado tuttavia di recuperare le elettroniche del registratore interno in modo da poter trasmettere i dati fino al termine della missione.

Caratteristiche tecniche La sonda

Galileo venne costruita dal Jet Propulsion Laboratory, che gestì la missione per conto della NASA. Al lancio, la massa dell'orbiter e della sonda era di 2.564 kg, inclusi 118 kg di strumenti, e raggiungeva una altezza di 7 metri. Una sezione era posta in rotazione ad una velocità di 3 giri al minuto, mantenendo la sonda stabile e in grado di raccogliere dati attraverso sei strumenti da varie direzioni. Le altre sezioni erano fisse e contenevano le camere e altri quattro strumenti che dovevano essere puntati accuratamente mentre Galileo era in viaggio nello spazio, tra cui il sistema di controllo dell'assetto. Il software che operava nel computer di bordo e che veniva regolarmente trasmesso dalla Terra dal team della missione era costituito da 650.000 linee di codice per il calcolo dell'orbita, 1.615.000 linee per l'interpretazione della telemetria e 550.000 linee per la navigazione.

La sonda era controllata da un microprocessore COSMAC 1802 con un clock di 1,6 MHz fabbricato su zaffiro, che è un materiale robusto per le operazioni nello spazio. Questo processore fu il primo chip CMOS a basso costo, quasi paragonabile al modello 6502 presente sui computer Apple II.

Il sistema di controllo dell'assetto fu scritto nel linguaggio di programmazione HAL/S, utilizzato anche per lo Space Shuttle.

Propulsione Il sottosistema di propulsione era costituito da un motore principale da e dodici propulsori da 10 N, oltre che da propellente, serbatoi pressurizzati e l'impianto idraulico. I serbatoi contenevano 925 kg di idrazina e tetrossido di diazoto. I propulsori da 10 N erano montati in gruppi di sei su due bracci da 2 metri. Il sottosistema di propulsione è stato sviluppato e costruito da Messerschmitt-Bölkow-Blohm e fornito dalla Germania Ovest, il principale partner internazionale del Progetto Galileo.

Energia I pannelli solari non erano una soluzione pratica alla distanza di Giove dal Sole (sarebbero stati necessari un minimo di 65 metri quadrati), e le batterie sarebbero state troppo ingombranti. L'energia della sonda era fornita da due generatori termoelettrici a radioisotopi, attraverso il meccanismo del decadimento radioattivo del plutonio-238. La generazione del calore derivata da questo decadimento veniva convertito in elettricità per mezzo dell'effetto Seebeck. L'elettricità era quindi fornita da questa fonte di energia affidabile, durevole e non influenzata dal freddo ambiente spaziale e dai campi radioattivi come quelli incontrati nella magnetosfera gioviana.

Ogni RTG, montato su un braccio lungo 5 metri, portava 7,8 kg di 238Pu e conteneva 18 moduli di generazione del calore, progettati per resistere a molti possibili incidenti come l'incendio o l'esplosione del veicolo, il rientro nell'atmosfera con impatto a terra o in acqua e altre situazioni. Le protezioni nel caso di un potenziale rientro erano garantite da una copertura esterna di grafite e da un rivestimento di iridio delle celle a combustibile. Al lancio i generatori producevano 570 watt, decrescendo ad un ritmo di 0,6 watt per mese fino a giungere a 493 watt all'arrivo su Giove.

Prima del lancio della sonda, il movimento anti-nucleare sollecitò un'ingiunzione della corte per proibire il lancio di Galileo, considerando i propulsori nucleari un rischio inaccettabile alla sicurezza pubblica. Questi sono stati usati per anni nella esplorazione planetaria senza problemi, ma gli attivisti ricordarono l'incidente del satellite russo Cosmos 954 con propulsore nucleare in Canada nel 1978 e il disastro dello Space Shuttle Challenger ha aumentato le preoccupazioni pubbliche sull'eventualità di una esplosione. Inoltre nessun veicolo con propulsore RTG aveva mai effettuato prima un volo ravvicinato attorno alla Terra ad alta velocità, come era previsto dalla manovra VEEGA. Lo scienziato Carl Sagan disse nel 1989 che: "non c'è nulla di assurdo in entrambe le parti di questo argomento." Frase originale: "there is nothing absurd about either side of this argument".

Strumentazione

Gli strumenti scientifici per la misurazione dei campi e delle particelle erano montati sulla sezione rotante, assieme con l'antenna principale, i generatori di energia, il modulo propulsivo e la maggior parte dell'elettronica dei computer e dei controlli della sonda. I sedici strumenti (con un peso complessivo di 118 kg) includevano: un magnetometro montato su un braccio lungo 11 metri per minimizzare le interferenze della sonda; uno strumento per rilevare particelle cariche a bassa energia del plasma, un rilevatore di onde di plasma generate dalle particelle; un rilevatore di particelle cariche ad alta energia; un rilevatore di polvere cosmica; un contatore di ioni pesanti; rilevatore per ultravioletto estremo accoppiato a uno spettrometro UV.

La sezione non rotante includeva: il sistema di camere; lo spettrometro all'infrarosso vicino per riprendere immagini multispettrali nell'analisi chimica della superficie e dell'atmosfera dei satelliti; uno spettrometro all'ultravioletto per studiare i gas; un foto-polarimetro radiometro per misurare l'energia irradiata e riflessa.