Solar Orbiter Data Processing Unit

Solar Orbiter Data Processing Unit


Sviluppo del Solar Wind Analyser Data Processing Unit nell'ambito della missione Solar Orbiter


Il Sole e l'eliosfera, la sua atmosfera estesa, costituiscono un sistema molto complesso. I pianeti interni al Sistema Solare, tra cui la Terra, si trovano all'interno dell'eliosfera, subendone perciò la sua influenza, che spesso può essere chiaramente individuata dai ricercatori e scienziati durante le fasi di alta attività solare.
La missione Solar Orbiter, nell'ambito del programma Cosmic Vision dell'Agenzia Spaziale Europea, il cui lancio in orbita avverrà il prossimo Febbraio 2020, è una missione destinata ad esplorare il Sole e la sua eliosfera per migliorare la nostra comprensione della meteorologia spaziale e dei suoi effetti sulla Terra. Si potrà osservare il Sole e raccogliere le misure in un'orbita che va da 0,28 (più vicino di Mercurio) a 1,4 Unità Astronomiche (la Terra è a 1 UA). Inoltre, questa missione fornirà un laboratorio naturale per lo studio dei processi in fisica, astrofisica e fisica dei plasmi fondamentali che non possono essere studiati altrove in dettaglio.

Il payload scientifico del Solar Orbiter è composto da dieci esperimenti. Tra gli strumenti, la suite Solar Wind Analyser (SWA) fornirà misurazioni in-situ ad altissima risoluzione temporale di vento solare di particelle composizione (ioni, protoni ed elettroni) e distribuzioni di velocità. L'obiettivo finale è quello di stabilire i collegamenti fisici fondamentali tra l'atmosfera magnetizzata e altamente dinamica del Sole e il vento solare in tutti i suoi stati tranquilli e disturbati.
Lo SWA è a sua volta composto da quattro sensori dedicati all'analisi di particelle a diversi livelli di energia. Due dei sensori misurano gli elettroni (Electron Analyser Sensor, o EAS), uno misura i protoni e le particelle alfa (Proton Analyser Sensor, o PAS) e uno misura gli ioni pesanti che sono una componente minore del vento solare (Heavy Ion Sensor, o HIS). Tutti raccoglieranno indipendentemente le particelle, e tramite elaborazione dei dati a bordo, valuteranno funzioni 3D di distribuzione di velocità, densità, temperatura e flusso termico del plasma che compone il vento solare.
L'Italia collabora all'esperimento SWA sviluppando la Data Processing Unit (DPU) attraverso un progetto che vede Roberto Bruno dell'Istituto di Astrofisica Spaziale e Planetologia (IAPS) come responsabile scientifico e SWA principal co-investigator.

Il progetto SWA-DPU, ora nella sua fase E1, si occuperà di fornire l'unità che controlla la produzione ed elaborazione dei dati dei quattro sensori, gestendo anche le interfacce verso il computer principale della sonda per alimentazione, telemetria e tele-comandi.

Il ruolo di Planetek Italia

Il progetto è affidato a un gruppo di società composto da TSD, Planetek Italia, Sitael e Leonardo. Le attività di Planetek si concentrano sul software di bordo per l'elaborazione dei dati scientifici, sul software del segmento terra per l'elaborazione dei prodotti e per la gestione dei pacchetti di comunicazione.

I sensori SWA raccolgono le particelle che compongono il vento, uno dei compiti principali nella gestione dei dati on-board è la valutazione di "momenti" nello spazio delle fasi, cioè espressioni matematiche in grado di caratterizzare il vento considerato come un flusso di plasma. Tuttavia, come evidenziato dalla squadra scientifica, tali elaborazioni necessitano di calcoli complessi, mentre le risorse computazionali disponibili sono limitate. Lo sviluppo di una soluzione   ottimale specificamente disegnata sul flusso dati di SWA è stata ottenuta con una architettura software ottimizzata ed un stretta collaborazione con il team scientifico dello IAPS.

Lo stesso approccio è stato adottato per definire che è la tecnica di compressione migliore adattamento ai dati. Per lo scopo, Planetek ha evoluto moduli software già sviluppati avvalendosi dell'esperienza maturata nel precedente progetto SpacePDP.
Nelle fasi C e D Planetek ha anche sviluppato il sistema software nel Electrical Ground Support Equipment (EGSE) per l'integrazione ed il test della suite.

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