Panoramica sulla missione SRTM

Introduzione all'esperimento

La missione SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) è dedicata all’osservazione della Terra dallo spazio ed è una missione realizzata in collaborazione tra la NASA, il Dipartimento della Difesa americano (DoD), la National Imaging and Mapping Agency (NIMA), l’agenzia Spaziale tedesca (DLR) e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI).

La missione SRTM è stata progettata per usare versioni modificate delle antenne SIR-C e X-SAR, che sono già state oggetto di due precedenti missioni (SRL-1 e SRL-2 a bordo rispettivamente di STS-59 e STS-68), per mappare la topografia della superficie terrestre. Diversamente dalle recenti missioni, SRTM sfrutterà l’interferometria a singolo passaggio, cioè due immagini radar verranno acquisite contemporaneamente, una dall’antenna alloggiata nella stiva dello Space Shuttle e l’altra dall’antenna posta alla fine del traliccio di 60 metri che si estenderà dalla stiva. Combinando le due immagini si realizzerà una singola immagine 3D. Sia il SIR-C che l’X-SAR saranno modificati per operare come interferometri a baseline fissa con l’obiettivo di produrre, durante gli 11 giorni di missione, una mappa topografica digitale dell’80% delle terre emerse sulla Terra (tutte le terre emerse comprese tra 60° di latitudine nord e 56° di latitudine sud, come raffigurato in Fig.1) e con una spaziatura dei dati ogni arco-secondo di latitudine e di longitudine, cioè approssimativamente 30 metri. Le risoluzioni, orizzontale e verticale, saranno rispettivamente di 20 metri e di 16 metri.

Fig.1 - Zone della Terra mappate da SRTM

Obiettivi della missione

La missione SRTM ha l’obiettivo di realizzare i seguenti punti, durante gli 11 giorni di missione:

• Il più completo archivio digitale di immagini della Terra ad alta risoluzione. Questo si traduce in una mappa topografica digitale dell’80% delle terre emerse (cioè tutte le terre emerse comprese tra 60° di latitudine nord e 56° di latitudine sud, come raffigurato in Fig.1), con una spaziatura dei dati ogni arco-secondo di latitudine e di longitudine e con una accuratezza verticale relativa di 10 metri (accuratezza verticale assoluta di 16 metri).
• Dati sufficienti a produrre un mosaico in banda C dell’80% delle terre emerse con una risoluzione di 1 arco-secondo.
• Dati X-SAR per ottenere un’alta risoluzione verticale, ovvero 6 metri di risoluzione relativa e 16 di risoluzione assoluta.

L’elaborazione dei dati in banda C sarà completata entro un anno dalla missione. Le specifiche della missione SRTM sono sintetizzate nella Tabella 1.

Tab.1 – Specifiche della Missione

Introduzione alla missione

Per la missione SRTM sia il SIR-C che l’X-SAR opereranno come interferometri. Il SIR-C userà solamente il sistema in banda C (il sistema in banda L non è richiesto per la mappatura ma verrà eventualmente usato come sistema di riserva). L’X-SAR opererà simultaneamente con il SIR-C.

Operazioni radar nominali

Per soddisfare i requisiti della mappatura, SRTM dovrà collezionare dati su una "striscia" di almeno 225 Km. Per realizzare ciò sia l’antenna a bordo dello Shuttle che quella fuoribordo opereranno in modo SCANSAR con un miglioramento. Invece di una scansione a singolo fascio cross track, il SIR-C userà due polarizzazioni (HH e VV) per formare due fasci per ogni antenna. Quindi due delle quattro sotto-strisce saranno illuminate tutte le volte, come raffigurato in Fig.2. Questo modo di operare è chiamato SCANSAR a doppio fascio. In questo modo tutti e quattro i canali del SIR-C possono essere usati e la polarizzazione addizionale fornirà un modo di riserva a singolo fascio ad una risoluzione leggermente ridotta.

Fig. 2 SCANSAR a doppio fascio

L’X-SAR userà un fascio singolo per ogni antenna con polarizzazione VV. Le immagini ottenute con X-SAR avranno una risoluzione maggiore di quelle realizzate con il SIR-C, sebbene la larghezza della striscia sia più stretta (50 Km) e questo impedisca una copertura globale. La striscia a terra dell’X-SAR sarà posizionata tra la terza e la quarta sotto-striscia del SIR-C, come rappresentato in Fig.3, per fornire dati addizionali dove quelli del SIR-C hanno la transizione tra la polarizzazione orizzontale e verticale.

Fig. 3 - Disposizione delle "impronte" a terra del SIR-C e dell’X-SAR

Se per qualche motivo il modo SCANSAR a due polarizzazioni non può operare, sono stati definiti tre modi di riserva per fornire alla missione la flessibilità necessaria a raggiungere quanti più obiettivi possibile.

1. SCANSAR a fascio singolo, 20 MHz

Nel caso ci sia un malfunzionamento di una delle polarizzazioni in banda C, il SIR-C potrebbe sempre operare come un interferometro a singolo fascio, singola polarizzazione e acquisire ugualmente dati topografici. In questo modo sarebbe usata una banda di 20 MHz riempiendo i quattro canali dati disponibili. Le prestazioni attese sarebbero comparabili con quelle del modo nominale di operare. Infine l’interferometro in banda X non ne risentirebbe.

2. SCANSAR a fascio singolo, 10 MHz

Nel caso ci sia un malfunzionamento di una delle polarizzazioni in banda C, il SIR-C potrebbe operare anche con un modo a 10 MHz. Comunque questa modalità occuperebbe solo due canali dati. Quindi i dati di immagini in banda C in cross-polarizzazione, così come quelli di dati in banda L su un singolo canale, potrebbero essere acquisiti simultaneamente.

3. SCANSAR "solo immagine"

Se per qualche motivo il braccio non si estendesse o l’antenna fuoribordo non funzionasse correttamente il SIR-C potrebbe sempre acquisire immagini della Terra in due polarizzazioni e a due frequenze, con l’X-SAR operante in modo "solo immagine".

Descrizione della missione

La missione SRTM verrà pilotata principalmente dal Payload Operations Control Center (POCC) presso il Johnson Space Center (JSC) di Houston. La pianificazione della missione, così come la generazione e l’uplink dei comandi per le attrezzature a bordo dello Space Shuttle, saranno fortemente semplificati rispetto alle passate missioni SRL. Questo è possibile perché nella missione nominale ci sarà solo un modo di operare (SCANSAR interferometrico per il SIR-C e interferometria per l’X-SAR). L’equipaggio dovrà attivare e configurare l’elettronica delle antenne e sostituire le cassette dai Payload High Rate Recorders (PHRRs).Dei comandi da terra (dal POCC presso il JSC) inizieranno l’acquisizione dati. L’equipaggio "ripiegherà" l’antenna secondaria dentro la stiva e disattiverà l’elettronica di bordo alla fine della missione.

 Per le operazioni in orbita nominali l’equipaggio:

1. Attiverà il pallet MDM.

2. Attiverà il SIR-C e l’X-SAR.

3. Configurerà l’AODA Processing Computer (APC) e il Recorders Interface Controller (RIC).

4. Farà l’on-orbit chechout e estenderà il traliccio e l’antenna secondaria.

Da terra verranno trasmessi fino a 24 ore di comandi per le attrezzature a bordo che verranno registrati nelle sequenze di esecuzione del SIR-C e dell’X-SAR. Inoltre i comandi potranno anche essere trasmessi in real time direttamente ai buffer di esecuzione.

I comandi trasmessi sono generati dal POCC Experiment Ground Support Equipment (EGSE) e basati su vettori di stato e time line elaborati prima della missione. Cambi di orbita o anomalie durante la missione possono causare notevoli sforzi di ripianificazione della missione in tempo reale. L’EGSE ha la capacità di ripianificare gli esperimenti tenendo conto dei vincoli sulla sicurezza, sulla trasmissione dei comandi e sulla visibilità del sistema TDRSS.

Per operazioni in orbita non nominali l’equipaggio:

1. Può attivare il pallet MDM e riconfigurare i sistemi del SIR-C.
2. Può ricalibrare l’antenna secondaria.
3. Può realizzare un ripiegamento o un espulsione di emergenza del traliccio.
4. Può sostituire un registratore dati o l’alimentazione.

Una volta che la missione sarà stata completata l’equipaggio ristiverà l’antenna secondaria dentro la stiva dello Space Shuttle, disattiverà i sottosistemi dell’esperimento SRTM e del pallet MDM.