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Autore Messaggio
 Oggetto del messaggio: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 7:25 
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Iscritto il: lunedì 16 marzo 2009, 10:08
Messaggi: 195
Località: Galta di Vigonovo (VE)
Tipo di Astrofilo: Visualista e Fotografo
Ciao!
Una delle cose dell'astronautica che mi ha da sempre affascianto sono le missioni delle sonde interplanetarie. In particolare quelle delle 2 Voyager. Di domande ne ho tante da fare, ma inizio da qualcuna e magari riesco ad approfondire con voi la cosa.
Dunque tanto per cominciare:

1) come tracciano in maniera pratica la rotta per inforcare 4 pianeti di fila? So che si devono attendere particolari allineamenti, ma la sonda come viene guidata? Immagino non come si pilota un aereo telecomandato. Date le enormi distanze i comandi non vengono dati in tempo reale e neanche le risposte della sonda lo sono. Come fa dunque la sonda ad orientarsi?

2) una volta raggiunto il pianeta previsto cosa gli viene "detto" alla sonda? Le famose scoperte di tantissimi altri satelliti sono state previste? La sonda ha un'intelligenza sua che gli permette di cercare corpi in un'area ipotizzata?

3) Qundo voyager 2 ha sorvolato Urano o Nettuno (ma idem per Giove e Saturno) il programma esplorativo era già stato programmato a Terra o la Sonda ne inventa uno al momento, dato che da Urano ci vogliono ore per mandare e ricevere un segnale.

Lo so, è una tempesta di domande, ma un po' alla volta vorrei capire questo genere di missioni


Grazie

Luigi

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 7:52 
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Iscritto il: mercoledì 8 febbraio 2006, 15:35
Messaggi: 16952
Località: Dove mi portano le stelle
Tipo di Astrofilo: Visualista e Fotografo
Cines8 ha scritto:
Ciao!
Una delle cose dell'astronautica che mi ha da sempre affascianto sono le missioni delle sonde interplanetarie. In particolare quelle delle 2 Voyager. Di domande ne ho tante da fare, ma inizio da qualcuna e magari riesco ad approfondire con voi la cosa.
Dunque tanto per cominciare:

1) come tracciano in maniera pratica la rotta per inforcare 4 pianeti di fila? So che si devono attendere particolari allineamenti, ma la sonda come viene guidata? Immagino non come si pilota un aereo telecomandato. Date le enormi distanze i comandi non vengono dati in tempo reale e neanche le risposte della sonda lo sono. Come fa dunque la sonda ad orientarsi?

Se hai le basi corrette di matematica e di fisica la cosa non è così difficile. Dando il giusto valore di velocità e di direzione iniziale e tenendo presente le interferenze gravitazionali dei vari corpi del sistema solare è abbastanza semplice tracciare una rotta fino al primo corpo. Da lì viene calcolato l'effetto fionda dovuto al passaggio ravvicinato per valutare il nuovo valore di direzione e velocità verso il secondo e così via. Ovviamente la sonda viene monitorata e sulla base della posizione continuamente verificata viene notata la presenza di uno spostamento dall'orbita calcolata per effettuare mediante i motori della sonda piccole correzioni di rotta. Esiste inoltre un elaboratore interno che effettua le varie operazioni comandate da terra in anticipo a un certo orario prefissato e precalcolato. Per l'orientamento (nel senso di sapere dove va) la sonda non ha bisogno di alcun dato in quanto è tutto monitorato da terra. Per il puntamento delle antenne ha ovviamente dei giroscopi che favoriscono il mantenimento del puntamento nonché un sistema di controllo. In caso di guasto la sonda si posiziona in un modo standard e mediante un'antenna a basso guadagno può ricevere le istruzioni per riallinearsi e rifunzionare.
Cines8 ha scritto:
2) una volta raggiunto il pianeta previsto cosa gli viene "detto" alla sonda? Le famose scoperte di tantissimi altri satelliti sono state previste? La sonda ha un'intelligenza sua che gli permette di cercare corpi in un'area ipotizzata?

No. La sonda esegue il programma prefissato e comandato da Terra che risiede nella sua memoria. Tale programma può essere variato ma solo da Terra e con un certo anticipo vista la distanza mediante l'invio di nuovi comandi.
I vari satelliti erano stati ipotizzati e il programma della sonda prevedeva le ricerche proprio sulla base delle ipotesi. Per esempio la scoperta degli anelli di Giove era stata teoricamente prevista in quanto un paio di anni prima erano stati scoperti quelli di Urano e perciò l'ipotesi che anche Giove li avesse era plausibile. Nell'avvicinamento furono perciò fatte varie foto a lunga posa per rilevarli.
Cines8 ha scritto:
3) Qundo voyager 2 ha sorvolato Urano o Nettuno (ma idem per Giove e Saturno) il programma esplorativo era già stato programmato a Terra o la Sonda ne inventa uno al momento, dato che da Urano ci vogliono ore per mandare e ricevere un segnale.

Come ti ho detto la sonda non inventa niente. Tutto programmato da Terra

P.S. Se vuoi scaricarti un po' di immagini originali della missione Voyager puoi prenderle sul mio sito. Ne trovi alcune migliaia direttamente dai cd che la Nasa mi inviò a suo tempo.

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 8:03 
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Località: Leiden, The Netherlands
Cines8 ha scritto:
1) come tracciano in maniera pratica la rotta per inforcare 4 pianeti di fila? So che si devono attendere particolari allineamenti, ma la sonda come viene guidata? Immagino non come si pilota un aereo telecomandato. Date le enormi distanze i comandi non vengono dati in tempo reale e neanche le risposte della sonda lo sono. Come fa dunque la sonda ad orientarsi?


Ci sono numerosissimi mezzi. In ogni caso tu fai tre domande:
1) Come si localizza la sonda. Ci sono moltissimi metodi, la maggior parte basati su baseline interferometriche di centinaia di km (sostanzialmente si riceve un segnale dalla sonda da due antenne poste a centinaia di km di distanza, molto direttive, e si calcola la distanza con una triangolazione, come si fa del resto in maniera simile per calcolare le distanze col metodo della parallasse). Si stanno sperimentando metodi basati sul GPS
2) Come si traccia la rotta: viene stabilita a priori con studi di meccanica celeste rigorosissimi. In questi casi si hanno delle finestre in corrispondenza di particolari eventi (es. allineamento di pianeti). Non si può sbagliare la direzione e la frequenza di accelerazione una volta usciti in orbita. Considera che i vari stadi del vettore corrispondono a varie fasi di accelerazione. Se tutto andasse come dice la teoria, la sonda sarebbe "lì" "a quell'ora".
3) Come si corregge la rotta: la sonda è dotata di un certo tot di carburante (stabilito a terra) che è uno dei parametri di definizione della sua vita. Finito il carburante non si fanno manovre. Le manovre sono di vario tipo ma, attenzione, non sono mai "pesanti". Manovre di cambio di orbita o cose del genere sono previste SOLO in caso di emergenza. Manovre correttive sono in genere estremamente ridotte e, comunque, si pianificano. Nello spazio si pianifica sempre tutto ;)

Cita:
2) una volta raggiunto il pianeta previsto cosa gli viene "detto" alla sonda? Le famose scoperte di tantissimi altri satelliti sono state previste? La sonda ha un'intelligenza sua che gli permette di cercare corpi in un'area ipotizzata?


Gli strumenti della sonda vengono accesi sempre appena sono scongiurati i vari pericoli (radiazioni, corpuscoli...). Considera che molte volte questi corpi vengono scoperti dalle sonde nel senso che "confermano" osservazioni da terra (magari oscillazioni gravitazionali). Gli ordini impartiti alla sonda sono in parte pianificati, in parte straordinari (raramente e solo in caso di "eventi". Ad esempio, si scopre un bacino d'acqua sulla Luna si pianifica un'osservazione straordinaria ad alta risoluzione non prevista) in base alle esigenze e alle possibilità, in parte automatizzati (es. operazioni di startup in seguito ad un comando da terra).

Cita:
3) Qundo voyager 2 ha sorvolato Urano o Nettuno (ma idem per Giove e Saturno) il programma esplorativo era già stato programmato a Terra o la Sonda ne inventa uno al momento, dato che da Urano ci vogliono ore per mandare e ricevere un segnale.


E' tutto pianificato con anni d'anticipo e la procedura di cambio della pianificazione è estremamente onerosa in tanti termini. Una delle parti più consistenti del progetto di una sonda è proprio quella che si chiama "mission analysis" in cui viene stabilito cosa farà la sonda durante tutta la vita prevista

Ti ho risposto in maniera sintetica, se vuoi posso approfondire qualche argomento che ti interessa di più :)

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 8:25 
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Grazie per le risposte.
Incomincio ad orientarmi, anche se mi piacerebbe vedere materialmente che cosa si fa a Terra dalla console dei Voyager.
Certo che chi è ai comandi della sonda ne deve avere di materia grigia...
Vedete, io ho questo misero paragone. Ho un aeromodello che piloto dal telecomando e vedo a vista la posizione e l'assetto del velivolo, ma pensare di correggere una sonda a migliardi di chilometri di distanza è straordinario. Se ho capito bene la sonda viene controllata da almeno 2 antenne poste a centinaia di chilometri, giusto? Questi dati relativi alla posizione arrivano in forma numerica? Esiste un software che visualizza graficamente la posizione e orientamento della sonda?
Si parla anche di comandi impartiti da Terra con la missione in corso. E' un computer che dialoga con la sonda o è qualcosa di più semplice tipo radiocomando per aerei? (è solo per dare un esempio)

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 8:38 
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Cines8 ha scritto:
Questi dati relativi alla posizione arrivano in forma numerica? Esiste un software che visualizza graficamente la posizione e orientamento della sonda?


Per il metodo della baseline interferometrica è ovviamente tutto automatico. Non si fa più niente "carta e penna" e non si faceva neanche ai tempi di Yuri Gagarin. Semplicemente esiste un pc che comanda le antenne (orientate verso la posizione prevista, esistono dei programmi, detti "propagatori" che prevedono il percorso della sonda) prende i dati, li analizza e tira fuori un numero (altezza, declinazione e distanza, per esempio). Anzi, esistono anche software che, in base alla posizione, pianificano le manovre. Alla fine non si fa altro che applicare delle formule di meccanica celeste. Il cervellone è chi le ha elaborate, non chi le applica (sarebbe imprudente affidare missioni da mld al cervello umano) ;)

Cita:
Si parla anche di comandi impartiti da Terra con la missione in corso. E' un computer che dialoga con la sonda o è qualcosa di più semplice tipo radiocomando per aerei? (è solo per dare un esempio)


No! Si sceglie il comando da dare, si pianifica quando darlo (la sonda non la vedi sempre, ma solo in certi giorni per un certo tempo) e un sistema di telecomunicazioni pensa alla pianificazione, organizzando la ricezione dei dati e delle telemetrie e la trasmissione dei telecomandi.

In ogni caso considera che non esiste un operatore col joystick ;) Probabilmente la situazione delle voyager viene analizzata una volta al giorno, forse una volta alla settimana. I tempi, soprattutto in questo momento della missione, sono paurosamente rilassati rispetto ad un aeromodello. ;)

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 8:50 
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Che intendi per "la sonda non la vedi sempre?"
Ci si collega con lei quando è tutto deciso?

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
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Cines8 ha scritto:
Che intendi per "la sonda non la vedi sempre?"
Ci si collega con lei quando è tutto deciso?


Che non la vedi sempre, nel vero senso della parola :D Se fosse possibile si terrebbe un contatto (quanto meno l'uplink, cioè terra-sonda) 24h su 24. Non è così, però. Per capirci, se la sonda fosse il sole, la vedresti soltanto 12h su 24 da una stessa zona, cioè una volta al giorno per 12h. Immagina un corpo che è in orbita intorno ad un pianeta. Lo vedi quando il pianeta è in visibilità dalla stazione E la sonda non è eclissata dal pianeta. Nella missione lunare su cui ho lavorato, dalle simulazioni c'erano anche due giorni (che per una sonda "attiva" tipo la Cassini sono tanti, non puoi scaricare i dati a terra e quindi devi fare una memoria molto più grande) in cui non era possibile vedere il satellite e in ogni caso i contatti duravano meno di un'ora (semiperiodo dell'orbita, cioè il tempo necessario a "scomparire" dietro l'altro emisfero) quindi non erano possibili le comunicazioni. Per questo per alcuni satelliti si usano più stazioni in modo da aumentare la visibilità. Pensa che noi calcolammo oltre 80Gb di memoria (a stato solido ad alta velocità, ovviamente...) per prevenire questo problema. Se pensi che una comunicazione lunare già di 2Mbit al secondo è critica, pensa quanto diventa problematico lo svuotamento delle memorie (la memoria va svuotata ad ogni "contatto", altrimenti il residuo di dati si accumula e, alla lunga, la memoria satura).

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:oops: :oops: :oops: :( si, ho fatto una domanda oscena, non ci avevo nemmeno pensato. Ero dell'idea che il segnale venisse captato da antenne diverse dislocate sul pianeta...

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 Oggetto del messaggio: Re: Missioni Voyager
MessaggioInviato: venerdì 10 luglio 2009, 10:44 
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Cines8 ha scritto:
Ciao!

Lo so, è una tempesta di domande, ma un po' alla volta vorrei capire questo genere di missioni


Grazie

Luigi


Se te la cavi con l'inglese, c'è questo sito che è splendido per imparare tutto quello che c'è da sapere sulle missioni interplanetarie

http://www2.jpl.nasa.gov/basics/index.php

ciao

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Ci sedemmo dalla parte del torto, visto che tutti gli altri posti erano occupati.

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