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VASIMR verso lo step 5

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #25 il: Mer 26/08/2015, 20:07 »

Come hai giustamente calcolato, considerando la massa della ISS ci vogliono circa 24 ore di spinta a 5 N per dare 1 m/s di deltaV, che è il valore di un classico reboost.
Il problema è sempre lo stesso: dove li prendi sulla ISS 100 kW per 24 ore? Spegni tutta la stazione per dare potenza a un thruster?

Forse qualcosa a spinta inferiore potrebbe essere accettabile: 20 kW con 1N di spinta potrebbe essere fattibile ma a quel punto dovrebbe essere per 5 giorni di fila. E questo avrebbe un bell'impatto sulle operazioni degli esperimenti, che hanno bisogno dell'energia elettrica che stiamo dando al propulsore.
Oppure si potrebbe anche andare ancora giù e avere spinta continua: per avere 1 m/s per 30 giorni occorrerebbe una spinta di circa 200 mN e quindi "solo" 4 kW di potenza elettrica. Significa che con circa 5 kW di potenza continuamente dedicata al propulsore, questo potrebbe eliminare il rallentamento dovuto all'attrito (e non è poco, 5 kW è il tipico consumo dell'intero laboratorio Columbus, nei giorni in cui si fa scienza su vari racks contemporaneamente!)

E poi bisogna considerare le manovre urgenti, tipo le debris avoidance maneuvers. Per quelle bisogna reagire velocemente, quindi ci vorrebbero comunque i propulsori tradizionali per dare spinte ingenti e aggiustare l'orbita in poche ore.

ciao Buzz ti chiedo che magari lo sai , che coefficiente di utilizzo c'è sulla iss della disponibilità di corrente elettrica
in fase di lavori intensi può essere che l'energia sia tutta utilizzata o quasi , però il laboratori non lavorano h24 cos' così come certi macchinari
forse ci saranno periodi in cui c'è ampia disponibilità di corrente ,il sole è sempre li e non c'è bisogno di spegnere niente
questi motori consentono un utilizzo del tipo appena li attivi iniziano a lavorare e lo spegnimento è altrettanto rapido ?
forse ci hanno già pensato a un loro utilizzo variabile a seconda della disponibilità e forse han visto che non ne vale la pena
una modulazione che segua la disponibilità elettrica della ISS
o forse la stanno studiando , booo
tanto i propulsori tradizionali per qualsiasi correzione tanto ci sono già

Offline Buzz

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #26 il: Mer 26/08/2015, 20:22 »
Certo, quello che scrivi ha senso. Di sicuro di notte si usa meno energia elettrica che di giorno, quindi quell'energia potrebbe essere usata per un propulsore elettrico. Però che io sappia non si fanno reboost mentre l'equipaggio dorme, forse perchè è comunque una situazione critica e si vuole avere gli astronauti svegli e reattivi in caso di problemi.

Però tieni presente che la disponibilità di energia elettrica non è un dato sicuro al 100%, dipende dall'angolo di incidenza della luce solare (quindi dall'assetto dei pannelli, che non è sempre ottimale al 100%) e anche dal deterioramento nel tempo dei pannelli stessi.
Ogni tanto NASA fa dei test di consumo massimo, ovvero accende in sequenza tutte le cose possibili e immaginabili per vedere fino a che punto i pannelli riescono a dare potenza e quando invece cominciano a consumarsi le batterie. Questo per avere un dato abbastanza affidabile sull'effettiva potenza disponiibile.

Riguardo al propulsore, non conosco il VASIMR in dettaglio, ma a occhio credo che lo spegnimento e accensione di un propulsore elettrico sia una cosa abbastanza veloce.
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Offline marcozambi

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #27 il: Mer 26/08/2015, 21:00 »
Quello e' un problema organizzativo, dicevo solo che dal punto di vista degli ordini di grandezza potrebbe anche funzionare, certo non so se dal punto di vista economico conviene questa soluzione od una tradizionale
E' un problema hardware: la Stazione, stante l'attuale dotazione di pannelli fotovoltaici (e conseguenti harness elettrici) non genera abbastanza potenza.
Marco Zambianchi
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Offline manoweb

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #28 il: Mer 26/08/2015, 21:28 »
Certo, quello che scrivi ha senso. Di sicuro di notte si usa meno energia elettrica che di giorno, quindi quell'energia potrebbe essere usata per un propulsore elettrico.

OK ma la notte i pannelli non generano energia, quindi potrebbe non essere il momento ideale, che ne pensi?

Offline Lupin

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #29 il: Mer 26/08/2015, 22:07 »

OK ma la notte i pannelli non generano energia, quindi potrebbe non essere il momento ideale, che ne pensi?

Credo che per notte si intenda quando gli astronauti dormono.

Offline manoweb

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #30 il: Mer 26/08/2015, 22:28 »
Mi verrebbe anche da pensare all'eccentricita' dell'orbita della ISS. Quando fanno i normali reboost aspettano il momento giusto oppure l'orbita e' mantenuta talmente e perfettamente circolare da non essere necessario?

Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #31 il: Gio 27/08/2015, 12:08 »
NASA aveva in calendario fino allo scorso anno l'installazione di un test del VASIMR sulla ISS.
Nel documentario NASA sulla propulsione elettrica si parla di prossimi array solari autodispiegabili ed estremamente leggeri di 100 m2 da 20 kW, ancora da testare in spazio.
Continuando a fantasticare, il risparmio stimato, 20 M$/anno potrebbe costituire un budget sufficiente a dotare la ISS di propulsori elettrici propri?
« Ultima modifica: Gio 27/08/2015, 13:21 da Peter Pan »
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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #32 il: Gio 27/08/2015, 14:58 »
in orbita forse ciò che non manca è lo spazio per dispiegare pannelli fotovoltaici

non ho idea come funzioni perfettamente un pannello fotovoltaico con la produzione in eccesso di elettricità
certo è che un motore elettrico in funzione avrebbe anche il pregio di essere un test sulla funzionalità stessa dei pannelli montati  dando un dato continuo e affidabile sull'effettiva potenza disponibile

Offline IK1ODO

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #33 il: Gio 27/08/2015, 15:24 »
Una cella solare non ha produzione di energia elettrica in eccesso da gestire. C'è una curva di carico V/I tipica della cella ad un certo valore di illuminazione; il sistema di controllo cerca di operare sempre la cella con un algoritmo MPPT (maximum power point tracking). In pratica, se il carico richiede meno potenza la cella ne eroga meno, tutto qui. Non è necessario dissiparla in qualche modo. MPP è il punto di massima erogazione di potenza, che varia dinamicamente con illuminazione e temperatura della cella:



Quanto al fatto di operare un thruster ionico sulla ISS vedo qualche altro problema. Il gas emesso è effettivamente neutro? esiste una frazione non neutra? è garantito che non si formino nuvole di ioni o elettroni attratti elettrostaticamente dalla stazione stessa se la neutralità di carica non è garantita? Questo potrebbe avere gravi impatti su celle solari, antenne, ottiche, sistemi elettronici vari.
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Offline Buzz

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #34 il: Gio 27/08/2015, 15:55 »
Quanto al fatto di operare un thruster ionico sulla ISS vedo qualche altro problema. Il gas emesso è effettivamente neutro? esiste una frazione non neutra?
I problemi varrebbero o per tutti i satelliti e le sonde.
Il propellente espulso può essere neutro o carico, a seconda del tipo di propulsore. Quando il propellente non è neutro, si usano in parallelo dei cannoni che sparano elettroni per neutralizzarlo. Anche perché se una parte del gas tornasse indietro o rallentasse questo ridurrebbe la spinta e l'impulso specifico

in orbita forse ciò che non manca è lo spazio per dispiegare pannelli fotovoltaici
Ehm, hai visto quanto sono grossi i pannelli solari della ISS? E quanta struttura hanno per tenerli su?
Tutti quei pannelli fanno 100 kW, se ne vuoi altri 100 devi raddoppiare la superficie.
Puoi andare a cercare quanti lanci shuttle e quante EVA sono servite per mettere su quei pannelli, e poi calcolare se fare tutto questo per un propulsore sarebbe ancora conveniente ;)
« Ultima modifica: Gio 27/08/2015, 15:57 da Buzz »
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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #35 il: Gio 27/08/2015, 15:56 »

Quanto al fatto di operare un thruster ionico sulla ISS vedo qualche altro problema. Il gas emesso è effettivamente neutro? esiste una frazione non neutra? è garantito che non si formino nuvole di ioni o elettroni attratti elettrostaticamente dalla stazione stessa se la neutralità di carica non è garantita? Questo potrebbe avere gravi impatti su celle solari, antenne, ottiche, sistemi elettronici vari.

Per i motori a ioni generalmente un neutralizzatore e' sufficiente per neutralizzare il gas emesso da piu' motori, anche ad una certa distanza (il numero di neutralizzatori dipende dal flusso di carica dei motori e da quello del singolo neutralizzatore). Ricordo che su Hayabusa il neutralizzatore di un motore fu usato per neutralizzare il gas dell'altro motore, senza impatti sugli altri sotto-sistemi.
Non conosco il meccanismo di controllo che utilizzino per determinare il flusso di carica del neutralizzatore, ma che io sappia la regolazione di un propulsore elettrico e' molto precisa e probabilmente, conoscendo l'energia di ionizzazione utilizzata, si riesce a stimare il flusso di carica.
Un ulteriore problema potrebbe essere la compatibilita' elettro-magnetica, anche perche' la ionizzazione potrebbe avvenire tramite RF.

Offline IK1ODO

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #36 il: Gio 27/08/2015, 18:11 »
anche perche' la ionizzazione potrebbe avvenire tramite RF.

Ne so qualcosa, ma tutto sommato quella è relativamente facile da confinare, anche perchè in genere le frequenze usate sono piuttosto basse (nell'ordine di MHz o decine di MHz).
Per la neutralizzazione probabilmente basta mettere un elettrometro che misuri la carica del corpo del satellite, e regolare su quello. Per la compatibilità... Buzz, hai ragione, ma gli "altri satelliti" sono pensati fin dall'inizio per incorporare un thruster elettrico, la ISS no. Non credo si possano escludere a priori questioni di compatibilità ambientale, senza ovviamente considerare il comportamento del sistema elettrico.
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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #37 il: Gio 27/08/2015, 20:56 »
Ehm, hai visto quanto sono grossi i pannelli solari della ISS? E quanta struttura hanno per tenerli su?
Tutti quei pannelli fanno 100 kW, se ne vuoi altri 100 devi raddoppiare la superficie.
Puoi andare a cercare quanti lanci shuttle e quante EVA sono servite per mettere su quei pannelli, e poi calcolare se fare tutto questo per un propulsore sarebbe ancora conveniente ;)
Ehm Buzz, ti ha risposto Charles “Chuck” Taylor nel 2013, dal documentarino NASA di 20 min ricco di navicelle sberluccicanti disegnate al calcolatore:
 “Chuck” : "Stiamo realizzando un set di pannelli solari che sono circa due volte la taglia dei pannelli in uso oggi.  Stiamo parlare di generare sull'ordine dei 50kW nominali,  ... Il più grande ostacolo da superare sono la massa ed il volume di stivaggio di questi pannelli. Se ci pensate, la ISS ha pannellli che sono all'incirca equivalenti a ciò che stiamo cercando di produrre, ma ci sono voluti dieci missioni shuttle per portarli in orbita, e abbiamo dovuto disporre di astronauti che come oggi escono ad installarli. Noi stiamo cercando di realizzare pannelli che generano altrettanta potenza, ma che siano stivabili in un solo razzo vettore e che si dispieghino autonomamente."

Molto ottimista.
« Ultima modifica: Gio 27/08/2015, 21:25 da Peter Pan »
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Offline Buzz

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #38 il: Gio 27/08/2015, 23:34 »
Beh direi che in ogni caso quei pannelli sarebbero un bell'investinento... Lo capirei se fosse per tenere in funzione più esperimenti, ma fare quei pannelli per poi alimentare un propulsore che poi fa risparmiare propellente, ecco, mi sembra un po' contorto... :mrgreen:
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Offline blitzed

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #39 il: Ven 28/08/2015, 06:55 »

"Stiamo realizzando un set di pannelli solari che sono circa due volte la taglia dei pannelli in uso oggi..

ok ma...se ipotizziamo di raddoppiare la superficie dei pannelli...aumenta ulteriormente il drag atmosferico...e serve ancora più energia per il propulsore ionico...quindi ancora più pannelli :mrgreen: :mrgreen:

Offline DDD

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #40 il: Ven 28/08/2015, 08:26 »
Forse non cambierebbe molto, ma non si potrebbe inviare la cancellata science power station?
« Ultima modifica: Ven 28/08/2015, 08:38 da DDD »

Offline Acris

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #41 il: Ven 28/08/2015, 08:28 »
Tornando indietro abbiamo visto che per compensare il drag atmosferico bastano 5kW continui, e secondo me avendone 100 a disposizione usarne 5 di continuo è ammissibile, ma bisogna valutarne i vantaggi.
La propulsione elettrica è molto precisa, quindi penso che con gli opportuni sistemi di controllo ad anello chiuso si riesca ad azzerare quasi perfettamente l'influenza del drag atmosferico, portando il valore di microgravità presente sulla ISS ad un livello ancora più basso, cosa sicuramente utile per parecchi esperimenti.
A questo punto ci si scontra con altri fattori che però ipotizzo siano di ordini di grandezza maggiori rispetto al drag atmosferico, ovvero le vibrazioni di tutti i sistemi in movimento (ventole, pompe, motori vari) sempre o intermittentemente accesi oltre che con le passeggiate ed i movimenti dei 6 occupanti l'avamposto... Ne vale quindi la pena?
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Offline manoweb

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #42 il: Ven 28/08/2015, 10:28 »
La propulsione elettrica è molto precisa, quindi penso che con gli opportuni sistemi di controllo ad anello chiuso si riesca ad azzerare quasi perfettamente l'influenza del drag atmosferico, portando il valore di microgravità presente sulla ISS ad un livello ancora più basso

Mi viene MOLTO difficile pensare che la decelerazione dovuta al drag atmosferico sia sempre perfettamente allineata con il motore ionico, che deve anche spingere la stazione in modo da evitare di applicare momenti, tali da permettere di effettuare questa compensazione...??

Offline Acris

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #43 il: Ven 28/08/2015, 12:04 »
Il mio pensiero nasceva da reminescenze di questa missione: http://lisa.nasa.gov/ in cui l'idea è di mantenere uno spacecraft a "galleggiare" attorno ad un cubo di Platino con una precisione estrema tramite propulsori elettrici.
Se si riesce a fare quello si riesce anche a correggere continuamente le variazioni dovute alla variabilità del drag atmosferico.
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Offline Micene84

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #44 il: Ven 28/08/2015, 16:57 »
Il mio pensiero nasceva da reminescenze di questa missione: http://lisa.nasa.gov/ in cui l'idea è di mantenere uno spacecraft a "galleggiare" attorno ad un cubo di Platino con una precisione estrema tramite propulsori elettrici.
Se si riesce a fare quello si riesce anche a correggere continuamente le variazioni dovute alla variabilità del drag atmosferico.

In realta' una missione che compensava il drag atmosferico c'e' gia' stata ed e' GOCE :D
Pero' GOCE usava il gradiometro all'interno (che era lo strumento scientifico) nel ciclo ad anello chiuso per il controllo del motore a ioni. Per quanto riguarda la missione LISA, la storia invece e' stata molto travagliata. LISA non e' stata ancora finanziata, mentre il dimostratore tecnologico LISA Pathfinder partira' a breve. Inizialmente i motori elettrici previsti erano i FEEP, dei motori che usavano del materiale colloidale per spinte dell'ordine di femtoN se non ricordo male. Lo sviluppo dei FEEP non e' andato a buon fine e si e' proceduto con i miniRIT http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2011index/IEPC-2011-325.pdf, motori a ioni con spinte 10microN-200microN oppure 150-3000microN (cambia la forma della griglia di accelerazione che permette un passaggio di una portata maggiore), ma anche questa tecnologia (ad oggi qualificata) non e' stata scelta. Alla fine e' stata scelta la tecnologia cold gas (azoto freddo) http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2013-3854, che e' la stessa utilizzata su GAIA.

Ritornando in topic, leggendo questo articolo http://www.adastrarocket.com/Jared_IEPC11-154.pdf sembra che l'obiettivo sia solo di testare il motore senza alcuna idea di utilizzarlo per il boost della ISS. Se un giorno si decidesse di utilizzare il VASIMR per effettuare un boost della stazione spaziale, da quel che avete scritto finora, sembra che, dati i tempi lunghi necessari per ottenere il deltaV necessario, la soluzione migliore sia di avere un sistema drag-free, ovvero un motore sempre accesso che al limiti disturbi quanto la resistenza atmosferica.
Secondo me, ipotizzando di avere sufficiente potenza a bordo, non sarebbe una cattiva idea :)
Non puo' peggiorare la qualita' degli esperimenti a bordo rispetto alla resistenza atmosferica, perche' l'accelerazione residua sarebbe inferiore a quella indotta dall'atmosfera. Tra l'altro immagino che la resistenza abbia un effetto esponenziale sul decadimento dell'orbita, quindi fornendo una spinta continua probabilmente il deltaV totale annuale sarebbe inferiore a quello di un boost al mese.
Qui pero' mi vengono due domande:
1) La resistenza ha direzione opposta alla velocita', quindi conoscendo l'orientamento della ISS rispetto alla sua velocita' orbitale si potrebbe installare il VASIMR in modo tale da controbilanciare la resistenza. Le accelerazioni spurie sarebbero nell'ordini del seno dell'angolo tra resistenza e spinta. La domanda e': la ISS ha sempre lo stesso orientamento rispetto alla velocita' orbitale? Ovvero: la poppa e la prua son sempre le stesse? Nel caso cosi' non fosse si dovrebbero installare piu' motori a seconda dei possibili orientamenti.
2) Il disallineamento del vettore di spinta rispetto al centro di gravita' genererebbe dei momenti che andrebbero compensati dalle ruote di inerzia, come tutti i momenti di disturbo che agiscono gia' sulla ISS, compreso quello atmosferico. Domanda OT: il momento angolare accumulate dalle ruote di inerzia della ISS come viene scaricato?

Un problema di utilizzare questo sistema sarebbe la misura delle accelerazioni. Occorrerebbe considerare un tempo di campionamento delle misure "lungo" per avere una misura media delle accelerazioni subite dalla ISS ed filtrare vibrazioni interne (equipaggio e strumenti), pero' mi sa che hanno dei drift molto accentuati questi strumenti.

Offline DDD

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #45 il: Ven 28/08/2015, 17:33 »
L'orientamento per il 90% del tempo è quello con il lato americano in avanti, poi può cambiare durante una dam, un rebost od un docking, credo anche che cambi a seconda del beta angle

Offline manoweb

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #46 il: Ven 28/08/2015, 19:41 »
DDD certo ma sei sicuro che la componente drag sia sempre perfettamente normale a quella del movimento? Qui si parla di forze talmente piccole che occorre una precisione molto elevata.

Micene, parli di femtoN, ma tieni conto che un astronauta che si muove dentro la ISS (e per definizione lo fa "spingendosi" alle maniglie) applica forze di decine di N... non saprei se tutto questo discorso ha senso

Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #47 il: Ven 28/08/2015, 19:46 »
Il problema è sempre lo stesso: dove li prendi sulla ISS 100 kW per 24 ore? Spegni tutta la stazione per dare potenza a un thruster?
Magari si tratta di un motore modulabile, non ON-OFF; allora potresti pensare di fornirgli 10kW per 240 ore, e lui ti potrebbe fornire 0,5N di spinta.. o di modularlo in modo da eliminare esattamente il debris? Sarebbe ottimo.
<ISAA n°119> | È vero, ho scalato montagne e ho camminato in luoghi remoti. Ma come avrei potuto vedervi se non da una grande altitudine o da una grande distanza? In verità, come si può essere vicini se non si conosce la lontananza? (Khalil Gibran)

Offline DDD

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Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #48 il: Ven 28/08/2015, 20:25 »
DDD certo ma sei sicuro che la componente drag sia sempre perfettamente normale a quella del movimento? Qui si parla di forze talmente piccole che occorre una precisione molto elevata.

Micene, parli di femtoN, ma tieni conto che un astronauta che si muove dentro la ISS (e per definizione lo fa "spingendosi" alle maniglie) applica forze di decine di N... non saprei se tutto questo discorso ha senso
Forse mi sono spiegato male, ho detto che quasi sempre la stazione volge il lato americano nella direzione del moto, non che il drag è sempre opposto al vettore di velocità

Re:VASIMR verso lo step 5
« Risposta #49 il: Ven 28/08/2015, 22:02 »
Ma voi dite che è possibile misurare a bordo con precisione e real time i piccoli valori di decelerazione dovuti al drag atmosferico? Nei casi generici credo sia valutato attraverso problemi di determinazione orbitale da terra, in cui sostanzialmente a partire da varie osservazioni radio in luoghi e tempi diversi si ricavano con grandissima precisione posizione, velocità, parametri orbitali etc ed altre grandezze incognite come ad esempio stima della perturbazione atmosferica. Con tale tipo di "misurazione" non credo si potrebbe avere un adattamento real time del motore nei confronti del (non costante) drag atmosferico...