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Tiangong-1 - Previsione rientro

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Offline CristiaPi

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Tiangong-1 - Previsione rientro
« il: Mer 23/08/2017, 11:38 »
Nella speranza di non tirarmi addosso le ire degli amministratori  :spank:, ho aperto un altro thread sulla Tiangong-1 perché è un argomento diverso da quello dell'altro thread. Se non va bene, mi scuso e so che voi amministratori non avete problemi a fondere due thread.
Qui vorrei postare il risultato principale della simulazione che faccio, cioè una possibile data di rientro.

In questo primo post, inevitabilmente lungo (abbiate pazienza  :zzz:), è necessario spiegare come faccio queste simulazioni.

Concettualmente, evitando i formalismi, è molto semplice; tramite un TLE, calcolo la posizione e la velocità iniziali del satellite (Tiangong-1 nel nostro caso) per l’epoca del TLE. Da questo stato iniziale parto con la simulazione, che consiste nel calcolare l’accelerazione (un vettore tridimensionale) a cui è sottoposto il satellite e da questa, calcolo la nuova velocità e da questa, calcolo la nuova posizione. Il procedimento viene portato avanti a piccoli passi fino all’istante voluto. Io mi fermo quando la quota scende a 80 km, perché al di sotto, prima o poi la Tiangong-1 inizierà a perdere pezzi e il modello matematico che ho scritto non è più valido.

Entrando nel dettaglio, le accelerazioni che considero sono quelle dovute alla Terra simulata come l’ellissoide WGS 84, quindi con il suo schiacciamento e le componenti armoniche gravitazionali fino all’ordine e grado 20 (esageratamente superiore al necessario, ma non costa quasi niente). Poi aggiungo:
•   le perturbazioni dovute a: Sole, Luna e tutti i sistemi planetari escludendo Mercurio;
•   l’accelerazione relativistica;
•   l’accelerazione dovuta all'atmosferica co-rotante con la Terra, simulata con il modello NRLMSISE-00 che tengo aggiornato tramite l’utilizzo di un file dati contenente i valori del flusso solare e dei parametri geomagnetici.

Per mantenere la massima accuratezza, i corpi celesti sono esclusi dall’integrazione e il calcolo della loro posizione e velocità lo faccio leggendo i file del JPL (DE431).

Il modello matematico della Tiangong-1 (affinato grazie all’utilizzo di un gran numero di TLE), presenta comunque lacune in quanto ci sono incertezze significative relative all’assetto (orientamento spaziale degli assi). In particolare, sembra che attualmente la Tiangong-1 stia ruotando intorno all’asse trasversale di circa 6 gradi/giorno ed acceleri di 0,01 gradi/giorno ogni giorno. Purtroppo, senza alcune osservazioni visuali è impossibile conoscere con certezza l’attuale assetto e la velocità di rotazione, per cui bisogna fare a tentativi.

Tutte queste accelerazioni non consentono di avere un’elevata velocità di simulazione, in quanto il passo d’integrazione è molto piccolo (circa 125 s) e la velocità d’integrazione è di circa 6 giorni per ogni secondo di calcolo.

A titolo di curiosità, forse può interessare sapere che l’accelerazione relativistica è costituita (oltre che dalla componente radiale) anche da una piccola accelerazione tangenziale dipendente dalla velocità relativa tra i corpi (sappiamo, invece, che l’accelerazione classica newtoniana è puramente radiale e non dipende dalla velocità). Per avere un’idea, l’accelerazione relativistica che la Terra esercita attualmente sulla Tiangong-1 è pari a circa 1,75*10^-8 m/s2, contro gli 8,85 m/s2 della componente newtoniana. Per confronto, il Sole esercita un’accelerazione relativistica pari a 1,9*10^-10 m/s2 e newtoniana pari a 5,8 mm/s2.

Il risultato che ottengo è il seguente:



Il grafico mostra il fascio delle possibili traiettorie di rientro.
Per ogni TLE che ho scaricato, avvio una simulazione e plotto la traiettoria che ottengo. Si nota l’ampio serpeggiamento dell’orbita e per evitare eccessive escursioni verticali, non riporto la quota, ma il raggio vettore al quale sottraggo il raggio medio terrestre (considerato pari a 6371 km).
Le traiettorie sono colorate in base all’età dei TLE:
età fino a 10 giorni: blu saturo;
età fino a 20 giorni: blu chiaro (appena visibile sotto al blu saturo);
età fino a 30 giorni: blu ancora più chiaro (chiaramente visibile);
età fino a 40 giorni: grigio scuro;
TLE ancora più vecchi: grigio chiaro tratteggiato.

La dispersione della data di rientro, sebbene non eccessivamente grande, è significativa sia per la numerosità dei TLE usati, sia per il fatto di non avere incluso tutte le fonti perturbative (come le accelerazioni mareali), sia per l’incertezza intrinseca della posizione e della velocità ottenute dai TLE.

Offline IK1ODO

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #1 il: Mer 23/08/2017, 14:58 »
Credo che la maggiore incognita sia la densità atmoferica, soggetta all'attività solare. Anche se il Sole va verso il minimo undecennale, le ultime settimane hanno manifestato una certa attività, e questo può aver dilatato l'atmosfera e aumentato il drag
"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein

Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #2 il: Mer 23/08/2017, 16:20 »
Credo che la maggiore incognita sia la densità atmoferica, soggetta all'attività solare.
... e geomagnetica. Sono perfettamente d'accordo; è la cosa più difficile da prevedere.
Al secondo posto credo che ci sia il coefficiente di resistenza, che varia con la composizione atmosferica (come se le cose non fossero già complicate...  :happy:).


Anche se il Sole va verso il minimo undecennale, le ultime settimane hanno manifestato una certa attività, e questo può aver dilatato l'atmosfera e aumentato il drag
Infatti è importante avere sempre dati aggiornati dei parametri che influiscono sul modello.

Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #3 il: Lun 30/10/2017, 10:59 »
Come era facile prevedere, i pennivendoli dei telegiornali hanno iniziato a sparlare del catastrofico rientro della Tiangong-1.
Preferirei ignorarli, ma non riesco ad ignorare la disinformazione che fanno. Chi si fosse perso il TG5 di ieri può godersi la notizia dal tempo 12:49:
http://www.video.mediaset.it/video/tg5/full/edizione-ore-20-00-del-29-ottobre_770305.html
Tra le tante inesattezze e frasi usate per rendere sensazionale la notizia, si può godere anche di esplosioni di detriti, da ottobre 2017 ogni momento è buono per l'impatto, oggi si trova ad appena 60 km... :sad:

Offline DOOOOD

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #4 il: Lun 30/10/2017, 13:24 »
Ma una stima di quanto materiale possa impattare al suolo è fattibile?
« A parità di fattori la spiegazione più semplice è da preferire »

Offline amoroso

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #5 il: Lun 30/10/2017, 14:17 »
La Tiangong-1 ha una massa di circa 8t. Anche ipotizzando che solo metà del veicolo venga distrutta nel rientro sopravviverebbero solo poche t.

Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #6 il: Lun 30/10/2017, 15:08 »
Ma una stima di quanto materiale possa impattare al suolo è fattibile?

Per stimare, si può stimare, ma quanto deve essere precisa la stima?  :happy:

Per ragionare nel modo più oggettivo possibile, tempo fa ho calcolato (tramite simulazione) la massima pressione dinamica (chiamata anche “max-q”) alla quale dovrebbe essere sottoposta la Tiangong-1 durante il rientro.
La simulazione risale a qualche mese fa e nel frattempo il Sole si è dato da fare cambiando la densità atmosferica, per cui nei prossimi giorni ripeterò la simulazione con i dati atmosferici aggiornati.

Dalla simulazione risultavano max-q da 6 a 9 kPa; valori decisamente bassi se confrontati con i quasi 33 kPa che dovrebbe subire un modulo di rientro TMA-M durante un ipotetico rientro balistico (non usato, nella realtà). Altri termini di paragone sono 35 kPa durante il lancio del Saturno V e 28 kPa durante il lancio dello Shuttle.
Tutto ciò lascia ipotizzare un modesto stress termico e strutturale, tanto modesto da lasciarmi qualche dubbio anche sul distacco dei pannelli solari (che si troveranno quasi di taglio rispetto al moto).
Tuttavia credo che buona parte della massa si disintegri durante il rientro, ma ci sono elementi più resistenti come alcuni elementi strutturali e i coni di scarico dei motori che verosimilmente non finiranno distrutti da un rientro così “tranquillo” (si fa per dire…  :happy:).

Ma oltre ai “pezzi di ferro”  :happy: qualcuno ha pensato al propellente? La monometilidrazina (MMH) è tossica e cancerogena e dovrebbe essere ancora presente in quantità preoccupante. Considerando che a bordo ci sono 4 serbatoi da 230 litri ciascuno, suppongo che 2 o 3 di essi siano stati riservati alla MMH e 1 o 2 all’ossidante (tetrossido d’azoto). Quanti quintali di MMH sono ancora presenti?
I serbatoi non devono essere particolarmente robusti (il propellente non è immagazzinato sotto pressione, contrariamente all’ossidante), per cui è probabile che si liquefaranno o che esploderanno (a causa della MMH in ebollizione) liberando la MMH ad alta quota.

In definitiva, se il rientro dovesse avvenire in zone abitate, qualche guaio bello grosso potrebbe pure capitare.

Ho cercato di essere il più oggettivo possibile, ma se qualcuno può precisare, correggere o aggiungere osservazioni, ne sarò felice.

Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #7 il: Lun 30/10/2017, 15:10 »
La Tiangong-1 ha una massa di circa 8t. Anche ipotizzando che solo metà del veicolo venga distrutta nel rientro sopravviverebbero solo poche t.

Vuoi dire che se ci cade addosso "solo" qualche tonnellata di roba non c'è da preoccuparsene?  :happy:

Offline DOOOOD

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #8 il: Lun 30/10/2017, 15:17 »
La Tiangong-1 ha una massa di circa 8t. Anche ipotizzando che solo metà del veicolo venga distrutta nel rientro sopravviverebbero solo poche t.

Vuoi dire che se ci cade addosso "solo" qualche tonnellata di roba non c'è da preoccuparsene?  :happy:

non dimentichiamoci che le maggiori probabilità sono che cada in acqua...e se che così non sarà che cada in un terreno a bassa o nulla densità di popolazione. Comunque grazie per l'analisi!
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Offline korolev

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #9 il: Lun 30/10/2017, 15:43 »
Ma non si può aprire la valvola dei serbatoi e evacuare quei quintali mancanti?

Offline IK1ODO

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #10 il: Lun 30/10/2017, 15:44 »
Ricordo ancora la "telecronaca" del rientro di Fobos-Grunt, qui sul forum, cinque anni fa :) che alla fine ebbe il buonsenso di precipitare nel Pacifico. Vedremo stavolta che succede.
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Offline IK1ODO

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #11 il: Lun 30/10/2017, 15:45 »
Ma non si può aprire la valvola dei serbatoi e evacuare quei quintali mancanti?

korolev, pare che non ci sia più contatto radio da un anno e passa. Si è rotto qualcosa di critico, non trasmette nemmeno la telemetria.
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Offline amoroso

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #12 il: Lun 30/10/2017, 16:13 »
Vuoi dire che se ci cade addosso "solo" qualche tonnellata di roba non c'è da preoccuparsene?  :happy:
No, vuol dire che è una situazione migliore del rientro di una stazione spaziale con una massa paragonabile a quella della MIR or dello Skylab, o anche solo di una Salyut.

Offline sinucep

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #13 il: Lun 30/10/2017, 18:31 »
Ricordo ancora la "telecronaca" del rientro di Fobos-Grunt, qui sul forum, cinque anni fa :) che alla fine ebbe il buonsenso di precipitare nel Pacifico. Vedremo stavolta che succede.
Io invece mi ricordo di aver letto dello Skylab, che precipitò inaspettatamente a est di Perth (ero passato proprio lì in macchina averlo saputo sarei smontato a cercare qualche pezzo, altro che aspettare di vedere delle fantomatiche balene!!). Si pensava ne sarebbe rimasto poco ed invece sono arrivati giù pezzi enormi. Il fatto che avesse resistito così a lungo lo ha fatto precipitare lontano dal punto previsto.
« Ultima modifica: Lun 30/10/2017, 19:53 da sinucep »

Offline dilo

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #14 il: Sab 04/11/2017, 21:02 »
CristiaPi, complimenti per la bellissima simulazione... a quando la versione aggiornata sulla base degli ultimi TLE?
« Ultima modifica: Sab 04/11/2017, 21:05 da dilo »

Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #15 il: Sab 04/11/2017, 22:40 »
Grazie.
Sto tentando di migliorare il modello della Tiangong-1 soprattutto per la fase finale del rientro; dovrei postare l'aggiornamento entro novembre.
La previsione attuale del rientro è anticipata di circa 1 mese rispetto al grafico; il Sole si sta dando parecchio da fare!  :happy:

Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #16 il: Lun 13/11/2017, 11:13 »
Ecco l’aggiornamento che prende in considerazione i TLE e i dati atmosferici più recenti:



Se qualcuno fosse interessato, i dati che uso per il grafico possono essere scaricati da qui (158 kB):
http://cristianopi.altervista.org/Tiangong/_3_RISULTATI_2017-11-12.zip

Rispetto alla simulazione fatta ad agosto, ho leggermente migliorato il modello della Tiangong-1.

La simulazione fatta un mese fa dava una data di rientro intorno a fine febbraio, ma ora si nota che i nuovi TLE (quelli in blu vivido) tendono a spostare nuovamente la data verso metà marzo, anche a causa della minore densità atmosferica dovuta ad un’attività solare decisamente più bassa rispetto a quella che era stata prevista per fine ottobre / inizio novembre.
Il seguente grafico mostra l’andamento degli indici usati dal modello atmosferico per calcolare la densità dell’aria:



la curva verde rappresenta la densità dell’aria alla quota della Tiangong-1.

Offline IK1ODO

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #17 il: Lun 13/11/2017, 11:17 »
Molto interessante. Possiamo aprire il toto-rientro :)
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Offline CristiaPi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #18 il: Lun 13/11/2017, 11:20 »
Grazie.
Sarà legale scommettere qui, pubblicamente sull'istante esatto del rientro?  :happy:

Offline IK1ODO

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #19 il: Lun 13/11/2017, 14:17 »
Assolutamente, purchè la posta in gioco sia che chi vince paga la birra agli altri scommettitori al prossimo Astronauticon... pardon, gli altri gli offrono una birra speciale d'abbazia kazaka con monometilidrazina :mrgreen:
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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #20 il: Lun 13/11/2017, 20:59 »
Da leguleio rispondo che la scommessa lanciata è senz'altro legittima... forse un po' meno il miscuglio proposto come ricompensa da zio IK1ODO !!  :mrgreen:

Online marcozambi

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #21 il: Lun 13/11/2017, 21:56 »
Assolutamente, purchè la posta in gioco sia che chi vince paga la birra agli altri scommettitori al prossimo Astronauticon... pardon, gli altri gli offrono una birra speciale d'abbazia kazaka con monometilidrazina :mrgreen:
A tale proposito, non solo approvo i termini della scommessa, ma ricordo a tutti che e' aperta fino a fine mese la Call for Papers :)
https://www.astronauticon.it
Marco Zambianchi
ForumAstronautico Founder
Presidente Associazione ISAA

Offline IK1ODO

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Re:Tiangong-1 - Previsione rientro
« Risposta #22 il: Lun 13/11/2017, 22:06 »
forse un po' meno il miscuglio proposto come ricompensa da zio IK1ODO !!  :mrgreen:

E' una variante del Gotto Esplosivo Pangalattico. Non avendo il gas delle paludi falliane mettiamo la CH3(NH)NH2.
Marco, credo che a presto ci sarà una submission da Felottina :yes: se già non l'ha fatto
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