Tempo fa, preparai un grafico per confrontare l’entità dei reboost della Tiangong-2 e dell’ISS:
Sicuramente saltano all’occhio i massicci reboost della stazione cinese, ma si vede bene anche l’avvicinarsi delle due quote.
Sappiamo bene che una stazione interseca l’orbita dell’altra in 2 punti per 15 volte ogni santo giorno. Allora ho trovato a tentativi (usando i TLE) la distanza minima tra le due stazioni nel corso di quest’anno. Mi viene fuori la preoccupante distanza minima di 12,2 km raggiunta il 27/09/2017 alle 17:29:36 UTC.
Il seguente grafico mostra il percorso a terra delle due stazioni e il raggio vettore che avevano in ogni punto:
Il tracciato inizia 5 minuti prima dell’istante di minima distanza e termina 5 minuti dopo; i puntini sono disegnati ogni 10 s.
Si nota che andando verso destra (verso est), la differenza tra i due raggi vettori continuava a diminuire e niente poteva impedire che l’incontro avesse avuto luogo più a est.
Siccome la velocità relativa tra i due oggetti non è proprio da ridere (in quell’occasione è stata di 10,64 km/s), mi chiedevo se qualcuno sa se esiste una sorta di protocollo d’intesa che obblighi il mantenimento dei margini di sicurezza.
E’ lecito che i cinesi vogliano alzare la quota della loro stazione, ma è anche lecito che gli astronauti non vogliano morire sbriciolati a seguito di un’eventuale collisione!
Dubito fortemente che le due Stazioni siano mai passate così vicine. 12 km a 10 km/s significa che si sono mancate per poco più di un secondo. Ritengo assolutamente impensabile un rischio del genere.
Non si sono mancate per 1 secondo; sono passate a 12 km di distanza, nel senso che dall’andamento del raggio vettore si vede che non avrebbero potuto collidere in alcun modo.
Se il punto di minima distanza fosse stato più a est, la distanza minima sarebbe stata ancora più piccola, ma anche in quel caso, una collisione sarebbe stata impossibile.
Però se i cinesi continuano ad innalzare l’orbita di un’altra decina di chilometri, la collisione diventa possibilissima. Per questo mi chiedevo se esiste un accordo per il mantenimento di una distanza tra le orbite (MOID) che non sia inferiore ad un certo valore.
Preciso che l’età dei TLE usati per il calcolo è di appena qualche ora, per cui un errore superiore ad 1 km è pressoché impossibile; quindi se non erano 12 km, saranno stati 14 km, ma non si più.
Mi sembra improbabile che siano davvero arrivate così vicino…
Quando prevedono un passaggio di un detrito entro i 20 km di distanza, se possibile fanno una DAM, e se non è possibile mandano gli astronauti nella Soyuz.
Sinceramente non so se hanno un protocollo diverso per i veicoli ancora “vivi”, ma mi sembra improbabile che permettano a qualcosa di arrivare così vicino. Se avessero previsto un passaggio così ravvicinato avrebbero fatto una manovra…
Ho trovato vari documenti che possono interessare, ma il più aggiornato e attendibile credo che sia questo:
dal punto dove c’è “USSTRATCOM”.
Parla di detriti, ma presumo che sia applicabile a qualunque oggetto che violi la “scatola della pizza”.
In pratica, il passaggio a 12 km che ottengo io nemmeno lo prendono in considerazione. Sinceramente non pensavo ad una distanza di sicurezza di appena 2 km in senso radiale!
Riassumo ciò che ho capito io (se qualcuno conferma o corregge mi fa cosa gradita).
USSTRATCOM esegue 3 volte al giorno una selezione degli oggetti presenti nel suo catalogo che possono generare una violazione della zona di sicurezza. In caso di possibile violazione, USSTRATCOM la comunica a TOPO.
TOPO effettua una simulazione di Monte Carlo per calcolare la probabilità che l’oggetto entri all’interno della zona di sicurezza (l’utilizzo della simulazione di Monte Carlo si evince leggendo altri documenti più tecnici, ma più datati).
Se la probabilità d’ingresso nella zona di sicurezza supera 1/10000, l’ISS deve eseguire una manovra evasiva, a meno che tale manovra non porti un rischio maggiore del non manovrare.
Questo non lo ricordavo, ma ha senso, perché l’inaccuratezza della propagazione dell’orbita è principalmente lungo il vettore velocità (della stazione e del detrito).
La quota dell’orbita varia di poco nel giro di un paio di giorni (la durata della propagazione)
Non ho le flight rules con me (mi serve il computer del lavoro), comunque quello che hai scritto è corretto.
La possibile collisione viene segnalata da TOPO e rivista varie volte nel tempo, man mano che arrivano le nuove misure da stratcom, aggiornando il rischio di collisione (verde, giallo o rosso). Molto spesso i passaggi vengono degradati man mano che ci si avvicina all’evento e le previsioni orbitali diventano più precise, e non c’è bisogno di fare niente.
Se c’era una manovra già pianificata nei prossimi giorni (ad esempio un reboost o un aggiustamento per un rendez-vouz), può anche capitare che decidano di fare la DAM senza pensarci troppo, che va a sostituire la manovra pianificata.
Leggevo in documenti degli anni '90 (un esempio, riferito però alle finestre di lancio: http://iaassconference2013.space-safety.org/wp-content/uploads/sites/26/2013/06/1420_Schultz.pdf )
che venivano prese in considerazione la distanza radiale ai nodi e la distanza angolare “in-track” (l’argomento della latitudine).
Poi leggo al paragrafo 4 di una proposta probabilistica, in alcuni punti simile alla procedura che si legge nel link del mio precedente messaggio.
Per caso sai o puoi verificare se queste vecchie procedure sono applicate?
Non conosco in sufficiente dettaglio le procedure di TOPO e non ho più accesso alle librerie di NASA. Ho salvato “in locale” le flight rules perché mi servivano, ma bisogna aspettare il 7 gennaio perché torni in ufficio [emoji6]
Quello che sto pensando è che comunque abbiano un approccio diverso per i detriti rispetto ai satelliti, perché i secondi vengono tenuti sotto controllo dai responsabili di quelle missioni entro certe control box prestabilite e quindi ne si prevede l’orbita in maniera molto accurata, mentre i “detriti” sono alla deriva e quindi in balia delle perturbazioni e difficili da prevedere.
La proposta della COLA box per gli stadi dei lanciatori potrebbe avere senso, ma dubito che siano riusciti a imporre questi vincoli alle altre nazioni…
Nel frattempo, visto che trovo la vicinanza tra le due stazioni davvero interessante, ho scritto via Facebook a qualche amico/a di NASA per chiedere se ne sanno qualcosa (e se possono condividere l’informazione pubblicamente). Stay tuned
Beh sì, però essendo tutto “in casa” è molto più semplice mettersi d’accordo
Riguardo all’articolo, non sono molto d’accordo sulla lista delle “coincidenze”:
n2: se le orbite sono piuttosto vicine, considerando 15 orbite al giorno, statisticamente mi sembra abbastanza probabile che entro 1 mese (500 orbite) ci sia un passaggio ravvicinato
n3: se la safety box è di 4 km e loro sono passati a 6 +/- 2, significa che hanno manovrato giusto quel che basta per evitare di entrarci. Considerando che il propellente è limitato e che in LEO l’orbita decade velocemente, non vedo perché avrebbero dovuto consumare più propellente del necessario
L’articolo parla di mettere a rischio le vite degli astronauti (non solo NASA ma anche di altre agenzie), ma in realtà 4 km di distanza per un satellite controllato non sono pochi; una volta fatto un ranging si conosce la posizione del proprio satellite con una precisione di pochi metri. È per questo che credo che abbiano un approccio diverso per gli “incontri ravvicinati” con satelliti controllati rispetto a quelli con i detriti…
n4: non vedo niente di strano nel ritardo di Dragon (ormai ci siamo abituati )
n5: e non vedo niente di strano nel fatto che abbiano anticipato l’undocking di Cygnus perché si è liberato del crew time per via del ritardo di Dragon. Sono cose che capitano normalmente
n7: non si capisce quale sarebbe stata la funzione di Fischer dentro la ISS, riguardo a un satellite di osservazione che passava fuori dalla stazione a 4 km di distanza
Insomma, tutta la montatura teorica mi sembra un po’ forzata…
Loro informazioni sarebbero molto utili, anche considerando il fatto che nel link di Amoroso si legge di una “safety box” ancora diversa rispetto a tutte le altre che ho trovato (4 x 4 x 10 km). Comunque, visto l’autore del link, credo che vada presa per buona ogni frase che ha scritto.
In quella pagina si vedono varie animazioni e grafici, ma non sembra disponibile alcun dato utile per ricostruire l’orbita; forse, data la natura del satellite, non hanno potuto pubblicare niente. Peccato.
Probabilmente, procedura e soglie di probabilità per l’intervento sono le stesse per satelliti, detriti e altre stazioni spaziali, mentre ciò che varia è la dimensione della zona di sicurezza (sto solo ipotizzando).
Per prova (principalmente per verificare l’accuratezza dei TLE), ho calcolato l’incontro (o scontro) tra l’Iridium 33 e il Cosmos 2251 avvenuto a febbraio del 2009: http://celestrak.com/events/collision/ .
I due TLE utilizzati dànno una distanza minima di 698 m e una velocità relativa pari 11647 m/s per l’istante 2009-02-10 16:55:59.796, con precisione migliore di 1 ms. La distanza radiale è di appena 32 m.
Il grafico mostra la traiettoria dei due satelliti:
!(http://cristianopi.altervista.org/Incontro_ I33-C2251.png)
Ogni puntino indica la posizione in uno stesso istante e sono disegnati ogni 20 s (ho lasciato 1 puntino dopo l’incontro).
La riga verticale tratteggiata mostra l’istante dell’impatto ed evidenzia la piccola differenza dei due raggi vettore calcolati con i TLE (appunto 32 m).
Nel dettaglio si vedono i due dischetti che indicano il punto di minima distanza e i puntini sono disegnati ogni 50 ms.
Considerando che l’età dei TLE è di 22,1 ore per l’Iridium e di 29 ore per il Cosmos, direi che il risultato è particolarmente buono, perché l’incertezza normalmente attribuita alla posizione ottenuta da TLE vecchi di 1 giorno è circa +/- 2 km. Inoltre, il risultato è in buon accordo con quello del programma SOCRATES di cui si parla nella pagina di celestrak.com.
Ti ringrazio. Effettivamente interessa molto anche a me!
Ritornando all’incontro Tiangong-2 / ISS, ho fatto qualche prova d’applicazione della procedura della NASA per il calcolo del rischio di collisione.
Se si evita di scendere troppo nel dettaglio, la procedura è semplice:
calcolare lo stato (posizione e velocità) del “corpo pericoloso” (la Tiangong-2, nel nostro caso) per l’epoca del TLE usato per il calcolo della distanza minima;
traslare il corpo in un punto casuale all’interno della sfera d’incertezza sulla posizione;
propagare il nuovo stato fino ad arrivare alla distanza minima con l’ISS;
se il corpo viola la zona di sicurezza dell’ISS, incrementare il contatore V delle violazioni;
ripetere la procedura dal punto 2 per un numero prefissato N di volte (es. 100000 volte);
calcolare la probabilità di violazione della zona di sicurezza come V / N.
Applicando la procedura all’incontro del 27 settembre (uso N= 100000), ottengo una distanza minima di 12,009 km e una distanza radiale minima di 11,48 km, quindi non poteva esserci alcuna possibilità significativa di violazione della zona di sicurezza.
Però, può essere interessante capire quanto l’ISS debba temere un innalzamento di quota della Tiangong-2.
Se il TLE avesse dato per la stazione cinese una quota 8,9 km più alta di quella che aveva in quella data (a seguito di un reboost), ci si poteva ritrovare nella situazione di avere le due stazioni ad appena 2,2 km di distanza. Incontro da brivido che però non avrebbe comportato la violazione della zona di sicurezza, perché la distanza radiale sarebbe stata di 2,05 km. In termini statistici, con la Tiangong-2 a quella quota, risulta che la probabilità di un passaggio a distanze comprese tra 2,2 km e 2,8 km sarebbe stata pari a circa 0,7/0,8%.
La violazione sarebbe, invece, scattata se il TLE avesse dato la stazione cinese appena 60 m ancora più in alto (8,96 km più in alto dell’effettiva quota che la Tiangong-2 aveva in quella data). Per tale scenario, la simulazione di Monte Carlo arriva a più di 140 violazioni della zona di sicurezza su 100000 casi, superando ampiamente, quindi, anche la soglia rossa (probabilità di 1/10000).
Per ora niente di nuovo dai miei contatti, se non la conferma che il limite che fa scattare i warning è +/- 25km lungo il vettore velocità, +/- 2 km lungo l’asse radiale e +/- 25 km nella terza direzione (fuori dal piano orbitale).
E tanto scetticismo sul fatto che ci siano degli accordi con i Cinesi. Sarebbe bello capire chi paga il propellente in caso di manovra evasiva
Un altro satellite che sta vicino alla ISS è Global Precipitation Measurement (GPM), che a quanto pare ha fatto una manovra nel 2017 per allontanarsi un po’. Se ne trovi i TLE puoi provare a fare qualche calcolo in proposito.
Per il resto, vediamo se riusciamo ad avere più info da un TOPO [emoji6]
Ottimo! Almeno abbiamo avuto la conferma ufficiale. Grazie!
Una manovra, dici? E’ uno stillicidio! Viola in continuazione lo spazio dell’ISS. Ma hanno un motivo particolare per tenerle attaccato quel satellite? GPM ha bisogno di comunicare con l’ISS?
Avere la procedura dettagliata da un TOPO sarebbe il massimo!
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