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Atomi, orologi e satelliti

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Offline astronautinews

Atomi, orologi e satelliti
« il: Gio 31/05/2018, 18:00 »
Atomi, orologi e satelliti

I satelliti e il tempo La storia della navigazione è intrecciata, da sempre, con la storia degli orologi. Allo stesso modo, la storia dell’esplorazione e  navigazione spaziale è legata allo sviluppo di orologi in grado...
Articolo completo: Atomi, orologi e satelliti
 
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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #1 il: Gio 31/05/2018, 18:20 »
Un grande ringraziamento a Marco per questo dettagliato articolo.
 

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #2 il: Gio 31/05/2018, 18:36 »
Mi sia consentito di brindare  :beer: allo "spiegone" di IK1ODO (nella speranza che sia il primo di una lunga serie!)
Complimenti, Zio!
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Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #3 il: Gio 31/05/2018, 18:45 »
Grazie Paolo e Roberto. Spero che vi piaccia... il primo orologio atomico è entrato in casa mia nel 1985. E' un rubidio Sperry del 1967, serial number 002, e funziona ancora :) dopo amorose cure!
A parte le storie personali, la determinazione del tempo è un argomento affascinante. Credo che possa servire a capire quanto lavoro di ricerca di base esista dietro cose che la gente dà per scontate, come navigare col telefonino o fare una transazione bancaria.
"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
 
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Online albyz85

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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #4 il: Gio 31/05/2018, 19:50 »
Grande articolo Marco!
Un benvenuto pubblico ufficiale da parte mia per essere entrato nella squadra con questi fantastici contributi!
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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #5 il: Gio 31/05/2018, 20:27 »
Unisco il mio apprezzamento per l'articolo, che coniuga capacità di sintesi con chiarezza dell'esposizione, due doti non facilmente riscobtrabili, quantomeno in contemporanea.
Grazie !
 

Offline Mike65

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #6 il: Ven 01/06/2018, 00:26 »
Bell'articolo! Molto chiaro ed esaustivo. Complimenti!

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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #7 il: Ven 01/06/2018, 09:34 »
Bell'articolo, adesso ci ho capito qualcosa in più....credo.
In pratica, nota la frequenza che porta a eccitazione un dato elemento chimico, si mantiene in frequenza l'eccitatore con verifiche continue dello stato dell'elemento. Dalla frequenza nota e ora sicura, si estrae il "tempo".


Corretto?
 

Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #8 il: Ven 01/06/2018, 10:00 »
Esatto!

L'unica eccezione, che non ho spiegato, è il maser a idrogeno. Lì è proprio l'atomo di idrogeno neutro che viene stimolato a emettere un segnale a 1420,405 MHz, proprio quello della "riga" dell'idrogeno osservata in radioastronomia. Diciamo, semplicisticamente, che basta scindere molecole di H2, mandare i singoli atomi in una bottiglia vuota che risuoni a 1420,405 MHz, raccogliere il segnale emesso dagli atomi di idrogeno e dividere la frequenza, e si ottiene il campione.
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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #9 il: Ven 01/06/2018, 17:42 »
Wow! Non ho capito i dettagli perché mi mancano le basi, ma lo stile mi piace tantissimo.
E mi chiedo: a bordo delle Voyager o comunque di sonde molto lontane da Terra, come si calcola? Prendendo sempre come riferimento l'UTC terrestre immagino... Un po' come quando in Star Trek traducono la data astrale con il tempo terrestre  :grin:
 

Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #10 il: Ven 01/06/2018, 18:40 »
Veronica, devi tirare in ballo la relatività. Ma anche sulla Terra è un gran casino... ogni orologio accelera secondo la quota a cui si trova, e rallenta per la velocità tangenziale della Terra in quel punto, secondo la relatività generale. Per cui il tempo standard è definito a livello del mare, e poi ogni orologio è corretto per gli errori relativistici. Lo stesso dicasi per i satelliti di navigazione. Le sonde hanno un loro clock, che batte secondo l'UTC, ma siccome il concetto di relatività non esiste, ogni orologio va per proprio conto secondo la propria linea di universo, e bisogna tenerne conto. Con Newton la cosa era tanto più facile!
Gli ultimi campioni ottici sono così stabili da poter vedere una differenza di quota di pochi cm (parlo sempre di correzioni relativistiche in funzione del campo gravitazionale terrestre); si sta cominciando a pensare di usarli per fare rilievi geodetici.
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Offline sinucep

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #11 il: Ven 01/06/2018, 19:43 »
Bellissimo articolo, grazie Marco!
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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #12 il: Ven 01/06/2018, 19:47 »
Veronica, devi tirare in ballo la relatività. Ma anche sulla Terra è un gran casino... ogni orologio accelera secondo la quota a cui si trova, e rallenta per la velocità tangenziale della Terra in quel punto, secondo la relatività generale.
Gli orologi al rubidio a bordo di Gaia sono così sensibili che riusciamo a misurare la differenza di tempo tra i due orologi, uno sulla Terra e l'altro sul satellite, che divergono sempre più via via che la missione prosegue, proprio per la posizione differente nel "pozzo gravitazionale" del Sole.
Questo ha implicazioni pratiche nelle operazioni: se desideriamo che Gaia esegua un comando alle ore X UTC, allora dobbiamo caricarlo a bordo tenendo conto anche del delta relativistico.
I dati che vengono "timestampati" a bordo vengono tradotti in UTC tenendo conto dello stesso fattore.
Insomma, la cosiddetta "time correlation" tra i due orologi (Terra e Gaia) è fondamentale visto il livello di precisione richiesto nel contrassegno temporale dei dati scientifici raccolti.
Marco Zambianchi
ForumAstronautico Founder
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Online albyz85

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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #13 il: Ven 01/06/2018, 22:50 »
I dati che vengono "timestampati" a bordo vengono tradotti in UTC tenendo conto dello stesso fattore.
Insomma, la cosiddetta "time correlation" tra i due orologi (Terra e Gaia) è fondamentale visto il livello di precisione richiesto nel contrassegno temporale dei dati scientifici raccolti.

Marco, giusto per avere un'idea, a questo punto della missione di che ordine di grandezza si sta parlando per il delta? millisecondi? secondi?
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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #14 il: Sab 02/06/2018, 10:10 »
Marco, dimmi se ho capito bene il discorso della correzione del tempo. Invio il segnale alla sonda all'istante t sapendo che arriverà a bordo a t+k ( k definito come il tempo per percorrere la distanza alla velocità della luce). Ma non basta, devo introdurre un fattore correttivo in piú per il fatto che il tempo scorre a diverse "velocità".Giusto?

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Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #15 il: Sab 02/06/2018, 10:30 »
Penso di sì. Anzitutto, le due stazioni si muovono reciprocamente, come minimo a causa della rotazione terrestre, e poi del movimento orbitale del satellite. La velocità relativa si può misurare dallo spostamento doppler di un segnale ricevuto e ritrasmesso (ecco perchè ci sono i transponders con rapporto fisso tra frequenza di ingresso e uscita, coherent mode). A questo punto invii da una delle stazioni un marcatempo, più la correzione per la distanza; e l'altra stazione può sincronizzarsi. Alla fine penso che quello che conta è conoscere il tempo di un evento a bordo, e fare un correzione precisa per ricondurlo alla scala temporale a terra. Ma credo che Marcozambi potrà essere più preciso :)
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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #16 il: Dom 03/06/2018, 02:18 »
Marco, nell'articolo dici che ci sono orologi sperimentali ad itterbio, che diminuiranno lo scarto di un fattore 10. Quindi in futuro potremmo avere navigatori satellitari con un errore di posizionamento sui 40 cm, visto che ora siamo intorno ai 4 metri?  :surprise:
 

Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #17 il: Dom 03/06/2018, 09:55 »
Gli errori dei sistemi di navigazione non dipendono solo dallo scarto degli orologi, ma da un sacco di altri parametri. Mi sa che fare un prossimo approfondimento sulle tecnologie di navigazione potrebbe essere una buona idea... eh?
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Offline sinucep

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #18 il: Dom 03/06/2018, 11:43 »
la trovo un ottima idea!
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Offline Salvo70

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #19 il: Dom 03/06/2018, 15:23 »
Ottimo articolo, e grazie per le ottime spiegazioni.



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Offline Salvo70

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #20 il: Lun 04/06/2018, 07:59 »
Marco una domanda.
Se io lanciassi una ipotetica sonda verso Marte, Giove o oltre con a bordo un semplice orologio al quarzo per sincronizzare il tempo,
L’errore del mio orologio quanto influisce sulla precisione dell’orbita?
Cioè l’errore è tale da far incrociare le orbite prima o dopo il passaggio del pianeta dal punto previsto o addirittura di mancarla e andare alla deriva, o come hai detto sopra bisogna mettere in conto altri fattori oltre la precisione dell’orologio?


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Tessera n° 223
 

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #21 il: Lun 04/06/2018, 08:10 »
Gli errori dei sistemi di navigazione non dipendono solo dallo scarto degli orologi, ma da un sacco di altri parametri. Mi sa che fare un prossimo approfondimento sulle tecnologie di navigazione potrebbe essere una buona idea... eh?
Ma veramente non so cosa aspetti!   :stuck_out_tongue_winking_eye:  :stuck_out_tongue_winking_eye:   :P :P


Anche perché se non ricordo male dovresti avere un "nipote" che può darti delle dritte   :ok_hand:
 

Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #22 il: Lun 04/06/2018, 09:18 »
Salvo, l'USO di bordo deriva probabilmente di qualche parte in 10^9, ovvero qualche secondo in trent'anni. Andrebbe bene così, anche senza correzioni.
In ditta ho un oscillatore a quarzo di alta qualità, con doppio termostato, che è agganciato al GPS per darmi la frequenza precisa di 10 MHz che ci serve in laboratorio per le tarature. Il software stima l'errore di tempo che avrei se venisse a mancare il segnale GPS, ed è tipicamente di 1 microsecondo al giorno o meno, quindi 3 millisecondi in 10 anni. Su un satellite le condizioni sono peggiori, ci sono i raggi cosmici che inducono danni nel reticolo cristallino del quarzo e lo fanno cambiare di frequenza, ma se anche l'errore fosse 1000 volte superiore sarebbero 3 secondi in 10 anni.

Biduum, vabbè... messo in coda!
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Offline Salvo70

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #23 il: Lun 04/06/2018, 09:31 »
Grazie per la delucidazione.


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Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #24 il: Lun 04/06/2018, 13:19 »
Letto un po' a razzo nei giorni scorsi, riletto ora: davvero complimenti, è esauriente  e chiaro. Ma..non ti salvi zio! Si aprono infiniti argomenti correlati..e siamo tutti assetati di conoscenza!
 

Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #25 il: Lun 04/06/2018, 14:06 »
Eh, lo so. Inizio a preparare un pò di teoria di GPS e associati. Se penso che il primo paper sul GPS l'ho letto nel 1982... uuuuhhhh.... :D
Il problema è che spiegare la modulazione a spettro allargato a sequenza diretta (DS-Spread Spectrum) 'un è miha banale, come direbbe Isa.
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Offline isapinza

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #26 il: Lun 04/06/2018, 14:38 »
---> Se quello che dico può essere interpretato in due modi ed uno dei due ti fa arrabbiare...intendevo il terzo *grin*
 

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #27 il: Mar 05/06/2018, 12:18 »
lo devi solo tradurre
Posso dare una mano. ;)
 

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #28 il: Mar 05/06/2018, 14:19 »
Eh, lo so. Inizio a preparare un pò di teoria di GPS e associati. Se penso che il primo paper sul GPS l'ho letto nel 1982... uuuuhhhh.... :D
Il problema è che spiegare la modulazione a spettro allargato a sequenza diretta (DS-Spread Spectrum) 'un è miha banale, come direbbe Isa.

Oh, boy, come lo so bene.
Usiamo (Galileo) DSSS non solo per il payload, ma anche per le comunicazioni TTC normali per la gestione della piattaforma. Spiegare DSSS ai colleghi nuovi arrivati è sempre una sofferenza (se non sono ingegneri delle telecomunicazioni).
Da un lato: operativamente non serve capire la cosa dal punto di vista della teoria dei segnali, ma solo le conseguenze sulle operazioni (nel mio lavoro, almeno).
Dall'altro, se si capisce il concetto, le conseguenze operative non sono da "sapere", ma sono conseguenza naturale dello stato delle cose.

Sono due AstronautiCON che mi dico di fare un piccolo talk sui GNSS (per cui il mio lavoro non mi rende la vita più facile. Mi sono solo occupato fino ad oggi delle ground operations per la gestione della costellazione Galileo, che non è dissimile da gestire qualsiasi altro gruppo di satelliti. Payload e messaggi di navigazione sono competenza di altri ingegneri).
Ho accumulato materiale, e non ho mai avuto il coraggio di cominciare a preparare le conferenza, perché mi sono reso conto che vi ripeterei solo cose che ho imparato pochi giorni prima :)

...e dopo l'articolo dello Zio, non reggerei il confronto. Quindi aspetto la sua conferenza :P
Michael
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Online IK1ODO

Re:Atomi, orologi e satelliti
« Risposta #29 il: Mar 05/06/2018, 15:29 »
Sì, ma io volerò basso, mica in HEO! :D comunque ci sto lavorando, qualcosa uscirà. Phoenix, il problema è spiegare facendosi capire dai non addetti (o almeno provarci), mica tradurre wiki. E poi, come giustamente dice Mike, la comprensione del tipo di modulazione usato non è essenziale per comprendere il sistema, solo utile. E per ultimo, devo capire se l'ho capito io, non è mica scontato.
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