La Stazione Spaziale Internazionale è una struttura complessa con una distribuzione delle masse in continua evoluzione, sia per l’aggiunta di nuovi componenti, sia per le attività ordinarie degli astronauti che spostano masse minori (rack, attrezzature, rifornimenti, rifiuti, ecc.) da una sezione all’altra.
Come viene determinato il centro di massa di un sistema così complesso? Con quanta accuratezza è necessario conoscerlo per la corretta esecuzione di manovre come i reboost, gli agganci di altri veicoli, le variazioni di assetto, ecc.?
Credo che ogni componente maggio re abbia accelerometri e giroscopi i quali dovrebbero indicare il movimento del componente stesso e quindi e’ possibile determinare tutti i vari momenti dell’intero sistema. Quello che mi risulta difficile da credere e’ che non sia necessario fare un modello multi-corpo con giunture flessibili. La massa e’ notevole e la struttura esile.
Per la domanda sul come viene determinato molto probabilmente è tutto simulato virtualmente conoscendo le varie distribuzioni delle masse sulla ISS, per l’accuratezza invece il discorso è un po’ più complesso anche se decisamente interessante a mio parere.
Il fattore limitante o che comunque richiede dei valori minimi sull’ambiente fisico sono gli esperimenti e in particolare quelli che richiedono un monitoraggio stretto dei valori di accelerazione e di microgravità a bordo.
Ci sono due categorie di “problemi” che affliggono l’ambiente di lavoro sotto questo aspetto, le “quasi-steady accelerations” e le “vibratory accelerations”.
Nelle prime, che sono quelle che ci interessano per un discorso sulle masse, rientrano tutte quelle micro-accelerazioni con variazione molto lenta in modulo e in direzione, per chi ama i numeri sono generalmente considerate in questa categoria quelle variazioni con periodo maggiore di 100sec (< 0,01Hz) per almeno il 95% di un’orbita.
L’intensità è generalmente dell’ordine di grandezza di 1 microG.
Le cause sono nella resistenza atmosferica e, per quello che ci interessa, nella distribuzione delle masse sulla ISS, che tanto più distano dal centro di massa della stazione tanto più risentiranno di questi disturbi, visto che l’unico punto che seguirà l’orbita “perfetta” è appunto il centro di gravità mentre gli altri si sposteranno e subiranno piccole accelerazioni essendo vincolati alla ISS alterando leggermente la loro orbita.
Sono quindi questi i fattori che rispondono a “quanto deve essere accurata la conoscenza della distribuzione delle masse sulla ISS”, ovvero quanto basta per rientrare nei parametri stabiliti.
In particolare esistono dei parametri ben definiti da rispettare che sono stati concordati fra i vari partner internazionali, il principale è che durante un “Microgravity mode” (una delle modalità di gestione dell’assetto della ISS insieme a Standard, Reboost, Survival, Proximity Operations, Assured Safe Crew Return e External Operations Mode) almeno il 50% dei rack nei laboratori Destiny, Columbus e Kibo devono avere accelerazioni “quasi-steady” minori di 1 microG per periodi continuativi di almeno 30 giorni in 6 occasioni all’anno.
Esistono molti sistemi di simulazione per mantenere questi parametri, vengono definiti Design Analisis Cycle e rispecchiano la sequenza di assemblaggio prevista per la ISS e ogni volta che un componente viene aggiunto o spostato questa simulazione deve essere re-iniziata per poter avere i parametri di controllo corretti. Nella simulazione vengono inseriti i livelli di resistenza atmosferica, la distribuzione delle masse, i gradienti gravitazionali e le previsioni di vibrazioni.
In allegato un diagramma di previsione di variazioni gravitazionali nelle varie parti della ISS.
In particolare i dati rilevati dal MAMS (Microgravity Acceleration Measurement System) vengono resi disponibili dal PIMS (Investigators Microgravity Services) ai vari responsabili degli esperimenti scientifici a bordo per monitorare in tempo reale le micro accelerazioni a bordo. http://pims.grc.nasa.gov/pims_iss_index.html
(su sito è possibile controllare in near real-time, questi dati)
Non so se ho risposto a tutto tutto, questo è quello che ho trovato… :?
I due diagrammi che hai postato sono basati sul disegno AutoCad 3D della ISS che ho realizzato nel 2005 per conto dell’ESA per il suo “European Users Guide to Low Gravity Platforms”, tra l’altro reperibile qui:
Interessantissima domanda ed altrettanto risposta!!
Quindi da questo si deduce che la zona con i minori disturbi di accelerazione sono proprio i laboratori USA, ESA e Giapponese ? Ma allora i futuri moduli (se vi saranno) russi sono piazzati in una zona peggiore?
In questa ipotetica configurazione si, ma aggiungendo laboratori dal lato russo il baricentro si sposterebbe di conseguenza e probabilmente gli effetti potrebbero alleviarsi da una parte e aumentare dall’altra.
(quella dell’immagine era anche una configurazione con SPP e CAM ancora presenti, quindi non so ora quanto sia variata già di suo)
Ma allora i futuri moduli (se vi saranno) russi sono piazzati in una zona peggiore?