GPS e atterraggio dei Booster Starship

Discussioni tecniche
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Nono, certo. Per essere piu’ chiaro nel mio pensiero, intendevo proprio dire che la boa “rappresentava” la chiatta, o rampa di lancio presso cui tornare.

Sarebbe bello sapere se volevano/dovevano avvicinarsi il piu’ possibile alla boa, e quindi vedere quanto precisi erano in grado di essere, o se il punto in cui e’ ammarato era stato volutamente tenuto a una certa distanza per facilitare le riprese.

Comunque sia andata, bravissimi.

Beh se anche la boa fosse stata il “beacon”, il booster ha dovuto manovrare per arrivarci.

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Per capire quanto sia difficile provate ad allunare su Mun in KSP con l’esatta quantità di carburante necessaria…
aka “suicide burn”

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Giustamente, se hanno fatto triangolazione, di boe ce ne saranno state altre.
Dalle immagini la landing zone è sicuramente molto più ampia delle chiatte a cui ci siamo abituati con i Falcon

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Dubito fortemente che ci sia un sistema dinamico per da determinazione del punto di atterraggio del booster con Beacon/boe/etc.
Il Falcon 9 usa delle coordinate condivise prima del lancio e SuperHeavy è previsto tornare alla notissima posizione della torre di lancio.
Che senso avrebbe sviluppare queste complicazioni per un singolo (o quasi) test?

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Forse perche’ devono testare anche il software e queste funzioni serviranno? Non le implementano per un sigolo test. Serviranno gia’ per IFT-5 in base alle dichiarazioni.

Sicoramente la boa puo’ manovrare sara’ stato un rendez vous alle coordinate stabilite per fare le riprese e raccogliere dati dalla distanza giusta, ma serve piu’ precisione e reattivta’ ad eventi imprevisti come folate di vento, avarie, guasti o performance non nominali dei motori.

Suppongo che il sw utilizzato sia derivato da quello del F9 che le chiatte le becca con precisione e alla velocita’ giusta.

Dalle riprese un certo controllo reattivo si e’ visto. Gli e’ scoppiato un raptor, una cosetta da nulla, e il software ha reagito e corretto, con qualche oscillazione. In altri casi abbiamo visto booster F9 con le grid fins in avaria reagire e mantenere un certo controllo.

Forse non e’ per caso che hanno tagliato le riprese. L’esplosione del raptor ce l’hanno fatta vedere ma l’ultima parte dell’ammaraggio, quella piu’ delicata, e’ stata tagliata penso intenzionalmente per non farci vedere troppo su come ha manovrato il veicolo o altri motivi.

Nessun gombloddo, semplicemente non vogliono regalare ad altri addetti ai lavori dati faticosamente acquisiti sul campo e soluzioni faticosamente implementate.

Verosimilmente l’altitudine e la velocita’ al momento del contatto con la superficie devono essere controllati con piu’ precisione possibile, e a naso ci hanno gia’ provato per questo test come sembra aver confermato EM con qualche esitazione nell’intervista (ma sono sensazioni).

Comunque non c’e’ motivo per togliere funzionalita’ che il sw di F9 implementa di routine. In alcuni casi abbiamo visto booster F9 arrivare un po’ lunghi o un po’ corti e la cosa puo’ essere un problema. Mi aspetto che il sw di SH abbia tentato di fare lo stesso, e se qualcosa e’ andato storto lo metteranno a punto alla prossima iterazione.

Ah, si… altra cosa nota al pubblico e’ che il sistema di controllo di F9 non e’ strettamente ottico, come e’ stato dichiarato in occasione di lanci con atterraggi nella nebbia senza nessuna visibilita’. Ma non ricordo che abbiano detto che tipo di sensori e algoritmi utilizza.

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Se non sbaglio il Falcon 9 usa il GPS differenziale per la navigazione (oltre che qualche piattaforma inerziale, immagino)… di fatto punta ad una coordinata geografica che, incidentalmente, corrisponde al Landing Pad od alla chiatta…

Non vedo perché per il SH dovrebbero pensare ad altro, dato che la procedura di atterraggio sarà sostanzialmente la stessa…

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Mi pare che sia già stato detto che usano un GPS differenziale. Basta che la chiatta sia in zona, non necessariamente nel punto di impatto ma entro qualche centianio di metri, e trasmetta la correzione DGPS in tempo reale al veicolo. A quel punto si può filmare la scena e correggendo tutte le posizioni stimare l’errore del punto di ammaraggio, non serve nessuna triangolazione. Poi il veicolo avrà anche una piattaforma inerziale, ma queste non sono precise al metro.

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Non sono manco sicuro che ci sia una correzione in tempo reale sai? Il volo del booster dura una manciata di minuti, che errore vuoi che possa avere il segnale…

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Grazie mille, non conoscevo questa tecnica per migliorare la precisione del posizionamento confrontando i dati di due ricevitori GPS.

Metto il link perche’ magari merita un approfondimento da parte di chi interessato, e ha una sua pagina Wikipedia. La pagina in inglese dice che la precisione puo’ essere portata a 1-3 cm. Direi che per il catch e’ sufficente. Vorrei solo sapere cosa succede se il segnale GPS non e’ disponibile, mi sentirei piu’ tranquillo con un sistema di backup ottico o altro.

Credo che si parli di quei 10-15 metri di errore che ha un GPS ordinario, errore che viene ridotto a pochi centimetri grazie al confronto di piu’ ricevitori.

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non ne capisco nulla ma penso che l’unico modo per cui il gps non funzioni è in ambienti chiusi (cosa che non è ) oppure per guasto al gps stesso, in questo caso non basterebbe la ridondanza per prevenire il problema?

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Ok, ma l’errore non varia velocemente…

Ho la posizione nota della torre di lancio e ci ricavo l’errore del GPS in quel momento per quell’area…
Il volo del SH quanto dura, 10min? Immagino che il valore di correzione rimanga valido per quel range temporale…

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Alla fin fine lo usano tutti i geometri da decenni. Niente di trascendentale. Tecnica usata da me nel lontano 1992 quando il GPS ce l’avevano solo al CNR (o quasi)

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Non so se ci sono dei dati precisi di come funziona il sistema, che con tutta probabilità sarà lo stesso dei Falcon9 con dei parametri rivisti e corretti, ma mi sembra alquanto improbabile che boe o droneship dialoghino direttamente con il booster.
Il booster è già collegato al controllo missione che si preoccuperà di fare da relay per gli aggiornamenti della correzione.
Anche se l’ultimo dovesse essere poco prima del rientro in atmosfera il drift dell’errore GPS probabilmente non sarebbe sufficiente a far mancare l’obiettivo.

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Vedo tante incertezze sul funzionamento del GPS. Vediamo di chiarire qualche punto.

  1. il GPS può essere disturbato (jamming) MOLTO ma molto facilmente. Si può anche fare in modo che il ricevitore veda una posizione errata senza accorgersi di essere in errore (spoofing). Questo è pù difficile, ma molto possibile specialmente se il ricevitore è di tipo commerciale. Ci sono in giro i programmi per farlo usando piattaforme RF di tipo didattico.
  2. il GPS è continuamente disturbato in varie aree del mondo in maniera totalmente intenzionale, e può essere disturbato in maniera non intenzionale. Vedere https://gpsjam.org/
  3. l’errore del sistema può cambiare su distanze di 10 km, e su tempi di minuti. Dipende dalla geometria dei satelliti e dalle condizioni (non prevedibili) della ionosfera sul percorso da quel particolare satellite a quel particolare ricevitore. Questo rende necessario usare il GPS differenziale (DGPS) dove una stazione di terra monitorizza la propria posizione e trasmette ad altri l’errore del sistema in quel momento. La stazione DGPS dev’essere nella stessa area, entro al massimo decine di km, per i motivi di cui sopra.
  4. c’é una notevole differenza tra sistemi militari e civili. I sistemi militari utilizzano più frequenze (così possono correggere l’errore dovuto dalla rotazione di Faraday della ionosfera), codici differenti (più robusti e segreti), diversi algoritmi e metodi per anti-jamming e anti-spoofing. Alcuni di questi sono ovvii e pubblici (ad esempio: il segnale deve venire dall’alto, posso usare antenne direttive e discriminare, oppure la posizione non può cambiare più velocemente del mio vettore di volo e questo lo posso sapere incrociando i dati con la/le IMU) ed altri molto meno. So di casi in cui utenti “speciali” sono stati autorizzati dal Pentagono all’utilizzo di sistemi GPS militari con definizioni di area e tempo; questo potrebbe essere un caso. Viene fornito un apposito codice licenziato a tempo e zona di operazioni.
  5. Il ricevitore GPS utilizzato non è quello standard civile. I sistemi civili sono limitati dal firmware a quote di volo e valori di “jerk” (variazioni di accelerazione) che escludono l’utilizzo su mezzi spaziali.
  6. mi sembra che un uplink dalla chiatta al booster sia la cosa più semplice e logica, data l’esigua distanza e i pochi dati da trasmettere. O magari dalla chiatta a Starlink al booster, una latenza di millisecondi non è un problema. Ma se c’é una correzione DGPS questa deve venire dalla zona di operazione.
  7. se ho delle buone IMU (e oggi ce ne sono perfino sui droni commerciali) posso continuamente aggiornare e validare il punto GPS. La ridondanza può venire da quello, più magari un semplice radar altimetro, quello che consente agli aeroplani di atterrare in condizioni di visibilità zero o quasi.
  8. ultima cosa, valida per una chiatta: posso fare a meno del DGPS se mi metto d’accordo prima su quali satelliti monitorare al momento dell’atterraggio (co-view). In questo modo i ricevitori a terra e a bordo usano gli stessi dati ed hanno presumibilmente gli stessi errori, senza necessità di comunicazione. Dato che le effemeridi della costellazione sono ben note la cosa è semplice da implementare.
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Effettivamente un rapporto speciale con SpaceX non e’ improbabile dato che gran parte degli ultimi lanci GPS sono stati effettuati con F9. Sicuramente si parlano e lavorano insieme parecchio.

USA-289
Vespucci[96] 23 December 2018
13:51 Falcon 9 Block 5

USA-304
Matthew Henson 30 June 2020
20:10:46 Falcon 9 Block 5

USA-309
Sacagawea 5 November 2020
23:24:23 Falcon 9 Block 5

USA-319
Neil Armstrong 17 June 2021
16:09[103] Falcon 9 Block 5[104]

USA-343
Amelia Earhart 18 January 2023
12:24 Falcon 9 Block 5

Lista recuperata con rapida spunta da wikipedia:

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Penso che sia proprio questo il sistema più affidabile a disposizione, sia come backup ma non mi sorprenderei se fosse proprio lo strumento primario di navigazione… Anche perché una piattaforma inerziale si basa sugli accelerometri, che una volta erano strumenti delicatissimi e molto complessi mentre oggi nelle versioni più chip si trovano anche in quasi tutti i telefonini. In più si possono utilizzare facilmente una decina di piattaforme inerziali e mediare l’output in modo da ottenere un super risultato.

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No, spiacente, numeri alla mano con le IMU non arrivi neppure lontanamente alla precisione dei sistemi GNSS sulla durata di una missione anche solo di una decina di minuti, soprattutto in un ambiente con accelerazioni elevate e particolarmente rumoroso come un razzo. E non c’é media che tenga, perché gli errori possono essere sistematici e non solo casuali.

Vedi, per avere dei parametri e dati di riscontro, https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_measurement_unit alla voce “Performance”.

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Certamente il GPS è più preciso, questo è fuori dubbio. Ma sappiamo bene che non basta la precisione, serve anche e soprattutto la solidità del sistema di navigazione. Oggi sugli aerei di linea moderni il sistema primario di navigazione è ancora quello inerziale, chiaramente in continuo affiancamento dei GPS.
Sono curioso di sapere che tipo di sistema hanno scelto in casa SX.

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Ma con l’inerziale non fai RNAV, quindi vedi che non basta. E infatti un sacco di aerolinee hanno sospeso i voli al confine finlandese dove il GPS è inaffidabile, proprio perché per certo tipo di operazioni è indispensabile.
Piuttosto, siamo sicuri che la costellazione Starlink non fornisca qualche tipo di ausilio di navigazione a clienti e aree selezionati? Non mi stupirebbe affatto, essendo in LEO hanno molto più margine di segnale.

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:open_mouth: Davvero? Come mai è inaffidabile lì?

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