IDEE per satellite da tesina

Premessa: questo post è per TUTTI, non è riservato ai soli studenti, anzi, spesso le idee più originali le hanno i non addetti ai lavori.

Prologo: per l’esame di “Avionica e Strumentazione Spaziale” (che, benché sia importante è trattato da esame di serie B, avendo il minor numero di crediti per un esame (5)) devo presentare il progetto di un satellite.
Chiaramente si tratta di un progetto “a grandi linee”, che vuole comunque avvicinarsi alle prime fasi di progettazione portando alla luce gli aspetti principali e chiave di una cosa del genere.
In ogni caso si tratterebbe di:

  • Definire lo scopo della missione. Da questo poi deriva praticamente tutto:
  • Definizione dei payload, dell’orbita, delle infrastrutture a terra, ecc…
  • Progettazione parte di potenza (celle solari e/o altri sistemi tipo RTG, batterie)
  • Definizione sistemi per TT&C.
  • Definizione struttura del satellite e calcoli di resistenza strutturale, ecc…
  • Stima dei costi. In effetti di ogni componente devo poi effettuare una ricerca su internet per cercare il pezzo che più si adatta alle caratteristiche scelte (tra le quali anche il prezzo totale).

Ora le domande che mi assillano:

  • Conoscete siti di componenti spaziali (celle solari, batterie, microprocessori, sensori di assetto e tutto ciò che vi viene in mente)
  • Mi dareste un’idea per un satellite? Sono vuoto di idee e se continua così sceglierei qualcosa tipo “osservazioni ecologiche” (poli o foreste o altro). Possono essere anche buone idee ma magari qualcuno di voi ha in mente una buonissima idea.
    Un’altra idea che mi ronza in testa sarebbe un sistema di satelliti ripetitori per la faccia nascosta della Luna (ma è ancora un’idea moltooo vaga).

Potete sbizzarrirvi tutti e più volte a testa. Nessun vincolo. Il prezzo non sarebbe un problema, potrei anche realizzare satelliti molto costosi, ma in questo caso dovrei progettare tutto in quest’ottica. La mia idea è di non scegliere satelliti basso costo (tipo universitari), ma neanche satelliti ultra miliardari.
Via alle danze!

Mi dareste un'idea per un satellite? [...] Nessun vincolo

Satellite terrestre? Visto che non poni alcun vincolo, ecco un’idea per un satellite terrestre: un telescopio spaziale per astronomi dilettanti.

In realtà non si tratta solo di un’idea. Nella prima metà degli anni '80 un gruppo di studenti dell’università di New York, mi pare, iniziò un progetto chiamato Amateur Space Telescope, che però non venne mai realizzato. Proponevano di lanciare un telescopio ottico da 50 cm in orbita terrestre.

A suo tempo mi feci mandare dei volantini informativi dal team, ma probabilmente non li ho più. Parlai brevemente del progetto nel mio libro su Saturno. Non ho trovato altre informazioni utili in rete. Paolo Ulivi: ne hai mai sentito parlare?

Paolo Amoroso

Ciao!
L’anno scorso in un corso di progetto di sistemi aerospaziali i professori hanno formato un gruppo di 10 studenti e ci hanno chiesto di progettare un picosatellite cubesat (un cubo di 1 litro di volume e 1 kg max di peso, del costo massimo di 5000 euro).
All’inizio ero personalmnete un po’ deluso dalla cosa, perchè già immaginavo di poter disegnare un lander lunare o chissà quale altra diavoleria,… invece ti ritrovi questo cosino così… banale! Ma solamente in apparenza!
Ti assicuro che in 10 abbiamo lavorato bene, e siamo riusciti a scendere ad un dettaglio di avamprogetto sufficientemente appagante (anche se il tempo, vista la durata dei corsi di serie B come dice Artax, non ha permesso di creare modelli termici o FEM). Il fatto di riuscire a mantenere peso e volume, approccio FONDAMENTALE in questo campo, ti permette di far girare le rotelle del cervello, spesso anche litigando fra i componenti del team! eheh che ricordi. Io studiavo la configurazione fisica, gestione di masse ingombri e struttura metallica. Dovevate vedere che litigate con quello dell’RCS che voleva inserire dei magnetic torquer più lunghi del lato del cubo! :slight_smile:
Cmq Artax, da quanto ho capito ti servono siti e case costruttrici: noi essendo rimasti in ambito cubesat (un requiosito è proprio la loro realizzazione con materiale “comune”, non certificato spazio) ci siamo arrangiati con i cataloghi RS per quanto riguara l’elettronica (www.rswww.it mi pare o .com?) oppure per i magnetic torq. li abbiamo dimensionati fisicamente indicando numero di spire e sezione del filo elettrico necesario etc etc… Io per la struttura ho chiesto la consulenza di una ditta di costruzioni meccaniche di torino, veramente gentilissimi. Hanno fornito un preventivo anche dell’eventuale realizzazione fisica!
NOn voglio convincerti a svolgere uno studio sui cubesat, anche a me non entusiasmavano inizialmente, ma t posso assicurare che aiutano, e molto! Anche perchè, avendo relativamente poche componenti, ti permettono di entrare nel dettaglio di analisi, cose che resterebbero più vaghe o più mastodontiche nel caso di sistemi più complessi… eventualmente se hai da chiedere son qui!!!
Diego[/url]

Piccolo effetto spettacolare… :wink:

Era un’immagine troppo grande… :smiley: risolto il problema!

Ciao!
A me piace molto l’idea del satellite per le telecomunicazioni in orbita lunare.
Perchè non una costellazione di minisat tipo TDRS per future installazioni umane o rovers sulla faccia nascosta della Luna?
Tra le altre cose proprio ieri ho reperito questo comunicato stampa, che potrebbe forse esserti utile per rapportare eventuali calcoli orbitali e/o stimare la massa del tuo mega satellite :smiley:

http://science.nasa.gov/headlines/y2006/30nov_highorbit.htm

A New Paradigm for Lunar Orbits
NASA Science News
November 30, 2006

November 30, 2006: It’s 2015. You’re NASA’s chief engineer designing a
moonbase for Shackleton Crater at the Moon’s south pole. You’re also
designing a com-system that will allow astronauts constant radio
contact
with Earth.

But you know that direct transmissions won’t work–not always. As seen
from
Shackleton Crater, Earth is below the horizon for two to three weeks
each month (depending on the base’s location). This blocks all radio
signals, which travel line of sight.

The solution seems obvious. Simply place a satellite in a high,
circular
orbit going almost over the Moon’s poles. Better yet, place three
satellites into the same orbit 120 degrees apart. Two would always be
above the lunar horizon to relay messages to and from Earth.

There’s just one problem.

“High-altitude circular orbits around the Moon are unstable,” says Todd
A. Ely, senior engineer for guidance, navigation, and control at NASA’s
Jet Propulsion Laboratory. “Put a satellite into a circular lunar orbit
above an altitude of about 430 miles (1,200 km) and it’ll either crash
into the lunar surface or it’ll be flung away from the Moon altogether
in a hyperbolic orbit.” Depending on the specific orbit, this can
happen
fast: within tens of days.

Why? Earth is responsible. The gravity of massive Earth only 240,000
miles from the Moon constantly tugs on lunar satellites. For a lunar
orbit higher than 430 miles, Earth’s pull is actually strong enough to
whisk a spacecraft out of the game.

Satellites in Earth orbit don’t experience this sort of interference
from the Moon. The Moon has just 1/80th Earth’s mass - scarcely more
than
1%. Relatively speaking, the Moon is a gravitational pipsqueak. Indeed,
to any satellite in Earth orbit, the gravitational pull of the Sun is
160 times stronger than any lunar influence.

Any satellite in orbit around the Moon higher than about 430 miles,
however, finds itself in a kind of celestial tug-of-war between Moon
and
Earth. Earth’s pull can actually change the shape of an orbit from a
circle to an elongated ellipse.

Stable circular lunar orbits do exist below an inclination of
39.6??,
says Ely, but they spend so much time near the equator that “they are
terrible orbits for covering the poles.”

NASA wants to explore the Moon’s polar regions for many reasons–not
least is that deep polar craters may contain ice, which astronauts
could
harvest and melt for drinking or split into hydrogen and oxygen for
rocket fuel and other uses. The instability of polar orbits poses a
real
problem for exploration.

[An elliptical orbit around the moon]

Now for the good news. Ely and
several colleagues have discovered a whole new class of “frozen” or
stable high-altitude lunar orbits. Pictured right, they are all
inclined
at steep angles to the Moon’s equatorial plane so they get far above
the
horizon at the lunar poles, and–surprise–they are all also quite
elliptical.

“For better South Pole coverage, you want an ellipse with an
eccentricity of about 0.6, which is pretty oval,” Ely says. An
eccentricity of 0 is a circle, along which a satellite travels at a
constant speed around a primary body (say, the Moon) at its center.
With
Earth nearby, that’s out of the question: “An inclined circular orbit
is
kind of a blank canvas where Earth can quickly work its will,” Ely
says.

In contrast, an eccentricity of 0.6 is an ellipse about as oval as an
American football minus the pointed ends; the Moon would be at one
focus
of the ellipse. “The ellipse effectively ‘locks in’ the satellite’s
behavior to make it tougher for Earth to change,” Ely explains. [See
the
appendix below for details.] How stable are they? Ely and his
colleagues
calculate that certain elliptical, high-inclination, high-altitude
lunar
orbits may remain stable for periods of at least a century. Indeed, Ely
hypothesizes the orbits could last indefinitely.

For lunar communications and navigation, Ely recommends spacing three
satellites 120?? apart in the same elliptical orbit at an
inclination of
51??. Each satellite in turn would go screaming down past periapsis
(closest approach to the lunar surface) only 320 miles (700 km) above
the north lunar pole, but would each linger fully 8 hours of its
12-hour
orbit at 4,800 miles (8,000 km) above the horizon over the south lunar
pole. In this configuration, two of the three satellites would always
be
in radio line-of-sight from a South Pole moonbase.

High-inclination, highly elliptical orbits being cheapest and most
stable for communications satellites around the Moon? To Earth-centered
satellite engineers used to thinking in terms of circular equatorial
orbits, “it’s a new paradigm,” Ely declares.

Se sei interessato a sapere qualcosa in più nell’ambito dello studio che la NASA ha effettuato per la realizzazione di costellazioni in orbita lunare a supporto dell’exploration posso inviarti (via email) un’interessante NASA report a riguardo. Potrebbe essere utile per qualche spunto interessante.

Nel frattempo ti posto lo scenario ipotizzato e qualche classe di architettura defita per il “Lunar Network”

Manda pure all’indirizzo di msn nel profilo!

Intanto continuo a raccogliere idee!

Considera una navicella già esistente come il Voyager (o il cubesat di cui sopra).
Prova a chiederti : se fosse stata assemblata in orbita, un componente per volta, come sarebbe stata progettata?
I telai che sorreggono le sonde, e le componenti delle stesse sonde, devono resistere al lancio, ma una volta nello spazio gran parte della loro resistenza strutturale è del tutto superflua.
Oltre che dannosa, dato che l’aggravio di peso comporta un consumo di propellente notevole per le manovre orbitali.
Potrebbe essere un compito per i futuri astronauti della ISS : ricevere della componentistica da terra ed assemblare una navicella estremamente leggera in assenza di gravità.
Più una navicella è leggera, minore è il consumo di propellente e quindi maggiore è la durata della sua missione.
E un sistema propulsivo come la vela solare diverrebbe più efficace.
Ho letto che esistono pannelli solari flessibili, sottili poco più di un foglio di carta.
Se venissero lievemente incurvati sarebbero in grado di autosostenersi da soli, senza la necessità di dotarli di un telaio di sostegno.
Anche per l’avionica : perchè non utilizzare circuiti stampati flessibili come quelli delle calcolatrici tascabili?
Una parabola come quella della sonda Giotto (che poi non si è aperta …) si potrebbe “tessere” nello spazio, con fili sottilissimi sorretti da un esile telaio, realizzando così una struttura estremamente leggera?
Si potrebbe anche ridurre il costo del lancio di un satellite : dato che nello spazio devi inviare solo componentistica di basso peso, il costo dei lanci diminuirebbe proporzionalmente.

Hai ragione! Quando abbiamo studiato la resistenza strutturale abbiamo visto come le varie parti devono essere altamente sovradimensionate pensando sempre al “caso peggiore”, quindi al momento del lancio. Purtroppo credo che l’assemblaggio in orbita sia ancora molto complesso e difficile, soprattutto per satelliti importanti e complessi. Forse una futura base lunare renderebbe la cosa molto più facile…

Nessuna altra idea?
Non abbiate paura, mi servono solo spunti per lo scopo del satellite. Chiedetevi: a cosa può servire un satellite in orbita? E rispondetemi :smiley:

Un piccolo satellite a forma di cilindro piatto.
I coperchi del cilindro sono 2 pannelli solari circolari.
Attorno al cilindro sono collegati 3 cerchi di alluminio, a 120 gradi l’uno all’altro.
Erogando in modo opportuno la corrente generata dai pannelli solari sui cerchi si possono generare 3 campi magnetici indipendenti.
Questi campi magnetici interagendo col campo terrestre possono cambiare l’orientamento della navicella e potrebbero anche modificarne l’orbita.
Una seconda serie di 3 anelli, interlacciata alla prima, può controllare l’assetto rotatorio della navicella.

:kissing_heart: molto interessante…
unico problema, a mio parere, è che i due pannelli solari non sarebbero praticamente mai esposti alla luce solare contemporaneamente; a ciò si può ovviare sovradimensionando i pannelli rispetto al corpo del satellite in modo da produrre abbastanza potenza con un unico pannello per ciclo. Oppure utilizzare un singolo pannello solare apribile a ventaglio,in stile orion. A tal proposito il satellite potrebbe essere posizionato su un’orbita eliosincrona.

Per quanto riguarda il controllo d’assetto con spire magnetiche non dimentichiamo un bel magnetometro posto ad una bella distanza dal satellite.

Bene! Vedo che non vi siete arresi!
Purtroppo, anche se l’idea di Mustela è valida, io ho bisogno di uno scopo per il satellite. Lo scopo ovviamente può essere anche la validazione di nuove tecnologie, però l’utilizzo di magnetometri e bobine per il controllo dell’assetto del satellite è cosa ormai assodata.
Inoltre, non vorrei dire fesserie, ma credo che il controllo dell’orbita non possa essere effettuato attraverso delle bobine magnetiche, che sono in grado di produrre momenti e non forze.

ciao artax, hai perfettamente ragione; un conto è lo station keeping e un conto è il controllo d’assetto. Per quanto riguarda lo scopo, credo che siano più gli strumenti scientifici a bordo ad averne uno, anziché il satellite vero e proprio.
E cmq era molto interessante l’idea di un satellite per telecomunicazione in orbita lunare. Io insisterei su quello.

Appunto! Mi servono idee per cosa deve fare il payload del satellite. In base a quello si deve definire orbita e caratteristiche di tutto il satellite, dall’elettronica alla struttura.

Appunto! Mi servono idee per cosa deve fare il payload del satellite. In base a quello si deve definire orbita e caratteristiche di tutto il satellite, dall'elettronica alla struttura.

Hai pensato a qualcosa di simile al MOST?
Nel campo dei piccoli satelliti scientifici in questo momento e’ il massimo! http://www.astro.ubc.ca/MOST/

Ecco i miei 2 centesimi.

Satellite Radioamatoriale.

www.amsat.org dai un occhio qui.
Come vedi ce ne sono gia’ in orbita parecchi, piu’ o meno (piu’ meno che piu’ :smiley:) funzionanti.

Essendo un progetto sulla carta, senza particolari limiti alla fantasia, potresti porre il focus sull’affidabilita’, visto che questi cosi hanno la tendenza a guastarsi facilmente (con illustri eccezioni).

Inoltre, la maggior parte degli HamSat sono in LEO, con 2 problemi derivanti, ovviamente interconnessi tra loro.

  1. Alta velocita’ apparente, il satellite sguscia da orizzonte a orizzonte in una manciata di minuti
  2. Effetto doppler consistente, specie nel campo delle UHF.

La butto li’ :smiley: Se hai domande chiedi, meglio un PM, o msn, perche’ non leggo spessissimo il forum purtroppo :frowning:

Nessuna altra idea?

Una versione del Tethered Satellite System-1 completamente automatica, che non richieda cioé un volo Shuttle. C’è ancora del lavoro in sospeso…

Oppure un satellite per creare “comete artificiali” come la nube di sodio rilasciata dalla sonda sovietica Luna 1.

Paolo Amoroso