Volevo segnalarvi questo articolo su technologyreview.com
[b]An Interplanetary GPS Using Pulsar Signals[/b] Spacecraft could determine their position anywhere in the solar system to within five kilometres using signals from x-ray pulsars, say astronomers.
L’articolo completo: http://www.technologyreview.com/view/515321/an-interplanetary-gps-using-pulsar-signals?k
Può servirvi per il podcast o per una news su astronautinews?
Ne ho parlato parecchio, due o tre anni fa, con il prof. Tartaglia del Poli(TO). Il problema sono le antenne, ci vanno, appunto, un sacco di m2 in quanto il flusso delle pulsar è basso (frazioni di Jansky, che sono 10^-26 W/m2). L’idea del telescopio X è interessante, ma l’aumento di massa comunque non è trascurabile - oltre alla massa del telescopio ci sono elettronica, alimentazione, detectors, puntamento… not so easy. Insomma, deve essere davvero giustificato dalle esigenze di missione.
Nell’articolo si parla di un’attuale imprecisione di 200 km alla distanza di Plutone e di 500 km alla distanza delle Voyager. Permettetemi, ma un’incertezza di 500 km su una distanza di più di 17 MILIARDI di km mi sembra già abbastanza bassa.
Infatti, Phoenix. Non so quale missione possa richiedere un’incertezza ancora minore.
Io a vevo “brevettato” dei radiofari. Ponete dei satelliti in orbita stabile a varie distanze nel sistema solare. Il satellite trasmette un segnale a distanza di tempo prefissata dove comunica il suo nominativo, la posizione e l’orario in cui è stato emesso il segnale. Una stazione ricevente può calcolare la distanza dal satellite in funzione della differenza di tempo tra l’invio e la ricezione. Avendo almeno tre satelliti sui tre assi cartesiani del sistema solare, dovrebbe essere facile determinare la posizione in cui ci si trova.
Sarebbe possibile determinare a priori la mia rotta in funzione dei segnali che ricevo, quindi controllare la correttezza della rotta a viaggio iniziato.
I tre satelliti ovviamente devono essere dotati di strumentazioni in grado di determinare con grande precisione la loro posizione nel sistema solare. Credo che lal stazione ricevente non dovrebbe essere troppo complicata da realizzare, bastando una radio ricevente ed un elaboratore per leggere i segnali e calcolare la posizione.
Certo, una piattaforma inerziale magari è più precisa, ma sappiamo anche che ha dei grossi limiti meccanici.
Anche all’opposto un sistema che determina la posizione dei pianeti, la confronta con un planetario e ne estrae la posizione nel sistema solare, ma occorre un sistema ottico elettronico in grado d’individuarli e pensare a 8 telecamere puntate ognuna su un astro…
Ovviamente il tutto integrato dai normali sistemi in uso per la terminazione dell’orientamento del nostro veicolo, che mi sembrano già efficienti.
I miei 2 cents
l’idea del sistema basato su identificazione ottica non è forse la più facile da attuare?
basterebbero addiritura solo 2 telecamere grandangolari a coprire la visione a 360°
Le posizioni dei pianeti nel contesto della sfera celeste (con un minimo di conoscenza delle costellazioni) sono davvero molto riconoscibili anche ad occhio nudo (eccetto plutone). Un software dedicato potrebbe tranquillamente estrapolarli dalle stelle sullo sfondo in base alla posizione prevista dal planetario e così dare la posizione.
Beh, se i radiofari, come hai correttamente ipotizzato, hanno un modo per sapere dove si trovano loro stessi… E’ un po’ il problema dell’uovo e della gallina.
Però a questo punto, visto che la localizzazione sarebbe l’unico scopo di questi radiofari, forse la tecnica delle pulsar sarebbe sfruttabile. E le singole spacecraft userebbero i segnali dei radiofari.
Ma non ho idea della confrontabilità della potenza (ricevuta) di una pulsar rispetto a quella di una radio a mezzo sistema solare di distanza.
Vi ricordo che la placca di Pionerr 10/11 indicava la posizione del Sistema Solare rispetto al sistema di riferimento delle pulsar.
e’ quello che faceva il sistema di navigazione autonoma della sonda Deep Space 1, usando pero’ le posizioni di alcune decine di asteroidi brillanti.
per quanto riguarda la navigazione tramite pulsar, alla fine degli anni '90 venne lanciato un satellite militare americano che tra le altre cose doveva testare un sistema di determinazione dell’assetto tramite pulsar. non ricordo il nome del satellite, e non mi pare di avere mai visto niente di pubblicato sui risultati dell’esperimento
trovato! il satellite era ARGOS e qui c’e’ qualche dettaglio dell’esperimento http://www.nrl.navy.mil/content_images/06FA5.pdf
Mi riferivo ad un sistema per il volo nel sistema solare. Io sono l’utilizzatore ed ho a bordo solo una radio ricevente ed un computer. Gli altri sistemi hanno bisogno di sensori che devono “cercare” gli astri. Più complesso e complicato. Questo lo lascio a chi deve progettare i radiofari, dal momento che servono solo a quello.
Più radiofari ho, maggiore è la precisione. Il radiofaro potrebbe servirsi dei sistmei ottici di cui parlate sopra, implementati o ridondanti per avere una posizione precisa da trasmettere agli utilizzatori.
Le pulsar sono potenti, relativamente ai nostri trasmettitori. Per farsi sentire dai Voyagers servono parabole da decine di metri e potenze di decine di kW. Il che vuol dire che il radiofaro non potrebbe avere una emissione isotropica, dovrebbe essere direzionale, altrimenti la potenza richiesta sarebbe eccessiva (gigawatt). Ci sarebbero tanti trucchi, ad esempio il radiofaro potrebbe emettere un fascio rotante, ma tutto questo complicherebbe le cose ed aumenterebbe il tempo necessario per fare il punto.
Poi, è vero che, come dice Ares, lo spacecraft avrebbe a bordo solo una radio ricevente; ma dovrebbe anche avere un’antenna altamente direttiva per trovare i radiofari, e fare una scansione della volta celeste. Allora tanto vale usare uno star tracker o un telescopio X, sono meno ingombranti e lascerebbero l’antenna principale fissa verso Terra per le comunicazioni, anzichè dover continuamente cambiare assetto.
No IKIODO, non ho bisogno di una antenna direzionale. Non devo “vedere” dov’è il radiofaro, perché è lui stesso ad inviarmi un segnale che mi dice chi è, quando ha lanciato il suo segnale ed eventualmente la sua posizione. Poiché nello spazio tra l’emissione e la ricezione di un segnale passa un certo tempo, ne deduco la distanza. Avendo più di un riferimento, con un poco di trigonometria scopro la mia posizione. Per questo non mi serve un’antenna direzionale. Certo, però mi potresti far notare che per inviare un segnale omnidirezionale occorre molta energia, giusto? A maggior ragione posizionare una rete di radiofari ridondante a varie distanza, così che ovunque mi trovo avrò sempre almeno due riferimenti precisi. Se non sono troppo fuori rotta dovrebbero bastare.
Per “vedere” il radiofaro devi riceverlo. Per ricevere un segnale debole hai bisogno di un’antenna con guadagno. Che è la stessa cosa di un sistema ottico, se vuoi raccogliere più luce devi aumentare l’apertura, e più aumenti l’apertura, più è direttivo il sistema (vede un’area di spazio più piccola, cioè è direttivo).
In soldoni, con due antenne omnidirezionali con un lobo di radiazione fatto a ciambella (tanto ci interessa illuminare solo l’eclittica), con guadagno di 10 dB, per coprire la distanza di Giove (600 milioni di km) la potenza minima con cui poter fare qualcosa è di 1 MW RF. Se le antenne fossero da 20 dB, basterebbero 10 kW. Le potenze attualmente installate sui satelli di telecomunicazioni (bestioni da varie tonnellate) sono di 5 kW, con potenze RF totali di 1 kW circa. Arrivare a 10 kW RF alla distanza di Giove vuol dire incrementare di 100 volte l’area dei pannelli solari, oppure usare grossi RTG, con costi mica da ridere.
Quindi ci vanno potenze più piccole e antenne alquanto direttive sia in trasmissione che in ricezione (una 30 dB ha un fascio di 5°), e ci risiamo, vanno puntate. Rispetto al costo di costruzione, lancio e gestione di un radiofaro cosmico tanto varrebbe usare le pulsar, che già ci sono.
Una alternativa potrebbe essere l’avere dei satelliti per comunicazioni da usare come ripetitori in orbita attorno a Giove o Saturno. Questi potrebbero operare su schedule, e puntare le antenne alternativamente a Terra o verso il satellite da servire. La posizione di un satellite in orbita gioviana o saturniana è più facile da determinare (occultazioni e altri effetti permettono di fare un punto più preciso) e potrebbero trasmettere la propria posizione e tempo al remoto, anche con potenze relativamente basse, ma comunque antenne da decine di metri per avere un data rate utile.
Sono d’accordissimo con ODO su tutta la linea - spesso dai non addetti c’e’ un approccio alle onde radio un po’ “mistico”, ma vorrei chiedere con quali criteri di sensibilita’ hai calcolato i requisiti di potenza per arrivare nei punti che hai usato ad esempio. Non dobbiamo trasferire molta informazione, quindi con una buona ingegnerizzazione del sistema possono essere ottimizzati. Per questa funzione potremmo scegliere una banda particolare che naturalmente ha poco rumore, in modo da avere un SNR migliore; inoltre possiamo assumere che l’apparato ricevente sia costruito ad arte, mantenuto a temperature criogeniche, etc etc…
Insomma non e’ poi cosi’ implausibile che un sistema di questo tipo possa essere implementato. Tuttavia mi sfugge il senso, la navigazione all’interno del sistema solare non mi sembra necessiti di una precisione maggiore di quella offerta da distemi di dead-reckoning integrati da sistemi visivi quando si e’ nelle immediate vicinanze di un oggetto.
ciao
Ho calcolato per qualche dB di (S+N)/N in 1 Hz, assumendo cifra di rumore zero, nella banda X bassa (8,2 GHz) che è quella usata dalla NASA per il deep space, proprio per il basso noise. Veda lei… 
ma Claude (Shannon) docet.
Vabbè, queste sono chiacchierate da bar, penso che se si dovesse fare davvero si strizzerebbe tutto il possibile. Poi, per pensare davvero ad un sistema del genre ci vorrebbero dei requirements precisi. Però il concetto di fondo è che non ci sono vie facili per navigare con precisione nel nulla cosmico, e che sfruttare le fonti celesti ha costi elevati; deve davvero valere la candela.