Proposta di missione (quasi) interstellare


#1

Il buon Alan Stern sta spingendo una interessante proposta per una missione interstellare.
L’idea è una sonda in grado di arrivare in 50 anni a 1000 UA, da confrontare con le circa 140 UA percorse da Voyager1 in 40 anni. Il lancio potrebbe essere nel 2030, e sarebbe il prologo a missioni di maggiore durata in grado di dirigersi verso le stelle vicine.

https://www.space.com/42935-nasa-interstellar-probe-mission-idea.html

La proposta viene da Ralph McNutt del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL). Questa missione verso la parte vicina della nube di Oort sarebbe il banco di prova e di studio per le tecnologie che ci potrebbero permettere di raggiungere le stelle vicine. McNutt ha presentato un paper in merito a questa proposta al congresso della IAC a Brema, l’anno scorso.

https://iafastro.directory/iac/browse/IAC-18/D4/4/

Non ho accesso al paper, ma chissà se qualche amico del forum può … ehm… visionarlo?


#2

Ho fatto due conti, e se non ho sbagliato mi viene che la sonda dovrebbe viaggiare a una velocità media di 95 km/s. :open_mouth: Ci sono vettori in grado di imprimere una velocità simile?
Anche i tempi di contatto con la sonda sarebbero da fantascienza: a 1000 UA sarebbero dell’ordine delle 138,5 ore! (quasi 6 giorni, posso andare in vacanza intanto che arriva alla sonda il comando di downlink dei dati).


#3

Non per fare polemica ma questo genere di missioni le lascerei a quando avremo delle vere capacità interstellari. Altrimenti si rischia di mandare sonde che per esempio ci mettono 120 anni ad arrivare ad un pianeta mentre 100 anni dopo l’invio ne avremo una che ci arriva in 10 anni superando di fatto la prima che sarà inutile.


#4

Vittorio, sì, i numeri sono quelli. E infatti nella proposta si dice "The APL study (…) is based on the next extension of what we know we can do, propulsion physicist Marc Millis, founder of the Tau Zero Foundation, said. "

Evidentemente qualcuno ha delle idee. Magari nella presentazione fatta all’IAC c’è qualcosa, ma io non ho accesso. Forse usare un motore ionico per accelerare costantemente per una decina di anni?

La parte di comunicazione non è un grosso problema, salvo ovviamente la scala di tempo che per noi è davvero lunga. Per passare da 150 a 1000 UA bisogna aggiungere 16 dB di margine (20 volte il logaritmo del rapporto delle distanze). Ad esempio, 10 dB si recuperano aumentando la potenza del trasmettitore di bordo, da 8 W delle Voyager a 100 W circa. 3 dB montando un’antenna con il doppio di area (o 6 dB col doppio di diametro), e lo stesso discorso si può fare a terra, parallelando due antenne della classe dei 60-70 m. Il tutto a parità di data rate, ma insomma ci sono margini di manovra.


#5

Tom Smith questa missione servirebbe a preparare le tecnologie per fare il prossimo grande salto. Meglio fare le cose per gradi, IMVHO le missioni tipo Breakthrough Initiative sono più sfide intellettuali che reali proposte.


#6

Interessanti i calcoli per quanto riguarda la radiantistica (della quale non ne capisco nulla pur affascinandomi incredibilmente). Avessi il tempo e le modalità per poterci studiare un po’ su … :disappointed: (ma sto andando Off Topic)


#7

Vittorio, la base è semplice. Ogni volta che raddoppi la distanza l’area della sfera diventa quadrupla. Quindi il segnale si attenua con la legge dell’inverso del quadrato della distanza. Detto in dB, 6 dB in meno per ogni raddoppio di distanza, il che rende fattibile un incremento di sei volte della distanza senza enormi problemi. Il problema è arrivarci :slight_smile:


#8

Come dice IK10DO questa è una missione preparatoria per sviluppare le tecnologie per l’esplorazione interstellare ma ha anche il vantaggio di avere comunque una velocità abbastanza bassa da poter effettuare in modo proficuo l’esplorazione degli oggetti della fascia di Kuiper e della nube di Oort.
Una sonda molto più veloce arriva molto prima su Proxima Centauri ma difficilmente riesce a studiare i piccoli corpi esterni del sistema solare strada facendo.


#9

mi sono reso conto di aver scritto una fesseria. cancellata :joy:


#10

piccolo prologo/spiegazione… La vedo come una di quelle missioni piene di tanti buoni propositi ma che inevitabilmente sbatterà contro il muro della realtà. 2030 significa che sei in competizione per usare il plutonio per la deep space mission in programma. La NASA deve scegliere tra orbiter Urano e questo?
L’orbiter per Urano a confronto è uno scherzo. Una passeggiata nel bosco.

Per questa missione ti serve un SLS B1B/2 con kick stage, una sonda progettata per durare 50 anni, e siccome ogni microgrammo conta dovremo costruirci un antenna sulla Terra che farebbe apparire quelle da 70 metri attuali come strumenti da dilettanti. Il piano di volo sfrutta in tutta la sua magnificenza l’effetto di Oberth. Da qui dedurre il da farsi e breve. Lancio verso Giove, reverse gravity assist, caduta verso il Sole e poi accelerazione al Perielio. La massa da portare al perielio è similare a quella del Parker Solar Probe + il peso del kick stage (e dobbiamo arrivare 2 volte più vicino al Sole di quanto farà PSP in assoluto…).

Inoltre il kick stage richiesto deve essere ex-novo in quanto serve il doppio della Delta V dello Star 48B. E ovviamente deve essere capace di rimanere operativo per tempi di volo interplanetari (Terra-Giove + Giove-Perielio).
I 3 miliardi come stima alta per l’orbiter di Urano sarebbero briscolini a confronto dello sviluppo completo dell hardware richiesto.

La missione mi affascina. Lanciare una sonda a quella velocità per raggiungere quella distanza mi fa salire l’eccitazione al sol pensarci. Ma credo che serva un miracolo affinchè avvenga.
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Credit JHUAPL
https://iafastro.directory/iac/browse/IAC-18/D4/4/


#11

Eh sì, ma bisogna pur fare proposte, e stimolare l’immaginazione. Mi sembra comunque due o tre TRL sopra Starshot :slight_smile: dove hai trovato le slides?


#12

ovvio ovvio.
E certamente è fattibile ben oltre i livelli di Starshot . Le slide le ho prese da un mio amico alla CIA :male_detective:
(che mi ha dato il link al topic su NSF XD)


#13

Per favore, su tutte le immagini importate qui, potete almeno citare la fonte esplicitamente nei singoli messaggi come da FAQ? :slight_smile:


#14

Interessante, ma dubito che servirà per futuri voli interstellari, al massimo nella nube di Oort.
Obiezioni: la fonte di energia, la possibilità di realizzare un manufatto che funzioni per tanto tempo in un ambiente gelido.
Pro. una sonda che assaggia lo spazio profondo inviando dati scientifici decisamente unici e magari in grado di approcciare un eventuale astro nei paraggi.

2030? Magari 2050.
Un altro progetto fattibile che si aggiunge alla lista dei “si può fare.”


#15

Beh, ci siamo riusciti nel 1975, ci possiamo riprovare, no? :rofl:
Battute a parte, è certamente una bella sfida, anche perchè la Voyager erano progettate (con ampi margini) per attivare a Saturno come obiettivo primario, in 3-4 anni di missione. Qui l’obiettivo primario è 40-50 anni, con una missione ben più complessa. Ma se siamo riusciti a fare JWST (fingers crossed e TT) si può fare anche questo!


#16

C’è sempre l’ostacolo plutonio.
Se vogliono useranno altro.


#17

Sono comunque incredibili le distanze interstellari…6 giorni luce sono nulla. Per arrivare alla stella più vicina in 50 anni bisogna fare una missione 250 volte più veloce! :hushed:


#18

per quanto riguarda l’antenna, una fatta a ombrello, a corone circolari, potrebbe avere un perché? parlo da profano di onde radio. visto che sui marco hanno usato delle antenne piatte, c’è un mondo dietro la trasmissione e ricezione di segnali che ignoro. intendo, imaginiamo un ombrello costruito da una serie di bracci, tipo 8, con un paio di sfili come le gambe di un treppiede. con la differenza di poter avere un angolo nei punti in cui uno sfilo termina e inizia l’altro. si riescono a raggiungere misure considerevoli con ingombri e pesi ridotti usando un film riflettente. ignoro se allontanandosi da una parabola si perde completamente il vantaggio della dimensione maggiore


#19

@arkanoid , l’antenna per funzionare bene deve avere una forma parabolica entro una frazione di lunghezza d’onda, diciamo un sesto o meglio un decimo. La lunghezza d’onda di lavoro è 3,5 cm (8,4 GHz), quindi l’antenna deve avere una forma parabolica entro, diciamo, 4 mm. Su un diametro di 4 m vuol dire che con caldo, freddo, vibrazioni, errore di posizionamento, invecchiamento dei materiali eccetera la forma deve restare quella. In più la superficie non deve avere fori di dimensione superiore, di nuovo, a 1/10 di lambda; meglio se non ne ha del tutto.
Per questo motivo le antenne a ombrello, con superficie in rete metallica, sono usate per frequenze più basse (ad esempio, credo che la 10 m di RadioAstron lavorasse fino a 2 GHz, 15 cm). C’è un sacco di tecnologia dietro, e ovviamente è possibile fare aggiustamenti dinamici della forma della parabola; i grandi radiotelescopi fanno così, controllano forma e posizione dei pannelli usando riferimenti laser. Diversamente tenere la forma di un disco da 60 m come SRT entro una frazione di mm (deve lavorare a lambda 8 mm o meno) sarebbe impossibile.
Le antenne piatte tipo Marco sono una via di mezzo. I “patch” stampati sull’antenna portano alternativamente avanti e indietro la fase del segnale riflesso, simulando il fronte d’onda di una parabola. Hanno efficienza minore di un disco pieno di pari area, ma il vantaggio di essere piatti e di ingombro minimo.

@korolev le distanze interstellari fanno paura, comunque le si guardi


#20

molto interessante. immagino che ci siano motivi di ottimizzazione che portano alla scelta della frequenza di trasmissione migliore. banda passante? interferenze?