Tethered Satellites - che fine ha fatto questa brillante idea "Made in Italy"?

Nonostante abbia il guinzaglio, è impossibile afferrare notizie in italiano su questa brillante idea italiana.
Ho però trovato questa interessantissima presentazione NASA che ci mostra come applicare il TSS alla stazione ISS, e quali vantaggi ne derivano.
C’è di che essere orgogliosi. :smiley:
Il file PDF è prelevabile qui:
http://isaastatic.ams3.digitaloceanspaces.com/extras/ISS_tether_tech.pdf

Tutto merito del genio del compianto (mai troppo secondo me) Prof. Giuseppe - Bepi - Colombo, che ebbe questa “intuizione” tanti anni fa.

A casa ho una brochure addirittura dell’Aeritalia (antenata dell’attuale Alcatel Alenia Space - Italia) che tratta in dettaglio dell’ideazione, delle prime missioni e delle possibili applicazioni (tra cui stazioni spaziali) del sistema Thetered.

Non posso non provare un minimo di commozione ogni volta che lo vedo… :cry:

A volte le buone idee non muoiono davvero, aspettano solo il momento giusto per verificarsi.

Sarebbe interessante rivedere insieme le ragioni del fallimento di queste missioni. Che ne dite? Ricordo che hai tempi ci furono alcune “ombre” in merito.

In realta’ l’idea dei satelliti “a filo” ha fatto progressi da allora, ma tutti gli esperimenti da allora sono stati condotti con satelliti senza equipaggio e senza grossi contributi italiani

Qualche satellite a filo successivo al TSS
http://www.skyrocket.de/space/doc_sdat/seds.htm
http://www.skyrocket.de/space/doc_sdat/proseds.htm
http://www.skyrocket.de/space/doc_sdat/mast.htm

Sarebbe interessante rivedere insieme le ragioni del fallimento di queste missioni. Che ne dite? Ricordo che hai tempi ci furono alcune "ombre" in merito.

Per STS-46 (TSS-1) mi pare che la ragione venne presto a galla e, che io sappia, non è mai stata contraddetta. Io sentii questa spiegazione per la prima volta direttamente da Franco Malerba, durante una “appendice” per pochi intimi dopo un incontro a Genova: in pratica nella struttura di supporto del “rocchetto” del filo (di costruzione e responsabilità NASA) fu erroneamente inserito un bullone di lunghezza eccessiva. Tale bullone, dopo pochi giri di svolgimento del tether, andò a bloccare la spoletta che consentiva appunto un corretto svolgersi/riavvolgersi del filo, mandando in panne tutto il sistema e costringendo ad annullare, in pratica, l’esperimento. Pochi metri di guinzaglio bastarono comunque per dimostrare la bontà del progetto, e, soprattutto, che il Prof. Colombo aveva ragione.
La questione, secondo me, non è mai stata in discussione: se le cause non fossero state così chiaramente di responsabilità americana, ben difficilmente la NASA avrebbe concesso una seconda opportunità.
Per STS-75 (TSS-1R), mi pare che il famigerato “strappo” fu imputato, più che ad un cedimento “strutturale” del filo, ad una scarica elettrica di potenziale superiore al previsto (ironia della sorte, proprio uno dei principi per cui era stato costruito, cioè la conduzione di elettricità tra due corpi orbitanti a potenziale diverso, fu fatale al TSS).
Sarebbe veramente interessante tornare a parlare di questo geniale sistema spaziale, caduto troppo presto nel dimenticatoio dopo i due semi-fallimenti (o semi-successi?).
Grazie a Marco per aver aperto la discussione.

Ciao, Fabio

A mia modestissima opinione, il TSS era forse un po’ troppo ambizioso. Non solo cercava di verificare la fattibilita’ dei sistemi a filo, ma anche un loro possibile utilizzo. A mio parere, sarebbe stato meglio iniziare prima a studiare la dinamica di un sistema a filo durante lo svolgimento e le manovre di messa in tensione, e solo piu’ tardi si poteva passare a provarne le applicazioni

Per STS-46 (TSS-1) mi pare che la ragione venne presto a galla e, che io sappia, non è mai stata contraddetta. Io sentii questa spiegazione per la prima volta direttamente da Franco Malerba, durante una "appendice" per pochi intimi dopo un incontro a Genova: in pratica nella struttura di supporto del "rocchetto" del filo (di costruzione e responsabilità NASA) fu erroneamente inserito un bullone di lunghezza eccessiva. Tale bullone, dopo pochi giri di svolgimento del tether, andò a bloccare la spoletta che consentiva appunto un corretto svolgersi/riavvolgersi del filo, mandando in panne tutto il sistema e costringendo ad annullare, in pratica, l'esperimento. Pochi metri di guinzaglio bastarono comunque per dimostrare la bontà del progetto, e, soprattutto, che il Prof. Colombo aveva ragione.

Si, è esatto. Poichè fu chiaro che l’errore era da imputarsi ad uno dei contractors americani, responsabili della fornitura del sistema di riavvolgimento e del cavo, la NASA approvò il “Reflight” di TSS, da cui appunto l’acronimo di missione TSS-1R. Mi pare che questo sia stato l’unico caso di una ripetizione del genere. :stuck_out_tongue_winking_eye:
Buon per Cheli e Guidoni :smiley:
D’altro canto una delle cose che meno riesco a spiegarmi, anche alla luce di quanto contenuto nella presentazione che ho linkato pochi posts più sopra, è perchè questa promettente tecnologia, che permetterebbe, tra le altre cose, di ottenere energia praticamente “gratis” e di effettuare molte interessanti operazioni di controllo dell’assetto delle stazioni spaziali, non sia stata implementata sulla ISS.

D'altro canto una delle cose che meno riesco a spiegarmi, anche alla luce di quanto contenuto nella presentazione che ho [linkato pochi posts più sopra](http://www.forumastronautico.it/extras/ISS_tether_tech.pdf), è perchè questa promettente tecnologia, che permetterebbe, tra le altre cose, di ottenere energia praticamente "gratis" e di effettuare molte interessanti operazioni di controllo dell'assetto delle stazioni spaziali, non sia stata implementata sulla ISS.

La ragione principale del “non-uso” di questa tecnologia è stata inizialmente il requisito di “residual-g” necessario a compiere tutta una serie di esperimenti in microgravità a bordo della ISS, dal momento che con un tether si andava a spostare notevolmente il centro di massa (CM) della ISS. Attualmente molti di questi esperimenti con questo requisito molto spinto sono stati cancellati, quindi di certo questa tecnologia “made in Italy” appare essere molto promettente principalmente per la produzione in situ di energia, il reboost ed il controllo di assetto. Altro il discorso per il cambio di inclinazione dell’orbita con la implicazione “politica” del caso.
A mio parere l’unico problema serio da risolvere è il possibile rischio per i “visiting vehicles” della ISS (credo comunque abbastanza risolvibile)

Secondo me, nonostante le 2 missioni TSS, i sistemi a filo sono comunque una tecnologia tutt’altro che matura e quindi difficilmente potrebbero volare sull’ISS (che teoricamente servirebbe anche a maturare questo tipo di tecnologie…)

sicuramente è una tecnologia ancora da validare pienamente…nel caso della ISS bisognerebbe prevedere il comportamento di tutto il complesso se per caso un cavo si rompesse (un micrometeorite che passa da quelle parti, oppure come è gà successo un potenziale superiore a quello previsto)…potrebbero esserci delle instabilità e quindi per applicazioni sulla ISS il meccanismo di avvolgimento/svolgimento e il cavo stesso dovranno essere oggetto di studi ancora più approfonditi.

Ricordo di aver letto su un numero di Astronautica (l’unico che ho :cry: ) uscito poco prima della prima missione tethered che si prevedevano 3 missioni: la prima e la terza con svolgimento del cavo verso lo spazio per rispettivamente 20 e 100 Km e la secondo con svolgimento del cavo verso la Terra per lo studio degli strati più alti dell’atmosfera. Ricordo un impressione artistica dove veniva mostrato un tethered con una piccola coda e due timoni…una missione del genere non sarebbe stata male da fare anche perchè avrebbe permesso uno studio del tutto particolare della ns atmosfera ma anche problemi di assetto di tutto il complesso (shuttle + tethered) che sarebbe stato interessante (almeno per me) vedere risolti!!

Per STS-46 (TSS-1) mi pare che la ragione venne presto a galla e, che io sappia, non è mai stata contraddetta. Io sentii questa spiegazione per la prima volta direttamente da Franco Malerba, durante una "appendice" per pochi intimi dopo un incontro a Genova: in pratica nella struttura di supporto del "rocchetto" del filo (di costruzione e responsabilità NASA) fu erroneamente inserito un bullone di lunghezza eccessiva. Tale bullone, dopo pochi giri di svolgimento del tether, andò a bloccare la spoletta che consentiva appunto un corretto svolgersi/riavvolgersi del filo, mandando in panne tutto il sistema e costringendo ad annullare, in pratica, l'esperimento.

Vero. Sul libro “la vetta” di Malerba c’e’ un’immagine della vite che sporge sul rocchetto. Il fatto che un errore del genere sia passato attraverso tutti i gradi di supervisione che un progetto del genere ha (almeno 2 o 3), non sia stato notato nei test eccetera dovrebbe far riflettere sulla bonta’ dell’ingegneria che circonda alcune missioni…

Alcune risorse presenti sul Web (inutile la solita polemica, che anche questa volta non farò, sul fatto che il sito ASI è spoglio di qualunque dato raggiungibile dal browser su questo argomento :rage: )

Ho fatto un poco di ricerche nel DB NTRS, e vi sono diversi documenti riguardanti studi su sistemi a filo.
TSS-1R Mission Results è registrato nel DB ma il documento non è purtroppo disponibile in formato PDF.

Di seguito riporto alcuni titoli tra quelli che mi hanno maggiormente interessato, ma ve ne sono molti altri…

Satellite Motion Effects on Current Collection in Low Earth Orbit Zhang, T. X.; Hwang, K. S.; Wu, S. T.; Stone, N. H.; Chang, C. L.; Drobot, A.; Wright, K. H., Jr.; Rose, M. Franklin NASA Center for AeroSpace Information (CASI) 20000101; [2000] Results from the Tethered Satellite System (TSS) missions unambiguously show that the electrodynamic tether system produced 2 to 3 times the predicted current levels in the tether. The pre-mission predictions were based on the well-known Parker-Murphy (PM) model, which describes the collection of current by an electrically biased satellite in the ionospheric plasma. How the TSS satellite was able to collect 2-3 times the PM current has remained an open question. In the present study, self-consistent potential and motional effects are introduced into the Thompson and Dobrowolny sheath models. As a result, the magnetic field aligned sheath-an essential variable in determining current collection by a satellite-is derived and is shown to be explicitly velocity dependent. The orientation of the satellite's orbital motion relative to the geomagnetic field is also considered in the derivation and a velocity dependent expression for the collected current is obtained. The resulting model provides a realistic treatment of current collection by a satellite in low earth orbit. Moreover, the predictions, using the appropriate parameters for TSS, are in good agreement with the tether currents measured during the TSS-1R mission. Document ID: 20000110580 No Digital Version Available - Go to Tips on Ordering Updated/Added to NTRS: 2004-11-03
Grid-Sphere Current Collection in View of the TSS-1, TSS-1R Mission Results Khazanov, G. V.; Krivorutsky, E. N. NASA Center for AeroSpace Information (CASI) 20050101; [2005] Passive end-body contactors have been validated in space and provide a simple, effective and robust means of current collection at the positive terminal of an electrodynamic tether system. The grid-sphere has been first suggested by Stone and Gierow, [2001] as the end body that has distinct advantages, compare to solid sphere, lower dynamic drag and higher current-to-mass ratio. This paper presents the estimation of upper limit of current collection by grid-sphere that takes into account the orbital grid-sphere motion, and the ions production inside the grid-sphere. We review the current collection of Tethered Satellite System (TSS-1) flight and of the TSS-1R flights results and suggest how to incorporate them into the grid-sphere current collection estimations. The potential distribution inside the grid-sphere and the potential distribution outside the solid sphere for the same system parameters are calculated. Assuming that the grid- sphere is characterized by the transparency alpha, equal approximately to the ratio of the part of the sphere surface without the mesh to it's total surface, the upper limit of it's current collection is estimated. Document ID: 20050092361 No Digital Version Available Updated/Added to NTRS: 2005-05-18

Forse a distanza di anni la cosa la posso dire: la copertura termica e relativi bulloncini del TSS-1 (quello di STS-46) indovinate un po’ dove risiede oggi ?

Paolo D’Angelo

Io studio a Padova,proprio grazie a Colombo infatti ing. aerospaziale esiste a Padova (al CISAS all’entrata c’è una gigantografia del professore con un modellino di Shuttle in mano e dalla stiva di questo esce il Thethered),il mio prof di Dinamica del volo spaziale,a lezione ci ha sempre detto che la rottura del filo fu causata da un problema di System engeeniring,tradotto in una mancanza di controllo da parte della NASA delle condizioni del cavo,che era stato consegnato anni prima all’ente spaziale americano.Le condizioni nn perfette in cui era stato conservato avevano di fatto deteriorato il cavo,il termine del mio professore era "marcito"ma forse è un po’ eccessivo.

Forse a distanza di anni la cosa la posso dire: la copertura termica e relativi bulloncini del TSS-1 (quello di STS-46) indovinate un po' dove risiede oggi ?

Paolo D’Angelo

Garage dei 200 e oltre scatoloni? :roll_eyes:

Forse a distanza di anni la cosa la posso dire: la copertura termica e relativi bulloncini del TSS-1 (quello di STS-46) indovinate un po' dove risiede oggi ?

Paolo D’Angelo

Garage dei 200 e oltre scatoloni? :roll_eyes:

:scream: Stai a vedere che ci troviamo pure un mock-up di qualche capsula americana …

Forse a distanza di anni la cosa la posso dire: la copertura termica e relativi bulloncini del TSS-1 (quello di STS-46) indovinate un po' dove risiede oggi ?

Paolo D’Angelo

Garage dei 200 e oltre scatoloni? :roll_eyes:

No, no quello sta dentro casa…

Paolo D’Angelo

A proposito di satelliti a filo vi segnalo questo recente articoletto di Flight International
http://www.flightglobal.com/Articles/2006/06/13/207227/NASA+funds+tethered+satellite+technology+.html

Dunque da quanto ho sentito ci sono state come detto prima due errori nella progettazione del satellite TSS. Nella STS-46 il problema stava nel meccanismo a pendolo che doveva lentamente srotolare il cavo lungo 20km. Seguito una riparazione di emergenza a terra, delle viti erano state inserite nella scatola di questo meccanismo, che però erano troppo lunghe rispetto alle specifiche. Dunque sono andate ad intralciare il movimento dello “srotolatore” che si è incastrato dopo pochi metri di azione.
Nella STS-75 questo problema era stato risolto. Quì il fallimento è stato merito dell’isolamento elettrico del cavo. C’era infatti una incompatibilità fra il rivestimento in teflon e gli strati sottostanti, non isolandolo completamente. Quando una scarica elettrica più alta del normale è passata attraverso il cavo, esso si è spezzato poco prima di arrivare al suo apogeo operativo. Comunque in questa missione prima del distacco si era registrata una corrente elettrica, dunque il sistema stava funzionando alla grande, abbastanza anche per ricavarne dei dati importanti. Dunque non possiamo definire la missione un fallimento perchè ha dimostrato che il sistema TSS funzionava, e sono stati raccolti i dati necessari. Certo se avessero potuto riportare a terra il satellite sarebbe stato meglio :smiley:
L’ASI abbandonò poi il progetto…