VASIMR verso lo step 5


#41

Forse non cambierebbe molto, ma non si potrebbe inviare la cancellata science power station?


#42

Tornando indietro abbiamo visto che per compensare il drag atmosferico bastano 5kW continui, e secondo me avendone 100 a disposizione usarne 5 di continuo è ammissibile, ma bisogna valutarne i vantaggi.
La propulsione elettrica è molto precisa, quindi penso che con gli opportuni sistemi di controllo ad anello chiuso si riesca ad azzerare quasi perfettamente l’influenza del drag atmosferico, portando il valore di microgravità presente sulla ISS ad un livello ancora più basso, cosa sicuramente utile per parecchi esperimenti.
A questo punto ci si scontra con altri fattori che però ipotizzo siano di ordini di grandezza maggiori rispetto al drag atmosferico, ovvero le vibrazioni di tutti i sistemi in movimento (ventole, pompe, motori vari) sempre o intermittentemente accesi oltre che con le passeggiate ed i movimenti dei 6 occupanti l’avamposto… Ne vale quindi la pena?


#43

Mi viene MOLTO difficile pensare che la decelerazione dovuta al drag atmosferico sia sempre perfettamente allineata con il motore ionico, che deve anche spingere la stazione in modo da evitare di applicare momenti, tali da permettere di effettuare questa compensazione…??


#44

Il mio pensiero nasceva da reminescenze di questa missione: http://lisa.nasa.gov/ in cui l’idea è di mantenere uno spacecraft a “galleggiare” attorno ad un cubo di Platino con una precisione estrema tramite propulsori elettrici.
Se si riesce a fare quello si riesce anche a correggere continuamente le variazioni dovute alla variabilità del drag atmosferico.


#45

In realta’ una missione che compensava il drag atmosferico c’e’ gia’ stata ed e’ GOCE :smiley:
Pero’ GOCE usava il gradiometro all’interno (che era lo strumento scientifico) nel ciclo ad anello chiuso per il controllo del motore a ioni. Per quanto riguarda la missione LISA, la storia invece e’ stata molto travagliata. LISA non e’ stata ancora finanziata, mentre il dimostratore tecnologico LISA Pathfinder partira’ a breve. Inizialmente i motori elettrici previsti erano i FEEP, dei motori che usavano del materiale colloidale per spinte dell’ordine di femtoN se non ricordo male. Lo sviluppo dei FEEP non e’ andato a buon fine e si e’ proceduto con i miniRIT http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2011index/IEPC-2011-325.pdf, motori a ioni con spinte 10microN-200microN oppure 150-3000microN (cambia la forma della griglia di accelerazione che permette un passaggio di una portata maggiore), ma anche questa tecnologia (ad oggi qualificata) non e’ stata scelta. Alla fine e’ stata scelta la tecnologia cold gas (azoto freddo) http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2013-3854, che e’ la stessa utilizzata su GAIA.

Ritornando in topic, leggendo questo articolo http://www.adastrarocket.com/Jared_IEPC11-154.pdf sembra che l’obiettivo sia solo di testare il motore senza alcuna idea di utilizzarlo per il boost della ISS. Se un giorno si decidesse di utilizzare il VASIMR per effettuare un boost della stazione spaziale, da quel che avete scritto finora, sembra che, dati i tempi lunghi necessari per ottenere il deltaV necessario, la soluzione migliore sia di avere un sistema drag-free, ovvero un motore sempre accesso che al limiti disturbi quanto la resistenza atmosferica.
Secondo me, ipotizzando di avere sufficiente potenza a bordo, non sarebbe una cattiva idea :slight_smile:
Non puo’ peggiorare la qualita’ degli esperimenti a bordo rispetto alla resistenza atmosferica, perche’ l’accelerazione residua sarebbe inferiore a quella indotta dall’atmosfera. Tra l’altro immagino che la resistenza abbia un effetto esponenziale sul decadimento dell’orbita, quindi fornendo una spinta continua probabilmente il deltaV totale annuale sarebbe inferiore a quello di un boost al mese.
Qui pero’ mi vengono due domande:

  1. La resistenza ha direzione opposta alla velocita’, quindi conoscendo l’orientamento della ISS rispetto alla sua velocita’ orbitale si potrebbe installare il VASIMR in modo tale da controbilanciare la resistenza. Le accelerazioni spurie sarebbero nell’ordini del seno dell’angolo tra resistenza e spinta. La domanda e’: la ISS ha sempre lo stesso orientamento rispetto alla velocita’ orbitale? Ovvero: la poppa e la prua son sempre le stesse? Nel caso cosi’ non fosse si dovrebbero installare piu’ motori a seconda dei possibili orientamenti.
  2. Il disallineamento del vettore di spinta rispetto al centro di gravita’ genererebbe dei momenti che andrebbero compensati dalle ruote di inerzia, come tutti i momenti di disturbo che agiscono gia’ sulla ISS, compreso quello atmosferico. Domanda OT: il momento angolare accumulate dalle ruote di inerzia della ISS come viene scaricato?

Un problema di utilizzare questo sistema sarebbe la misura delle accelerazioni. Occorrerebbe considerare un tempo di campionamento delle misure “lungo” per avere una misura media delle accelerazioni subite dalla ISS ed filtrare vibrazioni interne (equipaggio e strumenti), pero’ mi sa che hanno dei drift molto accentuati questi strumenti.


#46

L’orientamento per il 90% del tempo è quello con il lato americano in avanti, poi può cambiare durante una dam, un rebost od un docking, credo anche che cambi a seconda del beta angle


#47

DDD certo ma sei sicuro che la componente drag sia sempre perfettamente normale a quella del movimento? Qui si parla di forze talmente piccole che occorre una precisione molto elevata.

Micene, parli di femtoN, ma tieni conto che un astronauta che si muove dentro la ISS (e per definizione lo fa “spingendosi” alle maniglie) applica forze di decine di N… non saprei se tutto questo discorso ha senso


#48

Magari si tratta di un motore modulabile, non ON-OFF; allora potresti pensare di fornirgli 10kW per 240 ore, e lui ti potrebbe fornire 0,5N di spinta… o di modularlo in modo da eliminare esattamente il debris? Sarebbe ottimo.


#49

Forse mi sono spiegato male, ho detto che quasi sempre la stazione volge il lato americano nella direzione del moto, non che il drag è sempre opposto al vettore di velocità


#50

Ma voi dite che è possibile misurare a bordo con precisione e real time i piccoli valori di decelerazione dovuti al drag atmosferico? Nei casi generici credo sia valutato attraverso problemi di determinazione orbitale da terra, in cui sostanzialmente a partire da varie osservazioni radio in luoghi e tempi diversi si ricavano con grandissima precisione posizione, velocità, parametri orbitali etc ed altre grandezze incognite come ad esempio stima della perturbazione atmosferica. Con tale tipo di “misurazione” non credo si potrebbe avere un adattamento real time del motore nei confronti del (non costante) drag atmosferico…


#51

La decelerazione è di ordini di grandezza inferiore alle accelerazioni dovute alle varie vibrazioni e alla rotazione della ISS (pure tenere l’asse z che punta sempre a terra). E come tale non è misurabile…


#52

Beh ma quella e’ l’accelerazione che tiene anche la ISS in orbita e non la fa perdere nel cosmo


#53

Che significa quello che hai scritto? :confused:


#54

Salvo avere un satellite come GOCE, costruito attorno ad una bilancia di Broglio, e che vola a quote ove il drag è ben maggiore. Ma non per ISS.


#55

Beh, GOCE non ha neanche pompe, ventilatori, astronauti sul tapis roulant, robonauti, etc che disturbano le misure… :smiley:


#56

Il semplice effetto dell’accelerazione gravitazionale della terra sull’ISS - la fa girare in tondo, in orbita, con sempre la stessa faccia rivolta verso terra. Se tale accelerazione non ci fosse, la ISS partirebbe per la tangente in linea retta.


#57

Che cosa la stabilizzerebbe, la parte della stazione che pesa di più viene attratta di più? :point_up:


#58

La forza aerodinamica generata dalla ISS avra’ una direzione: la resistenza per definizione e’ la componente parallela alla velocita’ (non normale), mentre la componente normale alla velocita’ e’ la portanza. In campo aerodinamico le definizioni son queste, non so se per la ISS vengono utilizzate altre definizioni, ma suppongo di no. In prima approssimazione per mantenere la quota occorre solo compensare l’effetto della resistenza.

Riguardo ai femtoN, quello era il discorso legato ai FEEP proposti per LISA, LISA Pathfinder ed inizialmente anche per GOCE, assolutamente non avrebbero senso per la ISS. Avevo solo fatto una lista di tecnologie di motori elettrici per far capire a quale precisione possono arrivare.

Una cosa che bisogna fare attenzione quando si parla di “spinte” degli astronauti, resistenza e spinte dei motori e’ che tutto cio’ che avviene all’interno della ISS puo’ far vibrare la struttura, ma non cambia la quantita’ di moto della ISS. Solo la resistenza e i motori possono cambiare la quantita’ di moto della stazione spaziale.
Comunque quello che volevo dire non e’ che il VASIMR debba essere utilizzato per eliminare il disturbo della resistenza, ma che se venisse utilizzato per il mantenimento della traiettoria non dovrebbe disturbare piu’ della resistenza. Effettivamente usarlo su ciclo chiuso con degli accelerometri sarebbe impossibile, pero’ pensavo che una spinta basata su un modello di resistenza atmosferica non dovrebbe essere una cosa cosi’ malvagia.
Faccio un esempio banale: se si sa che la resistenza ha un modulo che varia da 0.3 a 0.5 N, si fa andare il motore a 0.3N sempre. In questo modo ci sara’ sempre la necessita’ di un boost mensile, ma sara’ molto piu’ piccolo


#59

Non credo proprio che sulla ISS ci siano forze di marea abbastanza grandi per farla mantenere con sempre lo stesso lato rivolta verso la Terra. Immagino usino ruote di reazione.


#60

In base a quale legge fisica stai ragionando?
La forza gravitazionale della terra sull’ISS fa sì che il centro di massa della ISS ruoti in una certa orbita. Ma questo non ha niente a che vedere con l’assetto e quindi con il fatto che la faccia sia sempre rivolta verso terra.
Se quello a cui pensi è la stabilizzazione per gradiente gravitazionale, quella ha bisogno che uno degli assi di inerzia (quello verticale) sia molto preponederante rispetto agli altri due, cosa che la ISS non ha. L’assetto della ISS viene controllato per via dei giroscopi e dei thrusters, e viene variato a seconda di quello che serve per le particolari fasi operative.

Detto questo, indipendentemente da cosa sia a causare l’assetto particolare della ISS, ciò non toglie che normalmente la stazione ruota su se stessa di 360 gradi ogni orbita, il che causa una certa accelerazione su tutti i punti che non si trovano esattamente sul centro di massa della stazione pari al quadrato della velocità angolare diviso per la distanza dal centro di massa.
Se consideriamo un esperimento in Columbus, che si trova a una cinquantina di metri dal centro di massa, l’accelerazione risultate può non essere trascurabile (facendo un rapido calcolo a spanne, circa 10^-5 g)

Agli inizi della stazione era stato definito un modo operativo chiamato “microgravity mode”, in cui la stazione era sostanzialmente in free drift e quindi non dava sempre la stessa faccia alla terra. Questo avrebbe ottimizzato l’effetto di microgravitá eliminando le accelerazioni di cui ho parlato sopra ma avrebbe causato qualche problemino operativo al puntamento delle antenne e dei pannelli solari.
Alla fine che io sappia questo modo operativo non è mai stato usato, probabilmente perché il disturbo è in effetti molto piccolo paragonato ai problemi che quell’assetto avrebbe.