Corso di Tecnologie Spaziali Lezione 2. Dai razzi V2 a NGST. Sintesi storica delle missioni spaziali. Dr. Emanuele Pace.

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1 Corso di Tecnologie Spaziali Lezione 2 Dai razzi V2 a NGST Sintesi storica delle missioni spaziali Dr. Emanuele Pace Gennaio 2005

2 . Il primo a discutere i vantaggi delle missioni spaziali per fare astrofisica fu Oberth nel 1923, ma fu ignorato. Nel 1946 Lyman Spitzer discusse in un rapporto interno intitolato Advantages of an Extra-Terrestrial Observatory, scritto per la Rand Corporation, l importanza di fare astronomia nell UV sfruttando sonde spaziali E. Pace - Tecnologie Spaziali 2

3 Programma di Spitzer Studio della composizione delle atmosfere planetarie Misure della struttura delle atmosfere stellari, inclusa la possibilità di studiare atmosfere in espansione nelle righe intense di emissione del C, N ed O Misura delle temperature di colore di stelle molto calde Misura della magnitudine bolometrica delle stelle Analisi delle curve di luce UV di binarie ad eclisse per ottenere informazioni sulla massa stellare e le proprietà del Usare la comprensione delle atmosfere stellari, migliorata grazie agli studi nell UV, per determinare con maggior precisione le distanze stellari Misura della composizione del gas interstellare Misura delle proprietà in assorbimento dei grani interstellari Misura degli spettri UV delle supernovae per comprendere meglio i processi di esplosione E. Pace - Tecnologie Spaziali 3

4 Sfide tecnologiche Guadagnare un accesso affidabile allo spazio Sviluppare sistemi ottici o spettroscopici piccoli e leggeri Sviluppare sistemi di controllo e di puntamento per razzi e satelliti Sviluppare rivelatori efficienti Progettare e costruire sistemi robotici complessi che possano operare nello spazio Sviluppare sistemi di alimentazione leggeri ed efficienti E. Pace - Tecnologie Spaziali 4

5 Sonde sub-orbitali Aeroplani Sonde orbitali e planetarie Stazioni spaziali E. Pace - Tecnologie Spaziali 5

6 I voli di pallone per l astronomia probabilmente cominciarono nel Janssen,, dell Osservatorio di Meudon provò a dimostrare che alcune righe degli spettri del Sole erano dovute al terrestre. Le altezze raggiunte furono di km La tecnologia dei palloni migliora dagli anni 50 ed i voli portano carichi fino a 2 ton a km. E. Pace - Tecnologie Spaziali 6

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8 Stratoscope I e II e Coronascope I e II di Spitzer della Princeton University sono i precursori dei moderni telescopi su pallone. I telescopi ebbero fino a 86 cm di diametro d apertura con una precisione di puntamento pari a 1 arcsec. E. Pace - Tecnologie Spaziali 8

9 I voli di pallone permettono missioni Frequenti Flessibili A basso costo Lunghe ad alta quota L esperimento svedese Pointed Infrared Observation Gondola (PIROG) è un telescopio general purpose di 60 cm con precisione di puntamento di 1 arcsec attivo dal Il carico comprende strumenti per l infrarosso ed il sub-millimetrico. E. Pace - Tecnologie Spaziali 9

10 Osservazioni astronomiche Osservazione della Terra L permette alcune ore di volo con equipaggio a bordo Le osservazioni astronomiche furono effettuate da inglesi ed americani, oggi solo da un consorzio Italo-Tedesco Le osservazioni della Terra sono molto diffuse ed utilizzate Alcuni voli su sono organizzati per calibrare strumenti a bordo di satelliti E. Pace - Tecnologie Spaziali 10

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12 Kuiper Airborne Observatory Aereo Cargo C-41 C modificato dalla NASA Voli dal 1971 al 1995 Regione spettrale: infrarosso E. Pace - Tecnologie Spaziali 12

13 Kuiper Airborne Observatory E. Pace - Tecnologie Spaziali 13

14 Telescopio di E. Pace - Tecnologie Spaziali 14

15 Immagini da E. Pace - Tecnologie Spaziali 15

16 Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy NASA and the DLR, German Aerospace Center, are working together to create a Boeing 747SP aircraft modified by L-3 Communications Integrated Systems to accommodate a 2.5 meter reflecting telescope.. will be the largest airborne observatory in the world, and will make observations that are impossible for even the largest and highest of ground- based telescopes.. is an airborne observatory that will study the universe in the infrared spectrum.. E. Pace - Tecnologie Spaziali 16

17 Telescopio di E. Pace - Tecnologie Spaziali 17

18 Telescopio di Lo specchio primario ha un diametro di 2.7 m e pesa 880 kg. E. Pace - Tecnologie Spaziali 18

19 Specifiche degli strumenti E. Pace - Tecnologie Spaziali 19

20 Nel 1945 al termine della II guerra mondiale le Forze Alleate catturarono un certo numero di razzi V2 e parte di queste furono utilizzate per programmi scientifici. La base di lancio fu posta a White Sands,, nel deserto del New Mexico, dove è situata tuttora. I razzi potevano portare 1000 kg a 160 km Il primo volo fu nel giugno 1946 per astronomia UV I successivi furono per osservare il Sole nei raggi X Queste furono le prime prove che i corpi celesti emettevano anche in regioni spettrali di energie maggiori al visibile Fra il 1946 e il 1951 furono lanciate 69 missioni delle quali 40 con successo. E. Pace - Tecnologie Spaziali 20

21 Nel 1949 le V2 furono sostituite dai razzi Viking capaci di portare gli esperimenti a circa 250 km In parallelo furono sviluppati gli Aerobee portavano carichi di 270 kg a 300 km di quota. che Attualmente i razzi americani sono vari e raggiungono quote diverse in funzione del carico. I canadesi hanno sviluppato la serie di razzi Black Brant,, che in tempi recenti sono arrivati (Black Brant XII) a 1600 km di quota. Gli inglesi hanno sviluppato la serie Skylark capace di portare 100 kg a 1000 km di quota. Non più usati per astronomia, sono impiegati in esperimenti di ricerca sui materiali E. Pace - Tecnologie Spaziali 21

22 Razzi in dotazione alla NASA per esperimenti scientifici E. Pace - Tecnologie Spaziali 22

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24 I vantaggi dei razzi sonda sono Economicità Affidabilità Flessibilità Tempi brevi di realizzo Semplicità E. Pace - Tecnologie Spaziali 24

25 La traiettoria dei razzi sonda è una parabola e viene mantenuta grazie ad un sistema di guida a giroscopi che controlla la deflessione di alette stabilizzatrici (attitude( control system) La durata media di un osservazione generalmente è di circa 5 minuti e viene avviata al di sopra di una quota prefissata, ad esempio 250 km per esperimenti UV e soft-x. Il puntamento degli oggetti celesti avviane attraverso dei rivelatori di puntamento L esperimento ha l apertura in coda al razzo, mentre la punta ospita il paracadute. I dati vengono raccolti in memorie a bordo e/o inviati a Terra mediante la TELEMETRIA E. Pace - Tecnologie Spaziali 25

26 Parametri di volo E. Pace - Tecnologie Spaziali 26

27 Parametri di volo E. Pace - Tecnologie Spaziali 27

28 Parametri di volo E. Pace - Tecnologie Spaziali 28

29 Sottosistemi Il carico di un razzo è formato dai seguenti sottosistemi: scientific instrumentation mechanical systems electrical systems event timing/programming pyrotechnic devices telemetry systems attitude control system recovery system E. Pace - Tecnologie Spaziali 29

30 Sottosistemi: telemetria Tre sono i sistemi di telemetria principali: E. Pace - Tecnologie Spaziali 30

31 Sottosistemi: alimentazione Fornita da batterie: Nickel-cadmio cadmio Zinco-Argento Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V L alimentazione deve anche provvedere a Riscaldatori Motorizzazioni Funzioni pirotecniche E. Pace - Tecnologie Spaziali 31

32 Analisi di missione su razzo E. Pace - Tecnologie Spaziali 32

33 Operazioni per missione su razzo E. Pace - Tecnologie Spaziali 33

34 E. Pace - Tecnologie Spaziali 34

35 Esempio: Missione solare HElium Resonant Scattering from HELiosphere Immagini del sole nell EUV Coronografo nel VIS/EUV Volo previsto per il 2007 da White Sands Obiettivo principale della missione: Osservare il Sole alla riga di emissione dell He ionizzato (30.4 nm), in particolare nella corona fino a 2 raggi solari E. Pace - Tecnologie Spaziali 35

36 E. Pace - Tecnologie Spaziali 36

37 Esempio: E. Pace - Tecnologie Spaziali 37

38 Esempio: E. Pace - Tecnologie Spaziali 38

39 Esempio UV VISIBLE E. Pace - Tecnologie Spaziali 39