Il contributo dei radiotelescopi INAF al monitoraggio dei detriti spaziali e NEO: attività svolte e prospettive future S. Montebugnoli, E. Salerno Italian Workshop on Space Situational Awareness, ASI - Roma 9-10 Luglio 2012
Il personale INAF impiegato nel progetto Detriti Spaziali Nel 2001 presso la Stazione Radioastronomica di Medicina (INAF-IRA) nasce, il gruppo di ricerca Space Debris con lo scopo di utilizzare le facilities radioastronomiche dell'inaf per il monitoraggio e la caratterizzazione dell'ambiente detritico e l'osservazione dei NEO. Dal 2006 il gruppo partecipa al progetto ASI Detriti Spaziali. Stelio Montebugnoli Senior engineer - P.I. s.montebugnoli@ira.inaf.it Giovanni Naldi Ingegnere telecomunicazioni gnaldi@med.ira.inaf.it Giuseppe Pupillo Ricercatore post-doc g.pupillo@isac.cnr.it Andrea Mattana Ingegnere automazioni a.mattana@med.ira.inaf.it Emma Salerno Ricercatrice post-doc esalerno@ira.inaf.it Marco Bartolini Ingegnere informatico mbartolini@med.ira.inaf.it Germano Bianchi Ingegnere telecomunicazioni g.bianchi@ira.inaf.it Marco Schiaffino Ingegnere meccanico m.schiaffino@ira.inaf.it
La partecipazione di INAF al programma ASI Detriti Spaziali'' ed osservazioni sperimentali di NEO ATTIVITA' REALIZZATE Sviluppo e utilizzo di hardware - utilizzo di radiotelescopi come Rx di radar bistatici - ottimizzazione della strumentazione INAF già esistente - sviluppo sistemi di acquisizione dati in real-time - test di detezione NEO in collaborazione con Goldstone (California) Studio di tecniche osservative radar - studio e sviluppo di tecniche osservative radar bistatiche e quasi monostatiche Sviluppo di software - software per il puntamento delle antenne - software per la post-elaborazione dei dati - costituzione di un Data Base preliminare dei dati osservativi Attività osservative - pianificazione e realizzazione di sessioni osservative di detriti in LEO, MEO e GEO - pianificazione e realizzazione di osservazioni di NEO - Sessioni di validazione per SSA-ESA
Collaborazioni nazionali ed internazionali: campagne osservative in radar bistatico Collaborazione Campagna Rx Tx Target Italia-Ukraina INAF-ASI Medicina (Parab.) Evpatoria Detriti Italia-Russia- Ukraina-Cina VLBR Medicina (Parab.) - VLBR network Evpatoria Detriti Italia - Ukraina INAF-ASI Medicina Noto (Parabole) Evpatoria Detriti Italia Russia (?) Italia - USA Test Nazionali INAF-ASI CNR - NASA Prove di puntamento e detezione Medicina (Parab.) - Ventspils Evpatoria Detriti Medicina (Parab.) Goldstone NEO Medicina (Croce) Parabola 4 mt(radioamator e di Gorizia) Detriti di grandi dimens.
Sistema radar multistatico utilizzato da INAF per i Detriti Spaziali Trasmettitore Evpatoria RT-70 Ucraina Ricevitori Medicina 32-m Noto 32-m Bologna Siracusa Diametro: 70 m Potenza Tx: 20-40 kw Modulazione: CW Polarizzazione: RCP Frequenza: 5010.024 MHz Diametro: 32 m Tsys in banda C: 26 K (MC) - 30 K (NT) Polarizzazione: RCP - LCP Frequenza centrale (MC): 5010.020 MHz Bandwidth: 500 KHz (sampling rate: 1 MHz)
Risultati più significativi delle campagne osservative (SD) (ASI-INAF Medicina Evpatoria f= 5 GHz) Eco del detrito più piccolo osservato: Target 35716 (COSMOS 2251DEB) - 2010 RCS = 2 cm 2 Bistatic Slant range = 2415.430 km Eco radar di un detrito non correlato registrato il 18/07/2007 alle 17:17:56 UT Radar bistatico : Medicina Evpatoria modal: Beam-Park Coordinates volume s centroid: Alt = 875 km ; Lat = 47.800 deg ; Long = 21.172 deg
Sistema radar bistatico utilizzato da INAF per i NEO DSS-14 Goldstone (California, US) Parabola di Medicina (Bologna) Diametro: 70 m Potenza Tx: 430 kw Modulazione: CW Polarizzazione: RCP Frequenza: 8560.0 MHz (X-band) Diametro: 32 m T sys in X band: 25 K Polarizzazione: RCP - LCP Frequenza centrale: 8560.0 MHz Bandwidth: 500 KHz (sampling rate: 1 MHz)
Risultati più significativi delle campagne osservative (NEO) (CNR-Medicina NASA-Goldstone) Asteroide 1998 WT24: NEO = Asteroide 1998 WT24 data osservazione = 16-17 / 12 / 2001 distanza dalla Terra (16/12/2001) = 0.0125 UA = 1870000 km distanza dalla Terra (17/12/2001) = 0.0139 UA = 2079440 km Echo radar di 1998 WT 24 con sistema di acquisizione MSpec0 @ 60 Hz di risoluzione Echo radar di 1998 WT 24 con sistema di acquisizione SERENDIP IV @ 0.7 Hz di risoluzione Di Martino et al., Results of the first Italian planetary radar experiment, Planet. Space Sci., 52, (2004)
Potenzialità di INAF- Medicina in ambito SSA-ESA La Croce del Nord è uno dei più grandi array esistenti ed è costituito da 5632 dipoli installati su 2.1 Km di linee focali. L'installazione di un Rx ogni 2 dipoli, consentirebbe di ottenere un radar bi/monostatico dalle prestazioni uniche (traiettoria di debris determinabile con una accuratezza di almeno ±2 arcmin su un FoV di 120 deg 2 ). Duplicando la frequenza operativa (820 MHz) questa risulterebbe essere di ±1 arcmin.
Eco da NROL 21 illuminato con 300 W da Gorizia (antenna parabolica da 4 mt) rivelato con un settore di appena 40 m 2 dei 27.000 m 2 totali disponibili. Diametero: 4 mt Tx: 300 W Modulatione: CW Polarizatione: RCP Frequenz: 409 MHz (UHF-band)
Multibeaming (multipixel) Attualmente l'utilizzo di solo 1/8 del ramo N/S (già reingegnerizzato in ambito SKA) ci consente di determinare la traiettoria di un detrito con una accuratezza di almeno 45x15 arcmin su FoV di 30 deg 2
L'utilizzo dell'intera Croce opportunamente reingnerizzata ci consentirebbe di determinare la traiettoria di un detrito con una accuratezza di almeno ±2 arcmin su un FoV di 120 deg 2. Con 10 KW (iuhf 410 MHz) la stima teorica della RCS min è di 130 cm 2. Aumentado la frequenza a 830 MHz la stima teorica della RCS è di 30 cm 2 (±1 arcmin) - Elevatissima sensibilità: 27.000 m 2 area efficace - Ampio campo di vista: ~ 120 deg 2 - Definizione molto accurata della traiettoria: 24.000 beams (pixel). - Back end: cluster di FPGA (Virtex 5 7) stima: centinaia di Tops/sec
Collaborazioni Internazionali di INAF in ambito ASI-SSA - ASI: c'è stata una collaborazione per la parte ricerca statistica che potrebbe essere utile in quella deterministica di detriti in SSA (Medicina - Evpatoria) - ESA nell'ambito di un programma di validazione di alcuni aspetti osservativi radar della Croce - FGAN: sono in corso contatti per finalizzare test osservativi in banda L (Tira- Medicina) in previsione di una probabile collaborazione. - GOLDSTONE: Osservazioni radar di NEO in close approach Collaborazioni in corso - Università di Roma/ Bologna (Prof. Piergentili) - CNR di Pisa (Dr. L. Anselmo) - Politecnico di Milano (gruppo Prof. Lavagna) Per testare le capacità nazionali con assetti esistenti, verranno condotti entro l estate 2012 alcuni test con un TX dell aeronautica situata in Sardegna e la Croce del Nord (Medicina). Questi test si inseriscono nelle attività dell Ufficio del Consigliere Militare della Presidenza del Consiglio dei Ministri che hanno come oggetto la Policy nazionale nel settore dello Space Situational Awareness (SSA).
Conclusioni L'esperienza acquisita nell'ambito della ricerca statistica di detriti spaziali (programma ASI 2006-2010) costituisce un aspetto fondamentale per quella deterministica di detriti in SSA. Le grandi potenzialità a livello di alta sensibilità ed accuratezza nella determinazione delle traiettorie e possibilità di acquisire gli stessi oggetti più di una volta, fa della Croce del Nord un sensore unico per le sue caratteristiche nel campo dei radar per SSA.
Percentuale di oggetti del catalogo NORAD che attraversano il campo di vista della Croce del Nord in funzione del tempo di osservazione (strumento di transito)
APPENDICE Vantaggi: -Elevata sesibilità in LEO -Possibilità di operare 24 ore al giorno -Indipendenza dalle condizioni meteo -Indipendenza dalla illuminazione solare del target -Ampio campo di vista -Possibilità di misurare la posizione del target all interno del FoV con precisione di almeno +/- 2 arcmin (+/- 1 arcmin) in azimut ed elevazione e quindi capacità di determinare, con la stessa precisionie, la traiettoria del target proiettata sul piano perpendicolare alla linea di vista -Possibilità di misurare range e range/rate del target all interno del FoV per ogni impulso ricevuto (monostatico) Svantaggi -Impossibilità di effetttuare tracking all esterno del campo di vista -Limitazione del puntamento solo lungo il meridiano (azimut da 0 a 180 gradi) ed entro un determinato intervallo di angolo di elevazione