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

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

2 E. Pace - Tecnologie Spaziali2 Primi passi…. 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, limportanza di fare astronomia nellUV sfruttando sonde spaziali Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

3 E. Pace - Tecnologie Spaziali3 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 dellatmosfera Usare la comprensione delle atmosfere stellari, migliorata grazie agli studi nellUV, 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 Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

4 E. Pace - Tecnologie Spaziali4 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 Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

5 E. Pace - Tecnologie Spaziali5 Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Palloni stratosferici Sonde sub-orbitali Sonde sub-orbitali Razzi sonda Razzi sonda Aeroplani Aeroplani Sonde orbitali e planetarie Sonde orbitali e planetarie Stazioni spaziali Stazioni spaziali Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

6 E. Pace - Tecnologie Spaziali6 Palloni stratosferici I voli di pallone per lastronomia probabilmente cominciarono nel Janssen, dellOsservatorio di Meudon provò a dimostrare che alcune righe degli spettri del Sole erano dovute allatmosfera terrestre. I voli di pallone per lastronomia probabilmente cominciarono nel Janssen, dellOsservatorio di Meudon provò a dimostrare che alcune righe degli spettri del Sole erano dovute allatmosfera terrestre. Le altezze raggiunte furono di km 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. La tecnologia dei palloni migliora dagli anni 50 ed i voli portano carichi fino a 2 ton a km. Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

7 E. Pace - Tecnologie Spaziali7 Palloni stratosferici Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

8 E. Pace - Tecnologie Spaziali8 Palloni stratosferici Stratoscope I e II e Coronascope I e II di Spitzer della Princeton University sono i precursori dei moderni telescopi su pallone. 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 dapertura con una precisione di puntamento pari a 1 arcsec. I telescopi ebbero fino a 86 cm di diametro dapertura con una precisione di puntamento pari a 1 arcsec. Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

9 E. Pace - Tecnologie Spaziali9 Palloni stratosferici I voli di pallone permettono missioni Frequenti Frequenti Flessibili Flessibili A basso costo A basso costo Lunghe ad alta quota Lunghe ad alta quota Lesperimento 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 linfrarosso ed il sub-millimetrico. Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

10 E. Pace - Tecnologie Spaziali10 Strumenti su aereoplano Osservazioni astronomiche Osservazioni astronomiche Osservazione della Terra Osservazione della Terra Laereoplano permette alcune ore di volo con equipaggio a bordo Laereoplano 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 astronomiche furono effettuate da inglesi ed americani, oggi solo da un consorzio Italo-Tedesco Le osservazioni della Terra sono molto diffuse ed utilizzate Le osservazioni della Terra sono molto diffuse ed utilizzate Alcuni voli su aereoplano sono organizzati per calibrare strumenti a bordo di satelliti Alcuni voli su aereoplano sono organizzati per calibrare strumenti a bordo di satelliti Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

11 E. Pace - Tecnologie Spaziali11 Strumenti su aereoplano Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

12 E. Pace - Tecnologie Spaziali12 Kuiper Airborne Observatory Aereo Cargo C-41 modificato dalla NASA Aereo Cargo C-41 modificato dalla NASA Voli dal 1971 al 1995 Voli dal 1971 al 1995 Regione spettrale: infrarosso Regione spettrale: infrarosso Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

13 E. Pace - Tecnologie Spaziali13 Kuiper Airborne Observatory Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

14 E. Pace - Tecnologie Spaziali14 Telescopio di KAO Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

15 E. Pace - Tecnologie Spaziali15 Immagini da KAO Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

16 E. Pace - Tecnologie Spaziali16 SOFIA Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy NASA and the DLR, German Aerospace Center, are working together to create SOFIA a Boeing 747SP aircraft modified by L-3 Communications Integrated Systems to accommodate a 2.5 meter reflecting telescope. SOFIA 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. SOFIA is an airborne observatory that will study the universe in the infrared spectrum. Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

17 E. Pace - Tecnologie Spaziali17 Telescopio di SOFIA Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

18 E. Pace - Tecnologie Spaziali18 Telescopio di SOFIA Lo specchio primario ha un diametro di 2.7 m e pesa 880 kg. Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

19 E. Pace - Tecnologie Spaziali19 Specifiche degli strumenti Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

20 E. Pace - Tecnologie Spaziali20 Razzi sonda 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. 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. 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 I razzi potevano portare 1000 kg a 160 km Il primo volo fu nel giugno 1946 per astronomia UV Il primo volo fu nel giugno 1946 per astronomia UV I successivi furono per osservare il Sole nei raggi X 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 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. Fra il 1946 e il 1951 furono lanciate 69 missioni delle quali 40 con successo. Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

21 E. Pace - Tecnologie Spaziali21 Razzi sonda Nel 1949 le V2 furono sostituite dai razzi Viking capaci di portare gli esperimenti a circa 250 km Nel 1949 le V2 furono sostituite dai razzi Viking capaci di portare gli esperimenti a circa 250 km In parallelo furono sviluppati gli Aerobee che portavano carichi di 270 kg a 300 km di quota. In parallelo furono sviluppati gli Aerobee che portavano carichi di 270 kg a 300 km di quota. Attualmente i razzi americani sono vari e raggiungono quote diverse in funzione del carico. 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. 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 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 Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

22 E. Pace - Tecnologie Spaziali22 Razzi sonda Razzi in dotazione alla NASA per esperimenti scientifici Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

23 E. Pace - Tecnologie Spaziali23 Razzi sonda Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

24 E. Pace - Tecnologie Spaziali24 Razzi sonda I vantaggi dei razzi sonda sono Economicità Economicità Affidabilità Affidabilità Flessibilità Flessibilità Tempi brevi di realizzo Tempi brevi di realizzo Semplicità Semplicità Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

25 E. Pace - Tecnologie Spaziali25 Razzi sonda 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 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 unosservazione 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. La durata media di unosservazione 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 Il puntamento degli oggetti celesti avviane attraverso dei rivelatori di puntamento Lesperimento ha lapertura in coda al razzo, mentre la punta ospita il paracadute. Lesperimento ha lapertura 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 I dati vengono raccolti in memorie a bordo e/o inviati a Terra mediante la TELEMETRIA Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

26 E. Pace - Tecnologie Spaziali26 Parametri di volo Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

27 E. Pace - Tecnologie Spaziali27 Parametri di volo Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

28 E. Pace - Tecnologie Spaziali28 Parametri di volo Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

29 E. Pace - Tecnologie Spaziali29 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 Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

30 E. Pace - Tecnologie Spaziali30 Sottosistemi: telemetria Tre sono i sistemi di telemetria principali: Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

31 E. Pace - Tecnologie Spaziali31 Sottosistemi: alimentazione Fornita da batterie: Fornita da batterie: Nickel-cadmio Nickel-cadmio Zinco-Argento Zinco-Argento Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V Lalimentazione deve anche provvedere a Lalimentazione deve anche provvedere a Riscaldatori Riscaldatori Motorizzazioni Motorizzazioni Funzioni pirotecniche Funzioni pirotecniche Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

32 E. Pace - Tecnologie Spaziali32 Analisi di missione su razzo Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

33 E. Pace - Tecnologie Spaziali33 Operazioni per missione su razzo Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

34 E. Pace - Tecnologie Spaziali34 Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

35 E. Pace - Tecnologie Spaziali35 Esempio: HERSCHEL Missione solare HElium Resonant Scattering from HELiosphere Missione solare HElium Resonant Scattering from HELiosphere Immagini del sole nellEUV Immagini del sole nellEUV Coronografo nel VIS/EUV Coronografo nel VIS/EUV Volo previsto per il 2007 da White Sands Volo previsto per il 2007 da White Sands Obiettivo principale della missione: Osservare il Sole alla riga di emissione dellHe ionizzato (30.4 nm), in particolare nella corona fino a 2 raggi solari Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

36 E. Pace - Tecnologie Spaziali36 Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

37 E. Pace - Tecnologie Spaziali37 Esempio: HERSCHEL Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

38 E. Pace - Tecnologie Spaziali38 Esempio: HERSCHEL Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

39 E. Pace - Tecnologie Spaziali39 Esempio HERSCHEL VISIBLE UV Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL


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