Sistemi spaziali di Osservazione della Terra

Tecnologie, Sensori, Piattaforme

Venezia, 15 Gennaio 2010

Segmento Spaziale

Giovanni Sylos Labini

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Argomenti

Componenti di un Sistema Spaziale

Il Segmento Spaziale

- La piattaforma

- Il Payload

Il Segmento Terreno

Il Formato dei Dati

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Segmento spaziale

Come è fatto un Satellite

Sensori

Orbite

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Componenti di un Satellite

BUS (PIATTAFORMA) PAYLOAD

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BUS (Piattaforma)

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Le Funzioni del BUS

Il BUS rende disponibili al sattellite tutte le funzioni di mantenimento (House Keeping):

TT&C : Telecomunicazione, Tracking e Control

AOCS: Attitude overall Control System (Controllo di Assetto)

Power: Potenza elettrica

Propulsione

OBDH: On Board Data Handling

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TT&C

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Funzioni del TT&C

Gestione del Segnale

Rilevazione e Ricezione dei Comandi

Modulazione e Trasmissione della Telemetria

Ranging (Cioè misura della posizione del Satellite

Gestione dei Sottosistemi

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Ranging

Il Segnale dalla stazione di terra (Uplink) viene ritrasmesso verso la stazione di Terra (downlink)

- Il Tempo di propagazione consente di calcolare la distanza

- Gli angoli di Puntamento dell’antenna Azimuth ed Elevazione

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TT&C Gestione dei Sottosistemi

Riceve comandi dal Command Data & Handling Subsystem

Trasmette dati di Housekeeping al CD&H

Gestisce il Puntamento

Esegue le sequenze di missione

In caso di perdita di assetto autonomamente entra in modo safe (omni)

E’ in grado di implementare sequenze automatiche in caso di malfunzionamenti

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AOCS – Attitude Overall Control System

Questo sistema consente di gestire il puntamento del satellite e di stabilizzarlo lungo la sua Orbita:

E’ quindi sia critico per la vita del satellite

Che per le capacità di utilizzo dei sensori di bordo

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Alcuni metodi di controllo di Assetto

Metodo Accuratezza NOTE

Spin Stabilized 0,1 deg Passivo Semplice -singolo asse di inerzia a Basso Costo

Gravity Gradient 1-3 deg Semplice Passivo Basso Costo

Giroscopi 0,01 degMolto preciso, richiede comunque un altro sistema, costoso

Jets 0,1 deg Richiede carburante, rapido ma ad alto costo

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Impianto di Potenza elettrica (EPS)

EPS

ALIMENTAZIONE DISTRIBUZIONEREGOLAZIONE

E CONTROLLO

ACCUMULO

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Range Applicativo di Sorgenti Differenti

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SORGENTI

Pannelli Fotovoltaici

Celle a combustibile

Reattori Nucleari

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Celle a Combustibile

Output voltage per cell 0.8 V

Consumano Idrogeno e Ossigeno, producono acqua (1L/Kwh)

Alta potenza specifica (275 W/kg)

- Le celle dello Shuttle producono 16 kW peak

Il processo è reversibile quindi sono un utile sistema di accumulo

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Reattori Nucleari RTG Radioisotope ThermoelectricGenerators

Usati in alcune missioni interplanetearie

Il decadimento naturale della fonte radioattiva genera calore

Il Gradiente termico su una giunzion p-n genera corrente

Genera alte temperature:

- Lead telluride (300 – 500 deg C,

- silicon germanium >600 deg C

E quindi la temperatura in eccesso deve essere smaltita dal satellite

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Celle Fotovoltaiche

Sono sorgenti provate e affidabili

Hanno una elevata potenza specifica e un basso costo unitario

Le alte temperature riducono l’efficienza

Le radiazioni riducono performance e vita media

In gran parte delle orbite bisogna introdurre sistemi di accumulo per gestire le eclissi

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On Board Data Handling

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Computer di Bordo : OBDH

I Principali Stati di un Sistema Spaziale

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OBDH cont.

Non è possibile testare tutti gli stati anche di sw elementare

Quindi nei sistemi spaziali tutto e basato sulle prove, sulle ridondanze, e sulle capacità di autotest del sistema

L’Ambiente Spaziale

Tutt’altro che vuoto….

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Orbite

Orbita Geostazionaria 3600 Km

Orbita PolareQuota 700-1000 Km

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Lo Spazio extratmosferico

Lo Spazio è tutt’altro che vuoto

Un Sistema Spaziale deve confrontarsi con situazioni termiche estreme

Effetti di attrito sono sensibili anche a distanze > di 1000 Km

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Lo Spazio extratmosferico

Degassamento nel vuoto

Atmospheric drag

Reazioni Chimiche

Carica elettrica dovuta al plasma

Danneggiamento da particelle ad alta energia

Eventi Singoli nei circuiti elettrici

Impatti ad alta volecità

Il Payload

Classificazione dei Sensori

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Sensori attivi e passivi.

Sensori Attivi: Generano la radiazione consentendo una illuminazione controllata dell’area di interesse

Sensori Passivi: Utilizzano la Radiazione solare

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Sensori Attivi

Ottici

- Pro :Estrema precisione, immediatezza della misura, sensibilità alle cartteristiche chimiche del bersaglio

- Contro :Vita breve delle sorgenti, Assorbimento Atmosferico, presenza di parti meccaniche

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Sensori Attivi (cont.)

Microonde (Radar)

- Pro:Tecnologia matura, Risoluzione controllabile, Assenza di parti in movimento, elevata trasparenza del mezzo di propagazione in tutte le condizioni

- Contro:Geometria Complessa, Difficile Elaborazione del Dato, elevato peso e dimensione del sensore

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Sensori Passivi

Ottici

- Sono i sensori per Telerilevamento meglio conosciuti e di uso operativo adottati dalle missioni:

LANDSAT, SPOT, IRS, METEOSAT, J-ERS

- Dipendono in modo drammatico dalle condizioni atmosferiche e, nel visibile dalla illuminazione solare

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Sensori Passivi

LO SCANNER MULTISPETTRALE(MSS) DELLA SERIE LANDSAT

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Sensori Passivi (cont)

Microonde

- Sono essenzialmente Radiometri, di risoluzione limitata e comunque da utilizzare congiuntamente a strumenti ottici o a microonde attive.

- In genere offrono poche informazioni sulla geometria del bersaglio

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Segmento Terreno

Elementi del Segmento Terreno

Tecniche di Acquisizione e Distribuzione dei Dati

Formattazione e Media

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Elementi del segmento terreno

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Stazione di terra

Acquisizione e Distribuzione dei Dati

Distributore dei Dati

Valore Aggiunto

Utenti finali

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Principali Formati

BSQ

- Band Sequential

BIL

- Band Interleaved

BIP

- Band Inteleaved by Pixel

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BSQ

LINE 1 BAND 1

HEADER

LINE 2 BAND 1

LINE 1 BAND 2

LINE n BAND 1

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BIL

LINE 1 BAND 1

HEADER

LINE 1 BAND 2

LINE M BAND N

LINE 1 BAND n

LINE 2 BAND 1

LINE 2 BAND 2

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Interleaved By Pixel

BAND NPIX1

HEADER

BAND 3PIX 1BAND 2PIX1BAND 1

PIX 1

BAND NPIX1 BAND 3

PIX 1BAND 2PIX1BAND 1

PIX N