Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Progetto di un veicolo spaziale per la missione FOCAL

Il progetto del primo studente laureato della Fondazione Tau Zero è stato completato. Berkeley Davis, un luogotenente in seconda presso l’U.S. Air Force Institute of Technology di Dayton, Ohio, ha completato la sua tesi di dottorato avente per orgomento una sonda per lo spazio profondo in grado di portare a termine la missione FOCAL proposta dal dott. Claudio Maccone. Coloro che non hanno familiarità con la missione FOCAL, sappiano che si tratta di un  progetto per sfruttare l’effetto di lente gravitazionale del Sole, che inizia a circa 550 U.A. di distanza da esso e che secondo Maccone offrirà un forte ingrandimento per lo studio di soggetti come la CMB (radiazione cosmica di fondo nelle microonde). Per maggiori informazioni consultare gli archivi di Centauri Dreams. (Paul Gilster)

Origine del soggetto: Maccone, Deep Space Flight and Communications: Exploiting The Sun as a Gravitational Lens (Springer, 2009).

Analisi del veicolo e della missione Davis, Berkrley. R.(2012) Gravitational Lens: The Space Probe Design (Thesis) AFIT/GA/ENY/12-M06, Air Force Institute of Technology.

Per fornire una base di riferimento realistica di cosa sia possibile fare, allo studente è stato richiesto di contenere il suo progetto nell’ambito della tecnologia attualmente disponibile. La missione implica il trasporto di un radiotelescopio di 12 m di diametro a 550 Unità Astronomiche (UA) e proseguire oltre, per esaminare l’effetto di lente gravitazionale del nostro sole. La missione secondaria, che si svolge prima di raggiungere quel punto, è dedicata alla misura dei campi magnetici, delle particelle e delle polveri durante l’attraversamento del nostro sistema solare e la transizione attraverso il limite del sistema solare (the termination shock, the heliosheath, eliopausa) e nel vero spazio interstellare. In breve, si considera che questa missione possa essere compiuta con la tecnologia attualmente esistente a un costo compreso tra 3 e 5 miliardi di dollari (stima 2011), e che il veicolo spaziale impiegherebbe circa 34 anni per raggiungere il limite del nostro sistema solare, circa 110 anni per raggiungere il punto di missione primario a 550 UA, e continuerebbe successivamente per quasi 80 anni la raccolta dei dati fino a raggiungere circa 1000 UA, dove avrebbe probabilmente superato la previsione di due secoli di vita operativa.

Considerando questi obiettivi e limitazioni, lo studente ha progettato un veicolo a due stadi, che viene messo in orbita da un lanciatore “Delta IV-H/Star48/Star37”. Il primo stadio, che porta una schiera di pannelli solari per una potenza di 22 kW, monta quattro propulsori ionici tipo “NEXT” per portare il veicolo dall’orbita terrestre fino a Giove mediante una spinta praticamente costante in una traiettoria a spirale, per una durata di 17 anni. Una volta arrivato a Giove, lo stadio di spinta viene sganciato, e lo stadio principale completa la manovra di fionda gravitazionale intorno al pianeta gassoso. Anche lo stadio principale è dotato di quattro propulsori ionici “NEXT”alimentati da 20 generatori termici a radioisotopi (RTG) con una potenza di circa 4.4 kW, in questo momento della missione. Il veicolo accelera con continuità per altri 17 anni fino ad esaurimento del combustibile e a una distanza di circa 90 UA. In questo momento la sua velocità è di 6.7 UA/anno, che è quasi il doppio della velocità del Voyager (3.6 UA/anno). Per i successivi venti anni circa compie un volo inerziale sul confine tra il nostro sistema solare ed il vero spazio interstellare, raccogliendo dati per la missione secondaria. Infine dopo piu di 55 anni, raggiunge la distanza di 550 UA, il punto piu vicino nel quale l’effetto della lente gravitazionale idealmente inizia. A questo punto la sua velocità è diminuita a 6.2UA/anno. Occorrono altri 12 anni per raggiungere 625 UA, che rappresenta il punto realisticamente più vicino (non influenzato dai disturbi dovuti alla corona solare, nde) per osservare un segnale nel punto focale. Il veicolo continuerà ad allontanarsi dal Sole per i successivi 60 anni e sarà in grado di raccogliere dati (osservazioni del nostro sole come lente gravitazionale) fino a quando supererà la distanza di 1000 UA dal Sole, circa 180 anni dopo il lancio. Stime provvisorie sul numero dei cicli dei sistemi di controllo dell’assetto, dei calcolatori di bordo, ecc, indicano che questo veicolo possa effettivamente funzionare per due secoli. Nella tesi sono segnalate le seguenti raccomandazioni:

  • dato che allo stato attuale la produzione di energia per i veicoli spaziali è il fattore tecnologico maggiormente limitante, essa deve essere considerata di primaria importanza nei prossimi programmi di ricerca sulle missioni interstellari

  • per compiere questo tipo di missioni che impiegano la tecnologia RTG, deve essere completamente riattivata la produzione di Plutonio-238

  • la durata delle missioni è piu estesa dei test di durata a terra, perciò devono essere create nuove tecniche di collaudo per garantire che il veicolo sarà ancora in funzione al momento in cui avrà raggiunto la posizione per la sua missione interstellare.

Nota: La missione utilizza circa il 10% della produzione totale annua di Xeno, e questo Xeno non sarà riutilizzabile sulla Terra. Questo studio è solo un primo approccio al problema, e le sue conclusioni non devono essere considerate definitive. 

Informazioni aggiuntive

 

Stadio di spinta

  • 4 Propulsori ionici = 225 kg (615 W – 7.2 kW ciascuno)

  • Serbatoio dello Xeno = 309 kg

  • Carico dello Xeno = 2996 kg

  • Pannelli solari 900 kg, 22kW

  • Spinta dall’orbita bassa terrestre  fino a Giove, distacco presso Giove

 Stadio principale

  • 4 Propulsori ionici = 225 kg (615 W – 7.2 kW ciascuno)

  • Serbatoio dello Xeno = 217 kg

  • Carico delloXeno = 1888 kg

  • Energia RTG: 20 generatori termici da sorgente di calore da radioisotopi per uso generale. Ciscuno pesa 58 kg, potenza iniziale di 246 W ed emivita di 90 anni

  • 12 propulsori di assetto = 0,8 kg ciascuno

  • Serbatoi del propellente per il controllo di assetto = 12 kg

  • Propellente per il controllo di assetto = 151 kg

  • Carico utile (strumenti scientifici) 51kg, 40W

    • Radiotelescopio 12m (con la doppia funzione di antenna di comunicazione ad alto guadagno)

    • Magnetometri

    • Rivelatori di particelle

    • Rivelatori di polveri

    • I propulsori funzionano da Giove fino alla distanza di 90 UA dove si esauriscono. Volo inerziale da 90 UA in avanti, con trasmissione dati a 100 kBit/sec fino a 1000UA.

      traduzione di PIERFELICE GABRIELLI

      Titolo originale: “Interstellar (Precursor) Mission & Vehicle Design“, scritto da Marc Millis e pubblicato il 30 marzo 2012 da Centauri Dreams

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21 luglio 2012 - Posted by | Astrofisica, Astronautica, missione FOCAL, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , ,

1 commento »

  1. E’ un progetto incredibilmente affascinante. E tuttavia mi chiedo se non sia utile cercare di capire se, oltre al problema di una vita operativa dei sistemi di gran lunga superiore alla materiale possibilità di effettuare dei test (quanto ridondanti dovrebbero essere?) non valga la pena di impegnarsi nella ricerca di modalità di propulsione più efficaci, in grado di portare la vita totale dell’operazione al di sotto della soglia dei 50/60 anni. Se si perdessero i prossimi trent’anni a cercare e testare nuove forme di propulsione, nella peggiore delle ipotesi il progetto a partire da oggi durerebbe 210 anni invece di 180. Non mi sembra una gran differenza.

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    Commento di Michele | 27 settembre 2012 | Rispondi


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