Sistemi spaziali di Osservazione della Terra Tecnologie Sensori

Sistemi spaziali di Osservazione della Terra Tecnologie, Sensori, Piattaforme Venezia, 15 Gennaio 2010

Segmento Spaziale Giovanni Sylos Labini

Argomenti § Componenti di un Sistema Spaziale § Il Segmento Spaziale - La piattaforma - Il Payload § Il Segmento Terreno § Il Formato dei Dati Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 3

Segmento spaziale § Come è fatto un Satellite § Sensori § Orbite Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 4

Componenti di un Satellite BUS (PIATTAFORMA) Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali PAYLOAD Page 5

BUS (Piattaforma) Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 6

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 7

TT&C Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 8

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 9

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 10

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 11

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 12

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 deg Molto preciso, richiede comunque un altro sistema, costoso Jets 0, 1 deg Richiede carburante, rapido ma ad alto costo Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 13

Impianto di Potenza elettrica (EPS) EPS ALIMENTAZIONE ACCUMULO DISTRIBUZIONE Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali REGOLAZIONE E CONTROLLO Page 14

Range Applicativo di Sorgenti Differenti Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 15

SORGENTI § Pannelli Fotovoltaici § Celle a combustibile § Reattori Nucleari Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 16

Celle a Combustibile § Output voltage per cell 0. 8 V § Consumano Idrogeno e Ossigeno, producono acqua (1 L/Kwh) § Alta potenza specifica (275 W/kg) - Le celle dello Shuttle producono 16 k. W peak § Il processo è reversibile quindi sono un utile sistema di accumulo Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 17

Reattori Nucleari RTG Radioisotope Thermoelectric Generators § 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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 18

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 19

On Board Data Handling Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 20

Computer di Bordo : OBDH I Principali Stati di un Sistema Spaziale Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 21

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 22

L’Ambiente Spaziale Tutt’altro che vuoto….

Orbite Orbita Polare Orbita Geostazionaria 3600 Km Quota 700 -1000 Km Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 24

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 25

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 26

Il Payload Classificazione dei Sensori

Sensori attivi e passivi. § Sensori Attivi: Generano la radiazione consentendo una illuminazione controllata dell’area di interesse § Sensori Passivi: Utilizzano la Radiazione solare Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 28

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 29

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 30

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 31

Sensori Passivi § LO SCANNER MULTISPETTRALE (MSS) DELLA SERIE LANDSAT Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 32

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 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 33

Segmento Terreno § Elementi del Segmento Terreno § Tecniche di Acquisizione e Distribuzione dei Dati § Formattazione e Media Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 34

Elementi del segmento terreno Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 35

Acquisizione e Distribuzione dei Dati Valore Aggiunto Stazione di terra Utenti finali Distributore dei Dati Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 36

Principali Formati § BSQ - Band Sequential § BIL - Band Interleaved § BIP - Band Inteleaved by Pixel Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 37

BSQ HEADER LINE 1 BAND 1 LINE 2 BAND 1 LINE n BAND 1 LINE 1 BAND 2 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 38

BIL HEADER LINE 1 BAND 1 LINE 1 BAND 2 LINE 1 BAND n LINE 2 BAND 1 LINE 2 BAND 2 LINE M BAND N Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali Page 39

Interleaved By Pixel HEADER BAND N PIX 1 BAND 3 PIX 1 2 BAND PIX 1 BAND 1 PIX 1 Lezioni di Telerilevamento- Giovanni Sylos Labini – Lezione 3 – I Sistemi Spaziali BAND N PIX 1 BAND 3 PIX 1 2 BAND PIX 1 BAND 1 PIX N Page 40