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
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Segmento spaziale
 Come è fatto un Satellite
 Sensori
 Orbite
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Componenti di un Satellite
BUS (PIATTAFORMA)
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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 deg
Molto 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
ACCUMULO
DISTRIBUZIONE
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REGOLAZIONE
E
CONTROLLO
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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 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
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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
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L’Ambiente Spaziale
Tutt’altro che vuoto….
Orbite
Orbita Polare
Orbita Geostazionaria
3600 Km
Quota 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
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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
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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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Acquisizione e Distribuzione dei Dati
Valore Aggiunto
Stazione di terra
Utenti finali
Distributore dei Dati
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Principali Formati
 BSQ
- Band Sequential
 BIL
- Band Interleaved
 BIP
- Band Inteleaved by Pixel
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BSQ
HEADER
LINE 1 BAND 1
LINE 2 BAND 1
LINE n BAND 1
LINE 1 BAND 2
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BIL
HEADER
LINE 1 BAND 1
LINE 1 BAND 2
LINE 1 BAND n
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LINE 2 BAND 2
LINE M BAND N
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Interleaved By Pixel
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BAND N
PIX1
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PIX
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