Diapositiva 1

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SPACE DEBRIS A MEDICINA
Giuseppe Pupillo Stelio Montebugnoli Mario Di
Martino Marco Bartolini Salvatore Pluchino Emma
Salerno Francesco Schillirò Luca Zoni
Medichats 16 ottobre 2007
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INTRODUZIONE
Satelliti artificiali operativi circa 800 Oltre
a questi, un numero elevatissimo di oggetti
orbita intorno alla Terra satelliti spenti,
stadi di razzi e frammenti di varia origine e
dimensione.
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Classificazione delle Orbite
Low Earth Orbit (LEO) da circa 200 a 2000 km
dalla superficie terrestre Satelliti militari,
satelliti meteorologici
Geostationary Orbit (GEO) orbite equatoriali,
circa 36 mila km dalla superficie
terrestre Satelliti per telecomunicazioni e
meteorologici
Medium Earth Orbit (MEO) tra LEO e GEO Satelliti
di navigazione (Navstar, Glonass)
Molniya Orbit orbite con elevata eccentricità e
periodo orbitale di 12 ore Satelliti per
telecomunicazioni per le regioni polari
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Debris in titanio proveniente da un motore di un
razzo Delta 2 caduto a 240 km da Rijadh, in
Arabia, nel gennaio 2001
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LDEF (1984-1990) 30000 crateri da impatto di
diametro gt 0.3 mm
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Quanti sono gli Space Debris
 Estimates of Orbital Debris  Estimates of Orbital Debris  Estimates of Orbital Debris  Estimates of Orbital Debris
 Average Size 1 mm - 1 cm   1 cm - 10 cm  gt 10 cm
 Pieces of LEO debris 140,000,000  180,000  9,700
 Total pieces of debris 330,000,000  560,000  18,000
Source Klinkrad, H. 2006.  Space debris Models
and risk analysis.  Berlin Springer Praxis, 96.
Numero di oggetti catalogati in base al
tipo Source Orbital Debris Quarterly News 9
(2005), p. 10.
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Osservazione degli Space Debris

• Telescopi
• Radar

Radar vs Telescopi ottici

• Vantaggi dei radar
• - Sensibilità molto superiore ai sistemi ottici
• possibilità di utilizzo 24 ore su 24
• indipendenza dalle condizioni meteo
• indipendenza dalle condizioni di illuminazione
  solare del debris

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Radar bistatico Evpatoria-Medicina
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Pianificazione delle Osservazioni - I
6-10 giugno 2007 Incontro in Ucraina con il
personale
tecnico-scientifico del radar RT-70 di Evpatoria

• Sessioni osservative

1. 17-18 luglio (pianificata dal gruppo IRA-OATO)
2. 28-31 luglio (pianificata dal consorzio
   internazionale)

• Trasmissione in CW con potenza concordata di 40
  KW

• Precisione e velocità di puntamento delle antenne

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Pianificazione delle Osservazioni - II
Criteri di selezione dei target per la I sessione
osservativa
Satelliti geostazionari 1 visibilità
simultanea del target da entrambe le stazioni
con - elevazione dellantenna trasmittente
maggiore di 35 - elevazione dellantenna
ricevente maggiore di 10 2 satellite
inoperativo 3 disponibilità di TLE
aggiornati Space debris 1 visibilità
simultanea del target da entrambe le stazioni
con - elevazione dellantenna trasmittente
maggiore di 35 - elevazione dellantenna
ricevente maggiore di 10 2 azimut delle
antenne Tx ed Rx compreso tra /- 70 dalla
direzione della baseline 3 disponibilità di TLE
aggiornati 4 sufficiente stabilità orbitale
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Calcolo delle coordinate di puntamento delle
antenne
TLE
SGP4 SDP4 (propagatori)
Vettori di stato Debris ECI
ECI2ECEF
Time UT
Vettori di stato Debris ECEF
Coordinate geodetiche osservatore
ECEF2TOPO
Posizioneosservatore ECEF
SITE
PosizioneDebris Topocentrica
Slant range Slant range rate
Azim, Elev Azim, Elev rates
RA, Dec RA, Dec rates
TOPO2AZEL
AZEL2EQ
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Slant range (i,t,k) Slant range rate
(i,t,k) Elevazione (i,t,k) Azimut (i,t,k) Az.
Elev. rates (i,t,k)
calcolo coordinate
Loop TLE satelliti i 1 , N
Loop tempo t T1 , T2 Step Dt
Criterio 1
No
Loopantenne k 1 , 2
Si
Criterio n
No
Output
Si
Satellite ID Tempo UT Slant range Rx, Tx Slant
range rate Rx, Tx Elevazione Rx, Tx Azimut Rx, Tx
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STABILITA ORBITALE
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Debris 29040
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Tempi di transito nel beam (in modalità
osservativa senza tracking)
Stima nellapprossimazione di orbita circolare
Nb. Si tratta della velocità geocentrica del
debris, a cui dovrebbe essere sottratta la
velocità geocentrica dellosservatore. Nel caso
di oggetti non noti, tale velocità può essere
indicativa (come ordine di grandezza).
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Rivelazione dei target - 1
Oggetto ID Tipo RCS (m2) Modalità MSP0 SP-1 MK-V Note
12892 DEB 2.5109 Beam Parking No - In elabor. Tx?
12897 GEO 0.1428 Beam Parking Si - In elabor.
25936 DEB 0.2142 Beam Parking Si - In elabor.
13910 DEB 0.1655 Beam Parking Si - In elabor.
27885 DEB 0.1435 Beam Parking Si Si In elabor.
12985 DEB 0.3174 Beam Parking Si - In elabor.
10778 GEO 1.5 Beam Parking Si - In elabor.
12995 DEB 0.5146 Beam Parking Si Si In elabor.
19765 GEO 2.1545 Beam Parking Si Si In elabor.
27883 DEB 0.8841 Beam Parking Si - In elabor.
27888 DEB 0.5233 Beam Parking Si Si In elabor.
8132 GEO 1.5848 Beam Parking Si - In elabor.
18275 DEB 0.004 Beam Parking Si - In elabor.
26677 DEB 0.135 Beam Parking Si Si In elabor.
27478 DEB 0.2357 Beam Parking Si - In elabor.
14472 DEB 0.0259 Beam Parking No No No Tx OFF
27890 DEB 0.01 Beam Parking No No No Tx OFF
20923 GEO 3.63 Beam Parking Si - In elabor.
UD001 - - Beam Parking - - In elabor.
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Rivelazione dei target - 2
Oggetto ID Tipo RCS (m2) Modalità MSP0 SP-1 MK-V Note
UD002 - - Beam Parking - - In elab.
19765 GEO 4.1998 Beam Parking No No No Tx OFF
28850 DEB 0.0002 Beam Parking No - In elab.
UD003 - - Beam Parking - - In elab.
20923 GEO 2.1545 Beam Parking Si - In elab.
28068 DEB 0.0004 Beam Parking Si In elab. In elab
29040 DEB 0.0004 Beam Parking Si Si Si
UD004 - - Beam Parking - - In elab.
UD005 - - Beam Parking - - In elab.
95067 DEB - Tracking siderale a step - - In elab
95085 DEB - Tracking siderale a step - - In elab.
95081 DEB - Tracking siderale a step - - In elab.
95046 DEB - Tracking siderale a step No No No Tx OFF
43045 DEB - Tracking siderale a step No No No Tx OFF
95100 DEB - Tracking siderale a step No No No Tx OFF
90006 DEB - Tracking siderale a step No No No Tx OFF
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Rivelazione dei target - 3
Oggetto ID Tipo RCS (m2) Modalità MSP0 SP-1 MK-V Note
95071 DEB - Tracking differenziale Si - In elab.
95080 DEB - Tracking differenziale Si - In elab.
UD006 - - Piggy Back - - In elab.
90032 DEB - Tracking differenziale - - In elab.
90031 DEB - Tracking differenziale - - In elab.
95029 DEB - Tracking differenziale - - In elab.
95031 DEB - Tracking differenziale Si - In elab.
95197 DEB - Tracking differenziale Si - In elab.
95146 DEB - Tracking differenziale Si - In elab.
95119 DEB - Tracking differenziale Si - In elab.
UD007 - - Piggy Back - - In elab.
UD008 - - Piggy Back - - In elab.
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Esempio di Osservazione di satelliti
geostazionari19765 (Gorizont 17)
Spettro delleco ottenuto da SPECTRA-1 (prima
della saturazione)
RCS 2.1545 m² Tempo di transito nel beam 12.92
s Slant range Tx 37783.026 km Slant range Rx
37351.353 km Ora del transito 124000 UT del
17/07/2007 Coordinate di puntamento Tx (Az.,
El.) 216 58 41.7, 44 59 04.3 Coordinate
di puntamento Rx (Az., El.) 182 02 23.7, 51
32 32.0 Modalità osservativa Beam parking
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Esempio di Osservazione di Space Debris
noti29040 (CZ-4 DEB)
SPECTRA-1
MSpec0
RCS 0.0004 m² Tempo di transito nel beam 0.15
s Slant range Tx 941.904 km Slant range Rx
1666.210 km Ora del transito 163200 UT del
18/07/2007 Coordinate di puntamento Tx (Az.,
El.) 322 14 19.0, 52 20 39.8 Coordinate
di puntamento Rx (Az., El.) 064 10 16.9,
21 01 36.0 Modalità osservativa Beam parking
Mark-V
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(No Transcript)
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Osservazione di nuovi Space Debris in Beam
Parking - 1
Selezione della regione di osservazione in Beam
Parking ISTI/CNR-Pisa
Altezza 871.696 km Latitudine47.800
N Longitudine21.172 E Slant range Tx1348.336
km Slant range Rx 1234.270 km
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Osservazione di nuovi Space Debris - 2
Spettrogrammi ottenuti con il Mark-V di due
potenziali debris subcentimetrici
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Stima delle dimensioni

• l 0.06 m
• R1 1348 x 103 1x103 m
• R2 1234.3 x 106 0.7 x103 m
• k 1.38 x 10-23 J/K
• Tsys 100 5 K
• PTx 2 x 104 W
• STx 2520 m2
• SRx 466 m2
• 0.0125 sec

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Calibrazione
Name ID Launched Period Perigee Apogee Inclination
OPS 8180 (RADCAT) 6212 1972-10-02 94.4 minutes 485 km 490 km 98.5
RIGIDSPHERE 2 (LCS 4) 5398 1971-08-07 100.6 minutes 743 km 834 km 87.6
SURCAL 150B 2909 1967-05-31 99.6 minutes 736 km 743 km 70
OPS 5712 (P/L 153) 2874 1967-05-31 103.2 minutes 904 km 913 km 70
OPS 5712 (P/L 160) 2826 1967-05-31 100.2 minutes 761 km 772 km 69.9
CALSPHERE 4(A) 1520 1965-08-13 107.8 minutes 1073 km 1181 km 90.2
TEMPSAT 1 1512 1965-08-13 108 minutes 1081 km 1188 km 89.8
LCS 1 1361 1965-05-06 145.6 minutes 2776 km 2800 km 32.1
CALSPHERE 2 902 1964-10-06 106.5 minutes 1048 km 1078 km 90.2
CALSPHERE 1 900 1964-10-06 105.1 minutes 977 km 1021 km 90.2
ANDE-FCal
Etalon-1
Tempsat-1
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Modalità di osservazione radar sperimentate
Tracking differenziale Vantaggi permette di
integrare il segnale per tempi lunghi Svantaggi
- si può usare solo su oggetti con orbita nota
- si può usare solo su oggetti con moto
proprio lento (GEO, MEO, HEO)
Beam Parking Vantaggi può essere usato per
qualsiasi oggetto (noto o sconosciuto),
posto in una qualsiasi orbita Svantaggi tempo
di integrazione determinato dal tempo di transito
nel beam
Piggy Back Vantaggi stessi del Beam
Parking tempi di osservazione lunghi e
senza interferire con le operazioni dellantenna
VLBI Svantaggi stessi del Beam Parking non si
può scegliere dove puntare
27
Osservazioni in Piggy - Back
Tx
Rx
28
Osservazioni in Piggy - Back
Tx
Rx
29
Doppler Bistatico
Si noti che lo spostamento Doppler è nullo se lo
space debris si muove lungo unellisse avente
come fuochi il trasmettitore e il ricevitore
(constant range ellipse)
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CONCLUSIONI

• - Il radar Medicina-Evpatoria ha dimostrato di
  possedere la capacità di rivelare space debris di
  piccole dimensioni (fino ai sub-centimetrici) e
  veloci (in orbita LEO)
• - Lanalisi nel dominio delle frequenze e la
  velocità di risposta del sistema di acquisizione
  dati incrementa enormemente la sensibilità del
  radar
• La riduzione della probabilità di osservare
  nuovi detriti dovuta ai piccoli FOV delle antenne
  viene ampiamente compensata dallelevata
  sensibilità del sistema
• La probabilità di rivelazione potrebbe essere
  ulteriormente incrementata operando in modalità
  piggy-back (aumento del tempo osservativo)

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(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
Serbatoio da 250 kg di un razzo Delta 2 caduto a
Georgetown (Texas) Il 22 gennaio 1997
34
Space debris in LEO. In questa immagine ne sono
rappresentati più di 7000, la maggior parte dei
quali è concentrata su orbite situate tra 800 e
1500 km di quota.
35
Detriti noti nella fascia di Clarke (orbite
geostazionarie)