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17 Luglio 2019
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    Piano di razionalizzazione dell’energia per la più longeva delle missioni NASA. Le due sonde Voyager hanno dimostrato di resistere al tempo e all’ambiente spaziale, e continuano a inviare a Terra dati importanti che riguardano zone inesplorate oltre i confini del nostro sistema solare. E per permettergli di arrivare ancora più lontano è necessario ora razionalizzare l’uso dell’energia che le tiene in vita.

    Rappresentazione artistica di una delle due sonde Voyager della Nasa, con evidenziato lo strumento del sottosistema per la rivelazione dei raggi cosmici. Crediti: Nasa / Jpl-Caltech

    Poco più di un anno e mezzo fa abbiamo celebrato i 40 anni di questa straordinaria missione, la più longeva della storia dell’esplorazione spaziale. Due sonde, le Voyager 1 e 2, che continuano a viaggiare e a inviare dati a Terra grazie alla rigorosa pianificazione, prima e durante la missione, e la creatività con la quale gli ingegneri al JPL (Jet Propulsion Laboratory, al Caltech di Pasadina, in California) hanno ideato soluzioni per mantenere in volo, e operative, le due sonde.

    Il problema principale è ovviamente l’energia. Le sonde viaggiano grazie a tre RTG, generatori termoelettrici a radioisotopi che producono energia dal calore emesso dal decadimento naturale di radioisotopi di plutonio-238, lo stesso tipo di generatori utilizzati anche, tra le altre, nelle missioni Viking, Pioneer, dalla Cassini e dalla New Horizons, ma anche durante la missione Apollo 12, la “seconda volta” che l’uomo è sceso sulla Luna.

    Il decadimento degli atomi di Plutonio garantisce un’autonomia davvero enorme, ma anche il plutonio nel tempo si consuma. Si calcola che le sonde abbiano prodotto all’incirca 4 Watt di potenza in meno ogni anno e ad oggi, quindi, i generatori forniscono circa il 40% di potenza in meno rispetto a quella che producevano al momento del lancio.

    L’energia serve ovviamente a far funzionare i sistemi di bordo e gli strumenti scientifici, ma non solo. Viene infatti utilizzata anche per “tenere al caldo” la strumentazione. Le Voyager ormai si trovano troppo lontane dal Sole, immerse nello spazio interstellare, dove le temperature sono diverse decine di gradi sotto lo zero e possono danneggiare meccanismi e elettronica.

    Recentemente gli ingegneri della missione, dopo attente discussioni e in accordo con il team scientifico, hanno deciso di intervenire. Per poter mantenere l’attività delle sonde il più a lungo possibile, bisogna razionalizzare l’uso dell’energia.

    La Voyager 2 ha avuto la precedenza, in questo piano di razionalizzazione, avendo uno strumento in più e avendo quindi anche consumato più energia nel corso degli anni.

    Tra le prime azioni già messe in pratica si è deciso di disattivare il suo spettrometro a ultravioletti e, recentemente, un riscaldatore al CRS, lo strumento per la rilevazione di raggi cosmici ma non l’energia per farlo funzionare. Lo strumento ha infatti svolto un ruolo cruciale, lo scorso novembre, nel determinare se la Voyager 2 era definitivamente uscita dall’eliosfera, la bolla creata dal vento di particelle ionizzate emesse dal Sole che avvolge il Sistema solare. Da allora però, la sonda ha comunque continuato a inviare dati sull’interazione della nostra eliosfera e lo spazio interstellare. Studi importanti non solo per conoscere meglio zone fin’ora inesplorate, ma anche per ottenere informazioni chiave per le missioni umane di esplorazione spaziale. Il problema delle radiazioni è infatti il problema principale per missioni di lunga durata come quelle che l’umanità si appresta a intraprendere. E anche se a temperature inferiori a quelle testate in fase di costruzione, CRS continua a inviarci dati importanti.

    «È incredibile come gli strumenti delle Voyager si siano dimostrati così resistenti», ha dichiarato la responsabile del progetto Voyager, Suzanne Dodd. «Siamo orgogliosi di come hanno resistito alla prova del tempo: la lunga vita della sonda ci dice anche che abbiamo a che fare con ambienti che non avremmo mai pensato di arrivare a incontrare. Continueremo a ricercare ogni opzione che permetta alle Voyager di continuare a produrre la migliore scienza possibile».

    Al momento la sonda Voyager 2 raccoglie dati grazie a, oltre al rilevatore di raggi cosmici, due strumenti dedicati allo studio del plasma e un magnetometro per lo studio delle nubi di materiale nello spazio interstellare. La Voyager 1, che ha attraversato lo spazio interstellare nell’agosto 2012, continua anch’essa a raccogliere dati dal suo CRS, da uno strumento al plasma, da un magnetometro e da uno strumento a particelle cariche a bassa energia.

    Diventa quindi strategico scegliere con attenzione cosa far continuare a funzionare e cosa invece tagliare.

    Cosa significa telemetria, come funziona la comunicazione con una sonda? Su Coelum Astronomia 235, ora online, la seconda parte di un "tutorial" che ci aiuta a capire le basi delle telecomunicazioni nelle missioni spaziali. Clicca l'immagine per leggere gratuitamente.

    Quello che proprio non può rischiare di essere lasciato in balia del freddo è per ovvi motivi il sistema di puntamento che permette alle sonde di orientarsi nella direzione giusta per inviare dati alla Terra. Se mancasse l’alimentazione o se il freddo lo danneggiasse non potremmo più ricevere dati e nemmeno comunicare con le sonde per inviare nuove istruzioni. La sfida quindi è quella di capire a cosa togliere man mano energia, a quale delle due sonde, quali informazioni si riveleranno più importanti e quali invece sacrificabili, per continuare a fare scienza il più a lungo possibile con entrambe.

    Un altro problema con il quale si sono dovuti confrontare gli ingegneri della missione è l’usura dei propulsori, non solo quindi l’energia necessaria per farli funzionare, ma anche la meccanica stessa, e anche qui le due sonde hanno sorpreso e stupito gli ingegneri. Per ovviare al problema, già sulla Voyager 1 sono stati messi in funzione un set di propulsori inutilizzati da 37 anni… e hanno funzionato brillantemente. La stessa cosa verrà tentata con la Voyager 2, riattivando dei propulsori non più utilizzati dall’incontro con Nettuno del 1989.

    «Entrambe le sonde Voyager stanno esplorando regioni mai visitate prima, quindi ogni giorno è un giorno di scoperta», spiega Ed Stone, Project Scientist della missione . «Le Voyager continueranno a sorprenderci con nuove informazioni sullo spazio profondo».

    Per ripercorrere i primi 40 anni della missione Voyager, Coelum Astronomia ha dedicato uno speciale nel numero del dicembre 2017, in occasione dell’aniversario. Per leggero basta cliccare sulla copertina qui a destra (la lettura è come sempre in formato digitale e gratuito, e scaricabile in formato pdf).

    Per saperne di più:

    Il sito NASA dedicato alla missione
    Il sito JPL dedicato alla missione in cui potete controllare anche lo stato delle due sonde


    50 ANNI FA
    Lo Sbarco dell’Uomo sulla Luna
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