Una sonda FOI su Marte

Mi chiedevo come mai FOI avesse fino ad ora resistito alla 'tendenza' del momento,del tutto giustificata, dell'avventurarsi nell'esplorazione robotica del nostro vicino di casa rosso.Oggi con un pò di tempo libero a disposizione ho cominciato dare forma all'ideuccia che avevo in testa da qualche giorno, mentre sul secondo monitor seguivo il rientro di Eridanus .
L'idea era quello di un orbiter+lander (o rover?) da mandare con un lancio diretto, seguito da un inserimento in orbita moto ellittica, circolarizzata gradualmente nel giro di qualche mese tramite aereobraking (come il mars reconnaissance orbiter).Un lander verrebbe poi sganciato e scenderebbe sulla superficie utilizzando ovviamente scudo+paracadute, magari con gli ultimi metri ad 'airbag' che sembra una tecnologia usata finora con successo.
Per quanto riguarda l'orbiter la missione prevederebbe una ancora più dettagliata mappatura del territorio, un'orbita polare potrebbe quindi essere una scelta quasi obbligata.Stavo pensando inoltre al rilascio di un mini sub-satellite che andrebbe posizionato su un orbita identica a qualche centinaio di kilometri di distanza.La sonda madre lancerebbe continui segnali al satellite più piccino che farebbe rimbalzare indietro il segnale.A causa della curvatura della superficie, se i due orbiter sarebbero alla distanza giusta il segnale si troverebbe inevitabilmente ad attraversare parte dell'atmosfera, studiando le distorsioni del segnale si potrebbe fare uno studio approfondito della rarefatta atmosfera del pianeta con un approccio originale.Il sub satellite avrebbe solo il compito di essere una superficie riflettente correttamente allineata, sarebbe quindi molto piccolo, semplice e quasi passivo, e dalla vita relativamente breve.
Per quanto riguarda il lander non ho ancora un'idea ben precisa, pensavo magari a un lander fisso con la capacità di effettuare carotaggi piuttosto profondi (4-5m?) tramite una apposita piccola trivella.Per il resto sono come sempre disponibile per idee e consigli!
Posto un paio di immagini dei lavori in corso,finora ho fatto una bozza del solo orbiter, modellando la struttura portante,la parte propulsiva e rcs, il braccio con antenna e i 2 grandi pannelli solari circolari (di evidente ispirazione orion ) la cui ampia superficie sarà molto utile anche per la fase di aereobraking.La parte superiore della struttura è riservata alla strumentazione scientifica che non è ancora stata disegnata.Il lander con il suo scudo termico sarà ovviamente posizionato 'in punta'.

ndudi ha scritto:

Mi chiedevo come mai FOI avesse fino ad ora resistito alla 'tendenza' del momento,del tutto giustificata, dell'avventurarsi nell'esplorazione robotica del nostro vicino di casa rosso.

Ti parlo personalmente: non mi piacciono le cose troppo scontate
C'è già tanta ferraglia che gira su e intorno a Marte, quindi per le missioni robotiche ho sempre pensato di andare in altri posti...

Per il tuo progetto vorresti usare spacecraft3 o una dll dedicata? No perché la dll è ciò che mi ha tenuto ferma sulla rampa di lancio la Galileo II...

P.S.
per lo studio dell'atmosfera non so se un semplice studio delle onde radio sia efficace... per far questo ci sono approcci più validi, come gli spettrometri di vario genere (per lo studio della composizione in base alla trasparenza dell'atmosfera a diverse lunghezze d'onda), oppure i radiometri a microonde (per lo studio di temperatura e formazioni nuvolose). Al contrario l'approccio da te ipotizzato può essere utile per uno studio della distribuzione delle masse all'interno del pianeta, che in combinazione con un radar per lo studio del sottosuolo (che dovrebbe essere una dotazione imprescindibile), potrebbe aiutare a trovare sacche d'acqua sotterranee.

Andrew ha scritto:

Per il tuo progetto vorresti usare spacecraft3 o una dll dedicata? No perché la dll è ciò che mi ha tenuto ferma sulla rampa di lancio la Galileo II...

assolutamente spacecraft o finisce che la fidanzata mi molla.

Ho idea che dovrò ripiegare anche io su Spacecraft 3 altrimenti non solo la fidanzata mi molla, ma mi mollo da solo.




Se hai bisogno di dritte sulla strumentazione scientifica da imbarcare, fai un fischio... ormai per la mia sonda gioviana mi sono abbondantemente documentato!

Grazie Andrew!Di sicuro a questo punto metterò spettrometri e radiometri a microonde per l'atmosfera, la soluzione da tè consigliata per l'eventuale utilizzo del sub-satellite è molto interessante!Tu che sei sicuramente più documentato che ci metteresti?Cercherò di farmi un pò di cultura sull'argomento e trovare qualcosa di utile che non sia già stato fatto o che meriti approfondimento...

Eventualmente si potrebbe addirittura cambiare destinazione, magari venere.Al posto del lander un piccolo galleggiante che 'navigherebbe' le parti alte della spessa atmosfera (dove magari le temperature e pressioni sono più decenti), affondando e tornando a galla con lo stesso principio di un sottomarino.Però non sò, venere è sotto molti punti di vista meno interessante di marte, soprattutto per le implicazioni in temini di interessi a lunghissimo termine.

Su Venere hai ragione; tuttavia rimane molto interessante per un motivo: capire come un pianeta praticamente uguale alla Terra si sia potuto evolvere in modo così diverso; comprendere i meccanismi che hanno innescato un effetto-serra planetario ed eventualmente aiutare a prevenirlo qui da noi (visto che è un problema attuale). Inoltre l'ambiente venusiano è una palestra perfetta per sviluppare tecnologie in grado di resistere agli ambienti più estremi (possono sempre tornare utili!).

Certo Marte ha più fascino per cento altri motivi ugualmente se non più importanti!

Per la dotazione scientifica riordino un attimo le idee e poi ti faccio un elenco!

Mi piace il taglio avanzato di questa discussione!

Andrew ha scritto:

tuttavia rimane molto interessante per un motivo: capire come un pianeta praticamente uguale alla Terra si sia potuto evolvere in modo così diverso

l'ipotesi che va per la maggiore attualmente è che miliardi d'anni fa venere fosse simile alla terra, con oceani ecc ecc ma evaporandosi l'acqua (dall'alta temperatura, infatti venere non è neanche nella fascia "vivibile" del sistema solare) ha prodotto una maggiore densità e maggiore calore, da lì si sono scaturite varie reazioni che l'hanno portato a com'è adesso... inoltre considerando che ha un'altissima percentuale di CO2 secondo me ha contribuito non poco il geo sistema, anche quello presumibilmente quasi identico a quello terrestre... purtroppo le cause non vengono simulate da orbiter, quindi mandarci una sondina per studi sarebbe solo a livello amatoriale

Allora ho pensato un attimo alla dotazione scientifica che io metterei su una sonda marziana:

ORBITER
- una camera a campo largo
- una camera a campo stretto, munita di telescopio di almeno 50 cm di diametro (come sul MRO)
- uno strumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer)
- uno spettrometro ultravioletto
- un radar a bassa frequenza per lo studio del sottosuolo
- un altimetro laser
- un GCMS (Gas Cromatografo / Spettrometro di massa) da usare per campionare direttamente l'alta atmosfera durante le fasi di aerobraking
- un analizzatore di polveri interplanetarie
- utili sarebbero anche uno spettrometro a neutroni e uno spettrometro a raggi gamma.

LANDER
L'eventuale lander dovrebbe avere senz'altro, secondo me:
- una camera panoramica
- una stazione meteorologica
- un laboratorio per l'analisi "bagnata" dei campioni di suolo (Wet Chemistry). Con un microscopio). La carotatrice è un'ottima idea.
- un APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer)
- un LIBS (Laser Induction Breakdown Spectrometer)
- una sonda per l'analisi delle proprietà del suolo (umidità, conducibilità termica ed elettrica)

Questo è quello che mi è venuto in mente...
Molti degli strumenti che ho elencato li ho già disegnati per la sonda Galileo II, quindi posso fornire dei riferimenti. Poi è ovvio che bisognerà sapere quanto grossa e pesante vorrai fare la tua sonda, perché più grande la fai più strumenti ci stanno!

se posso dire la mia, prenderei anche l'idea dal curiosity di inserire un sensore laser per rilevare ed analizzare campioni di roccia fino a 8 metri di distanza

L'ho messo in elenco: è il LIBS

Ho applicato la strumentazione primaria per la navigazione e il sostentamento dell'orbiter, ho cercato di dare forme credibili ai vari componenti (per quello che ne sò ovviamente), ispirandomi dove possibile a mezzi esistenti. Se qualcosa ha forma o dimensioni non idonei fatemi pure sapere!Per semplicità nell'immagine è stato eliminato il main engine e i serbatoi che occupano la parte bassa del veicolo:

Come vedete la parte centrale è per lo più libera, in quanto andrà parzialmente occupata dalla 'capsula' del lander e dal main engine.La parte in alto a destra dell'immagine, quella che viene protetta durante il lancio dal braccio dell'antenna, sarà completamente dedicata alla strumentazione scientifica.Alcuni di questi ultimi potranno essere agganciati al braccio, in maniera da venire allontanati insieme all'antenna dalla sagoma del veicolo dopo l'apertura.
Grazie mille Andrew per l'elenco, spero di riuscire a far stare tutto, mi sto dedicando alla raccolta di immagini e informazioni riguardo forma e ingombri degli strumenti da te citati!Sicuramente il GCMS,l'analizzatore di polveri e la camera a largo raggio andranno sul braccio dell'antenna, pensi che anche per altri strumenti sia indispensabile l'isolamento dal resto del veicolo o possono semplicemnte venir 'puntati' verso l'esterno?
Per il lander ho cominciato a modellare scudo termico e coperchio, ma sono ancora molto indeciso fra semplice lander o rover, nonchè l'eventuale utilizzo di airbags o retrorazzi per la parte finale della discesa
EDIT:dimenticavo una cosa importatissima:il diametro della sonda è al momento di circa 2,4m

uhm, l'unico strumento che va assolutamente isolato dalla massa metallica della sonda è il magnetometro, che però non so se metterai... io non l'ho messo in elenco perché per Marte non mi sembra una priorità (ma potrei sbagliarmi!).

Per quanto riguarda il disegno dei vari strumenti, non è sempre facile trovare delle immagini... io sulla Galileo II in molti casi li ho stilizzati, perché spesso i meccanismi interni di funzionamento non sono visibili oppure variano da caso a caso e spesso l'unica cosa che si vede da fuori è una scatola

Per quanto riguarda il lander, non so, ora vanno di moda i rover... un approccio innovativo potrebbe essere un pallone in grado di coprire ampie distanze e posarsi di volta in volta in luoghi diversi... certo vista l'atmosfera rarefatta servirebbe un pallone bello grosso.

Ah, una cosa: se vuoi garantire un flusso di dati bello sostanzioso dalla sonda a terra, l'antenna principale deve essere secondo me un po' più grossa.

Il lavoro è andato avanti e sono a buon punto con i disegni.Per ora ho optato per un lander fisso, dotato di trivella e alimentato da due pannelli solari, qualcosa di molto simile al phoenix, anche per il meccanismo di discesa, paracadute fino a 500m circa, da lì retrorazzi fino al suolo.Non vincerà certo il premio come add-on più originale dell'anno ma mi sto divertendo parecchio nella sua creazione e sto imparando molto su alcune meccaniche di sviluppo che non avevo mai esplorato (paracadute,lander con retrorazzi,aereodinamica della capsula e via dicendo...).Sull'orbiter ho montato la strumentazione consigliata da Andrew, aiutandomi cercando in rete immagini, l'antenna principale è stata notevolmente ingrandita (preso dalla disperazione ho agguantato il seghetto e ho tagliato uno dei sostegni della struttura per far stare il nuovo antennone, ma niente paura lo scheletro rimane comunque ben robusto anche con un 'pilastrino' in meno ).Il lander è una piattaforma dotata di 2 pannelli solari, un antenna per la piattaforma metereologica e un braccio robotico per avvicinare al terreno alcuni strumenti,anche le 4 zampe sono ripiegate durante il viaggio per adattarsi alla forma dello scudo termico.Al momento sto eseguendo i vari collaudi per trovare i giusti parametri aereodinamici,di peso,potenze e consumi affinchè il tutto giri per il meglio.Provvisoriamente i pesi si aggirano intorno alle 2T-orbiter 200kg-capsula di rientro 500-600kg lander 90-100kg-scudo termico.Per il lancio un jarvis S sembra essere perfetto per la messa in LEO e per l'esecuzione dell'accensione principale sull'orbita di trasferimento.

Bravo, mi sembra stia venendo benissimo! Solo un consiglio, se posso pemettermi: io ruoterei di 45 tutto il complesso degli RCS, perché messi in quel modo gli scarichi vanno a impattare contro i pannelli solari. Sempre se sono RCS quelli che vedo... le foto sono un po' piccole!

Una domanda: ti sei preso la briga di scoprire quanto delta V servirà alla sonda per il viaggio e l'inserzione in orbita marziana e di conseguenza quanto grossi devono essere i serbatoi di combustibile?

Per quanto riguarda il vettore di lancio senz'altro come dimensioni di ogiva quello da te indicato è il migliore, ma dobbiamo verificare se ha abbastanza performances per inviare verso marte il peso della tua sonda... servirebbe sapere la velocità di uscita (dall'orbita terrestre) della sonda Curiosity, per avere un riferimento.

Andrew ha scritto:

messi in quel modo gli scarichi vanno a impattare contro i pannelli solari.

Cavolo non ci avevo fatto caso!Grazie,correggerò!

Andrew ha scritto:

Una domanda: ti sei preso la briga di scoprire quanto delta V servirà alla sonda per il viaggio e l'inserzione in orbita marziana e di conseguenza quanto grossi devono essere i serbatoi di combustibile?

Non ho ancora fatto delle stime precise, solo qualche test sommario, ma credo che un 600kg possano bastare per le correzioni di rotta e l'inserzione in orbita.Al momento i 4 serbatoi hanno ognuno un raggio di 45cm, volume quindi poco più di 200l l'uno, dovrebbero anche avanzare qualcosa, se consideriamo spessore dei serbatoi e un minimo di riserva dovremmo esser giusti, conto inoltro di risparmiare qualcosina con l'aereobraking!

OK, ti do una dritta: se usi ipergolici (N204/UDMH o combinazioni simili), come credo userai, la densità media del composto è di circa 1,2 g/cm3.

Quindi 200 litri * 4 * 1.2 = 960 kg di carburante.

Novità per questo progetto?

Mi sono permesso di verificare in modo molto spannometrico che vettore servirebbe per il lancio. Con TransX ho verificato circa 3550 m/s di delta V per un trasferimento generico verso Marte (con una finestra di lancio ben scelta e il pianeta in posizione migliore si può spuntare un delta V minore).
Secondo i le stime di ndudi la sonda pesa circa 2900 kg tutto compreso.
Ho poi buttato questi dati sul mio foglio excel che uso per i razzi e ho visto che il Jarvis S dovrebbe riuscire ad adempiere allo scopo con un ottimo margine di sicurezza. Anche il Neptune 1B dovrebbe essere abbastanza potente per la missione, ma con un margine minore.

Deve essere una gran figata!!!! Non vedo l'ora di provarlo!!!!

Ndundi di solito non lascia i lavori a metà! Vedrete che quando meno ce l'aspetteremo si farà vivo con qualche altro graditissimo aggiornamento

hehehehe non sono scomparso, anche se in questo periodo il tempo da dedicare allo sviluppo è veramente poco
L'add on è a buon punto, ho già provato a fare un paio di volte l'intera missione e i risultati sono incoraggianti.Il vettore scelto è il Jarsvis S, ma Andrew mi ha incuriosito e farò dei test anche col Neptune a questo punto!
Al momento sto impazzendo con l aereodinamica della capsula per la discesa su marte, non sono molto pratico con l'aereodinamica delle capsule!Se la lascio predefinita si comporta come un aereo (il deltaglider?) e ha portanza indesiderata.Ho provato a inserire dati prossimi allo 0 tranne su VAIRLFOIL e HAIRFOIL (qui ho inserito 20 come i m3 stimati di superficie dello scudo termico), ma la capsula rallenta pochissimo quando è a pieno carico, e arriva al suolo a quasi 2km/s
Ottimi i risultati invece su paracadute e i retrorazzi per il final approch.

Forse potresti provare a usare l'aerodinamica di Antares 1.0 (che funzionava con Spacecraft 3). Era abbastanza generica anche quella, ma mi pare che nel rientro si comportasse bene! Se vuoi ti posso passare i config!

Oppure, se non erro, c'è una opzione in spacecraft dove tu specifichi semplicemente la dichiarazione "CAPSULE" e il programma usa una impostazione predefinita. Bisogna leggere sulla documentazione di spacecraft.

Dovrei aver trovato un buon compromesso per l'aereodinamica, purtroppo la dichiarazione 'capsule' non son riuscito a farla funzionare, se la metto la capsula si ritrova in un non ben precisato luogo come quando si impostano tutti i valori a zero, non ho idea del perchè
Con il profilo attuale di missione (lancio l'11 marzo 2016) riesco a mettere la sonda in un orbita preliminare 150x150 ed effettuare una accensione di 3,6km/s circa, con il jarvis s il propellente basta al pelo.L' arrivo su marte avviene non all'apoasse ma poco dopo, a causa del non perfetto allineamento dei piani orbitali che richiederebbe comunque altro carburante quindi penso la cosa sia equivalente...(attenzione però che la mia conoscenza di transx è proprio basica, sono quindi ben accetti consigli e critiche!!).
L'orbita iniziale intorno al pianeta rosso è di 100-105x10000km, tramite l aereobraking la si abbassa lentamente fino a 105x1000, dopodichè con un paio di accensioni si circolarizza l'orbita a 370x370.Con la procedura di rientro che ho sviluppato si riesce a centrare il bersaglio con un errore max di 10km, sto quindi cominciando ad abbozzare un landing site.Per il sito pensavo al polo sud, dove la piccola trivella della sonda potrebbe scavare quel paio di metri necessari a raggiungere il ghiaccio di co2 rilevati da MRO.