presentació del powerpoint · 2014-02-28 · satèl·lits artificials ignasi corbella aula...

Satèl·lits Artificials Ignasi Corbella

Aula d’Extensió Universitària dels Enginyers Industrials de Catalunya Barcelona 26 de febrer de 2014

Universitat Politècnica de Catalunya

Satèl·lit: del llatí satelles (ites)

Charlton T. Lewis, Charles Short, A Latin Dictionary

I. un assistent a una persona distingida, sobretot un príncep, un salvavides; en plural, assistents,

acompanyants, tren, comitiva

2


N’hi ha de naturals i d’artificials

Qualsevol objecte natural que gira al voltant d'un planeta (la Lluna)

Objecte fabricat per l'home i llançat a l'espai que és capaç de mantenir-se en una òrbita estable al voltant de la terra o un

altre cos celeste

Edward Everett Hale. The Brick Moon, 1869

3


Aplicacions principals

•Astronomia – Observació de planetes,

galàxies i altres objectes espacials

• Observació de la Terra – Cartografia, recursos naturals,

collites

•Meteorologia – Mapes del temps (Meteosat)

• Ciència bàsica – Estacions orbitals i laboratoris

• Navegació – GPS

• Comunicacions – Entre continents, vaixells,

televisió directa a l’usuari

Hubble

SMOS

ISS

4


Distàncies a la Terra

Denominació anglesa Traducció al català Color Altura sobre la Terra (km)

Earth Terra Imatge Blau/marró 0

Low Earth Orbit (LEO) Òrbita Terrestre baixa Àrea Cyan 160 a 2.000

Medium Earth Orbit (MEO) Òrbita Terrestre mitjana Àrea groga 2.000 a 34.780

International Space Station (ISS) Estació Espacial Internacional Línia de punts vermella 370

Global Positioning System (GPS) Sistema de posicionament global per satèl·lit Línia de punts verda 20.230

Geostationary Orbit (GEO) Òrbita Geoestacionària Línia discontínua negra 35.794

Es considera “espai” una altura superior a 100km sobre el nivell del mar (Karman line)

5


Òrbites

Òrbita Geoestacionària (equatorial) • Comunicacions (TV-sat)

Òrbita Heliosíncrona (polar) • Observació de la Terra

6


Llançaments orbitals per any

Llançaments orbitals.

font: W. D. Graham

èxit

fracàs

total

7


Quants n’hi ha?

• Hi ha més de 21.000 objectes orbitals més grans de 10 cm i 500.000 entre 1 i 10 cm. El nombre de partícules inferiors a 1 cm supera els 100 milions.

• Actualment hi ha uns 3000 satèl·lits civils operatius

NASA Orbital Debris Program Office

htt

p:/

/orb

ital

deb

ris.

jsc.

nas

a.go

v

8


La primera idea ...

1687: El canó de Newton

9


Les bases teòriques

1903: Konstantin Tsiolkovsky “Exploració de l’Espai amb dispositius a reacció” (Исследование мировых пространств реактивными приборами)

• Calcula la velocitat orbital requerida per a una òrbita mínima al voltant de la Terra a 8 km/s.

• Demostra que un coet múltiple utilitzant propulsors líquids (oxigen i hidrogen) pot aconseguir-ho.

• Identifica les propietats de l’òrbita geoestacionària.

10


El primer satèl·lit

4-octubre-1957: Sputnik 1 (URSS) [Спу́тник-1]

Comença la carrera espacial entre la URSS i USA

• Dos transmissors de radio d’ona curta.

• El senyal bip, bip, bip ... pot ser captat en qualsevol punt de la Terra.

• Ajuda a identificar les capes de l’atmosfera i la seva influència en la propagació de radio.

11

58 cm diàmetre. 84 Kg


El primer passatger(a)

3-novembre-1957: Sputnik 2 (URSS) amb la gossa Laika a bord

• Constants vitals de Laika i dades cientí-fiques transmeses a la Terra cada òrbita.

• Compartiment de Laika amb control de temperatura i pressurització.

• Menjar per una setmana. L’última ració enverinada.

• Va morir a les poques hores del llançament per excés de temperatura i stress.

• Seleccionada per la seva “docilitat”.

12


les presses

6-desembre-1957: Vanguard TV3 (USA)

• L’accident és televisat en directe.

13


Primer llançament USA

21-gener-1958: “Explorer 1” amb un coet Juno I

• Descobreix el cinturó de Van Allen • Obliga a revisar la dinàmica de cossos rígids • Deixa de funcionar el 23 de maig • Resta en òrbita fins al 1970

pes total: 14 Kg (Sputnik 1 pesava 84 Kg)

14


El més veterà de l’espai

17-març-1958: “Vanguard 1” amb coet Vanguard

• Primer satèl·lit alimentat per energia solar • Dos transmissors a 108 MHz:

• 10 mW alimentat per bateria (16 dies) • 5 mW alimentat per cel·lules solars (sis

anys) • Perduda comunicació al 1964 • Actualment encara continua en òrbita (és

el més antic allà). • Podria estar-hi 240 anys !!

El programa Vanguard va finalitzar el 1959 amb el Vanguard 3

pes total: 1.5 Kg

15


Primer gran satèl·lit científic

15-maig-1958: “object D” a bord del Sputnik 3 (URSS)

• Magnetòmetre, fotomultiplicador, detector de rajos còsmics, trampa d’ions, espectròmetre de masses, comptador de micrometeorits, comptador de rajos còsmics d’alta energia, electròmetre.

• Funcionament amb bateries fins juny 1958. Parcial amb panells solars fins abril 1960, que va caure.

Problemes: • La cinta magnètica es

va encallar i això va limitar la recepció de dades globals

• Es va enviar el de reserva, ja que el primer va explotar en el llançament.

Pes: 1327 Kg. Llarg: 3,57 metres. Base: 1,73m

16


Primer home a l’espai

12-abril-1961: Iuri Gagarin (27 anys) fa una òrbita al voltant de la terra a bord del Vostok 1

• 6:07 Llançament des de Baikonur (Kazakhstan)

• 8:05 Aterratge en paracaigudes (Saratova)

• Temps total del viatge: 2 hores • Temps en òrbita: ~1 hora (6:17 a 7:23)

• Vol completament automàtic

Un altre cop, els soviètics es van avançar als americans en la cursa de l’espai

17


L’artífex de la supremacia russa

Sergei Pavlovich Korolev (1907-1966)

1957: Primer satèl·lit en òrbita. Sputnik 1 1958: Primer animal en òrbita. Sputnik 2 1958: Primer gran satèl·lit científic. Sputnik 3 1961: Primer home. Iuri Gagarin, Vostok 1 1962: Primer vol doble. Vostok 3 i Vostok 4 1963: Primera dona. V. Tereshkova, Vostok 6 1964: Primer equip de 3 homes: V. Komarov, K. Feoktistov,

B. Yegorov, Voskhod 1 1965: Primer passeig orbital. Alexey Leonov, Voskhod 2 1959: Primer impacte a la lluna. Luna 2 1966: Primera òrbita a la lluna. Luna 10 1966: Primer impacte a Venus. Venera 3 1966: Primer aterratge suau a la Lluna. Luna 9 Dissenyador dels coets i les naus Soiuz

• Desconegut a occident fins a la seva mort per raons de seguretat

• Considerat presoner per traïció i sabotatge des de 1938 fins al 1957

18


Soiuz Сою ́з [unió]

Soiuz TMA-7. Abril 2006

Nau espacial i coet de fabricació [soviètica] russa

• Primer vol tripulat (Soiuz 1): abril 1967. Encara utilitzada avui (Soiuz TMA-10-M): 25-setembre-2013 [retorn al 12-març-2014]

• Considerat el mètode més segur i eficient de portar essers humans a l’espai. Pot transportar fins a 3 tripulants.

• El coet és el més fiable i el més utilitzat en viatges espacials (119 vols fins ara)

Soiuz 7K-OK(A) [Soiuz 1] 1966

Mòdul orbital

Càpsula tripulació

Mòdul de Servei

19


Projecte Mercury

• 3 vols no tripulats, 1 ximpanzé i 6 tripulats.

• El 5 de maig de 1961 Alan Shepard fa un vol suborbital.

• El 20-febrer-1962 John Glenn fa tres òrbites a la terra a bord del Friendship 7.

Primer programa espacial tripulat dels Estats Units [1961 a 1963]

20


Programa Gemini

• 10 vols espacials tripulats entre 1965 i 1966 [llançadora Titan]

• Desenvolupar tècniques de viatges espacials en suport del programa Apollo: • Resistència humana a vols espacials llargs

• Encontre i acoblament de naus

• Passejos espacials

• Re-entrada a l’atmosfera

• Experiència de micro-gravetat

Gemini 7 vista per Gemini 6. 1965

Segon programa espacial tripulat dels Estats Units [1965 a 1966]

Gemini-12. 11-novembre- 1966

21


Programa Apollo

• 11 vols tripulats per 3 astronautes entre 1968 i 1979 [llançadora Saturn] • 6 aterratges a la lluna, incloent vehicles. El primer al juliol 1969

• Últim: Apollo-17 (de 20 inicialment previstos)

• 380 kg de roques recollides

That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind

Objectiu: la Lluna

Ald

rin fo

tografiat p

er Arm

stron

g. 1969

22


Les estacions orbitals

•Estructures artificials dissenyades per a ser habitades a l'espai exterior

•Aplicacions eminentment científiques.

•Activitat continuada des dels 60. •Enlairades per Russia, Estats Units d’Amèrica i la Xina

23


Saliut (Салю́т) [Salutació]

• Primer programa (soviètic) en envolar estacions espacials. • Nou estacions (6 amb ocupació) llançades entre el 1971 i el 1982

• Saliut 1: 3 tripulants, 24 dies en òrbita al 1971. • Total (Saliut 1 a Saliut 6): 72 tripulants en 1697 dies

• Construïdes d’una peça fabricada a Terra i posades en òrbita

Disseny de la Saliut 1

Saliut 7 des de Soiuz T-13

24


Skylab

• Primera estació espacial dels Estats Units d'Amèrica. • Enlairada el 14-maig-1973 i habitada per tres equips de tres tripulants

durant 170 dies total entre el 1973 i el 1974. Va caure al 1979 • Construïda d’una peça fabricada a Terra • Problemes ja en el primer enlairament

Vista final. Foto presa al final del darrer viatge 25


MIR (Мир) [mon, pau]

• Estació soviètica (russa) accessible a astronautes internacionals • Muntada en òrbita en mòduls llançats entre febrer-1986 i abril-1996.

• Pes: 129700 Kg. Mides: 19x31x27,5 m • Habitada casi permanentment entre 1986 i 2000

• 4594 dies (12 anys i 7 mesos), 104 persones de 12 països • Accessible amb coets Soiuz i també amb el Shuttle americà • Destruïda controladament el 23 de març de 2001

26


Estació Espacial Internacional (ISS)

• Projecte internacional (6 agències espacials) per a construir i mantenir una estació espacial permanent en òrbita al voltant de la Terra • Ocupada fins ara durant 4836 dies (13 anys i 3 mesos) per tripulacions i

visitants de 15 països diferents (inclosa Espanya – Pedro Duque) • És l’estructura més gran construïda a l’espai. Comença al 1998, l’última peça

és muntada al 2011 i encara està incompleta. • Es fan estudis de biologia, física, astronomia, meteorologia i altres. • Poden acoblar-se fins a 6 tipus de naus espacials diferents. Una nau Soiuz és

permanentment acoblada com a nau d’emergència.

17-abril-2002 23-maig-2010 27


Característiques de la ISS (2012)

• Longitud del mòdul: 51 metres • Longitud del rack: 109 metres.

(Pràcticament l'equivalent a un camp de futbol inclosa la seva àrea exterior)

• Longitud dels panells solars: 73 metres • Massa: 419.455 kilograms • Volum habitable: 388 metres cúbics • Volum pressuritzat: 916 metres cúbics • Producció d'energia: 8 panells solars =

84 quilowatts • Nombre de persones per cada

expedició: 6 • Laboratoris: 4 • Velocitat: 29.000 km/h • Altura de l'òrbita: 400 km.

(aproximadament)

Sandy Magnus 2011 28


Satèl·lits de comunicacions

Comunicacions punt a punt, repetidors, comunicacions mòbils a vehicles o vaixells, radiodifusió i televisió, ...

• El primer satèl·lit de comunicacions, el Telstar 1, es va posar en òrbita el 10-juliol-1962. Va retransmetre televisió, telèfon i dades.

• La primera transmissió de televisió via satèl·lit es va dur a terme el 1964.

Telstar: 876mm, 77kg AEHF (Advanced Extremely High Frequency) Satellite

29


Televisió directa per satèl·lit

Mètode de transmissió televisiva consistent en fer rebotar en un satèl·lit de comunicacions un senyal de televisió emès des d'un punt de la Terra, A Espanya utilitza els satèl·lits Astra i Hispasat

Cobertura satèl·lit Astra

30


El GPS

“Sistema de posicionament global”: permet saber amb molta precisió la pròpia situació geogràfica i l'hora en gairebé qualsevol lloc de la Terra o en una Òrbita de la Terra. Fa servir una òrbita circular intermèdia amb una constel·lació de 24 satèl·lits o més.

31


Observació de la Terra

SMOS (Europa) A-traint (USA)

Dissenyats per observar la Terra des d'una òrbita. Els instruments a bord són bàsicament de dos tipus • Passius: Radiometria de microones i òptica, càmeres fotogràfiques • Actius: Radar d’apertura sintètica (SAR), Lidar Normalment utilitzen òrbites LEO (i en alguns casos GEO)

32

Aura

[Glory] [Parasol] Calipso CloudSat Aqua

Gcom-W1

Credit: Ed Hanka


10 Novembre 2009 Missió SMOS 33/50

SMOS: La missió de l’aigua

Aquestes missions s’enfoquen cap a:

• Demostrar noves tècniques d’observació de la Terra. • Proporcionar noves dades a la comunitat científica.

Són petites, flexibles i amb participació de diverses agències espacials

SMOS és la primera dedicada a proveir mesures globals de la humitat del sòl i la salinitat dels oceans (Soil Moisture and Ocean Salinity)

Humitat del sòl i salinitat de l’oceà:

• Dues variables clau per a l’estudi del cicle de l’aigua i la variabilitat del clima en el planeta Terra

• Actualment n’existeix poca cobertura global

• Degut a l’enorme complexitat tècnica, fins ara no hi ha hagut cap missió espacial dedicada a la seva mesura.

SMOS es la segona “Earth Explorer Opportunity Mission” de l’ESA, en

el marc del seu “Living Planet program”.



Visió d’artista del satèl.lit SMOS en òrbita

Plataforma PROTEUS

Instrument MIRAS

source: CESBIO

34



• 2001-2003: Especificacions i disseny.

• 2004-2005: Prototips subsistemes

• 2005: Proves model d’enginyeria

• 2006: Fabricació de subsistemes.

• 2007: integració final i proves de caracterització

Fabricació de MIRAS

Lliurament: Març 2007

so

urc

e: E

SA

/ E

AD

S-C

AS

A e

sp

acio

35



Sala de muntatge de EADS-CASA espacio

source: A. Camps

Fabricació de MIRAS

Instrument finalitzat source: ESA

36



Proves de funcionament a la cambra anecoica d’ESA-ESTEC

37



• Massa del Satèl·lit: 658 kg (plataforma: 275 kg, instrument: 355 kg, fuel: 28 kg)

• Dimensions: Cilindre 2.4 m altura i 2.3 m diàmetre

• Potència: Màxima disponible: 1065 W, màxim consum de MIRAS: 511 W

• MIRAS: Radiòmetre interferometric a 1.4 GHz en forma de Y. Longitud de braços: ~4m. Desplegament en òrbita.

• Temps de vida: Tres anys nominal. Ja en porta 4 i mig

so

urc

e: E

SA

38


Cosmòdrom de Plesetsk (Sibèria) so

urc

e: E

SA

so

urc

e: E

uro

cko

t

so

urc

e: E

uro

cko

t

source: ESA 39


2 Novembre 2009: Llançament

40


Posada en òrbita

41


Desplegament so

urc

e: E

SA

/Eu

rocko

t

42


Operació

43


Primers resultats SMOS

44


Sobrevolant Àfrica

45


Un dia són 7 òrbites completes

processed by MTS

Només es mostra la lectura sobre els oceans

46


i en 3 dies es té tota la terra

processed by MTS

Només es mostra la lectura sobre els oceans

47


La desembocadura de l'Amazones

processed by MTS

14 to 18 juliol 2010 5 to 9 maig 2010

processed by MTS

48


sobre els continents

processed by MTS

49


Austràlia abans i després de ploure p

roce

ssed

by

MTS

22-25 Jan Ascending 18-21 Feb Ascending

50


Però algú ja ho havia previst tot

Arthur C. Clarke 1945

51

…podem enviar instruments de tota mena a la ionosfera i […] obtenir informació que no es podria aconseguir d’una altra manera.

…un coet que pogués arribar a una velocitat de 8 km/s paral·lel a la superfície de la Terra, continuaria en òrbita per sempre; es convertiria en un “satèl·lit artificial”.

Seria possible tenir centenars d’instruments encerclant la Terra perpètuament fora dels límits de l’atmosfera i enviant informació fins que se’ls acabessin les bateries.

... el període d’operació es pot perllongar indefinidament amb l'ús de cèl·lules fotoelèctriques. Tot això seria possible en els pròxims cinc o deu anys.

Però vull mencionar una possibilitat més remota – potser per d’aquí a mitja centúria: Un satèl·lit artificial” a la distància correcta de la Terra faria una revolució cada 24 hores; per tant restaria estacionari per sobre del mateix punt [...]. Tres satèl·lits podrien donar cobertura de televisió al planeta sencer.

Em temo que tot això no tindrà la més mínima utilitat als nostres planificadors post-guerra, però crec que és la solució última al problema.

ARTHUR C. CLARKE British Interplanetary

Society


... i per acabar

La Terra vista des de l’Apollo 17 al 1972

so

urc

e: E

SA

so

urc

e: E

SA

52

presentació del powerpoint · 2014-02-28 · satèl·lits artificials ignasi corbella aula...

Documents