METHODS OF SPACE ASTROPHYSICS
Obiettivi formativi
OBIETTIVI GENERALI: Il corso si pone come obiettivo lo studio dell’uso di strumentazione spaziale per misure di tipo astrofisico. Studia quindi l’ambiente spaziale, i suoi vantaggi e svantaggi per le misure astrofisiche, le caratteristiche dei vettori spaziali, delle missioni spaziali e della strumentazione per i payloads. Si concentra inoltre sulle fasi e sulla programmazione di una missione spaziale di tipo astrofisico. OBIETTIVI SPECIFICI: A - Conoscenza e capacità di comprensione OF 1) Conoscere vantaggi e svantaggi dell’ambiente spaziale per uso scientifico astrofisico. OF 2) Conoscere i principali tipi di vettori spaziali e le loro capacità per uso astrofisico. OF 3) Conoscere la teoria delle orbite e delle loro perturbazioni. OF 4) Conoscere i metodi e gli strumenti per il controllo d’assetto e per la criogenia spaziale in particolare per ottimizzare le prestazioni di strumenti astronomici spaziali. OF 5) Conoscere le generalità dei payloads per spazio, i metodi di progettazione, le fasi di un progetto spaziale. B – Capacità applicative OF 6) Essere in grado di valutare il vettore, l’orbita e il profilo di missione migliori per una misura astrofisica spaziale OF 7) Essere in grado di programmare lo sviluppo di una missione spaziale per una data misura astrofisica C - Autonomia di giudizio OF 8) Essere in grado di valutare se una misura di tipo astrofisico necessita di tecnologie spaziali OF 9) Avere la capacità di valutare il miglior modo di eseguire una misura astrofisica dallo spazio D – Abilità nella comunicazione OF 10) Saper descrivere un progetto astrofisico di tipo spaziale OF 11) Saper discutere le caratteristiche e funzionalità di strumentazione scientifica spaziale E - Capacità di apprendere OF 12) Avere la capacità di capire le caratteristiche di sistemi spaziali
Canale 1
SILVIA MASI
Scheda docente
Programmi - Frequenza - Esami
Programma
Lo spazio: definizione. Cosa c'e' nello spazio. Importanza dello Spazio e suoi usi. Spazio e Astrofisica. L' atmosfera terrestre ed il suo disturbo alle osservazioni astrofisiche. Vantaggi dello spazio nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico e per osservazioni astrofisiche non elettromagnetiche. Facilities per osservare dallo spazio: palloni, razzi, satelliti, stazioni extra-terrestri.
Come si va nello spazio. Fisica dei Vettori Spaziali Suborbitali: Palloni Stratosferici, Quota di volo. Vettori orbitali: Problema energetico. Propulsione a Razzo, Motori, Singolo stadio e multistadio, Razzi per missioni Suborbitali, Orbitali e Planetarie.
Moto Orbitale - Leggi di Keplero, Elementi dell' orbita, Problema dei due corpi, Orbite ellittiche, Periodo dei satelliti, Velocita' nell' orbita ellittica, equazione di Keplero, Orbita parabolica, Orbita Iperbolica, Moto assoluto e Relativo, Orbite ed energia, Trasferimento tra orbite. Il problema dei Molti Corpi, Perturbazioni Periodiche e Secolari, Problema dei tre corpi ristretto, Punti Lagrangiani ed applicazioni, uso di L1 ed L2 per osservatori astrofisici. Schiacciamento terrestre, suo effetto sulle orbite dei satelliti artificiali.
Determinazione e controllo dell’ assetto. Gradiente di Gravità, Single Spin, Spinning con esempi, Dual-Spin. Attuatori d’ assetto: Momentum Bias, Reaction wheels, Three Axis ACS. Sensori d’ assetto: Sun Sensors, Earth horizon sensor, Moon horizon sensor, Star Sensor (scanning), Star Trackers, Magnetometers. Sistemi di controllo d' assetto per payload da pallone stratosferico. Cenni alla teoria dei controlli, elettronica, meccanica, esempi di sensori, attuatori a motori elettrici, ACS
Criogenia Spaziale: Perche' criogenia spaziale. Rumore rivelatori e Background Radiativo. Criogeni. Criostati. Esempio: il criostato a lunga durata di BOOMERanG. Criostati per lo spazio: Difficolta' e Soluzioni. Porous Plug. ADR. Esempi e sviluppo della criogenia spaziale.
Payload per lo spazio: Diversi utilizzatori dello spazio; considerazioni relative al design di un payload; Progetto di un payload; Caratteristiche di un paylaod; esempi: Sax, Planck, Cassini; Progetti di nuova generazione: Specchi X, Interferometri MEMS, Compressione dati, L’esperimento EUSO, l’ esperimento Planck.
Il trasporto spaziale: Dimensionamento del bus. Struttura, Propulsione, Alimentazione, Controllo termico, Determinazione e controllo d’ assetto, Gestione comandi e dati a bordo, Comunicazioni.
L’ambiente spaziale e gli impatti sul design. Gli effetti del vuoto; L’ambiente inerte; Il plasma; Le radiazioni; I micrometeoriti e i debris.
Le fasi di un progetto spaziale: fase A (studio di fattibilità), fase B (progetto ingegneristico), fase C (sviluppo e qualifica), fase D (realizzazione del modello di volo), fase E (la vita operativa), fase F (dismissione).
Prerequisiti
meccanica classica
Testi di riferimento
https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=7154
Modalità insegnamento
Il corso prevede lezioni in aula e una visita presso enti di ricerca che si occupano di spazio
Frequenza
frequenza alle lezioni non obbligatoria ma fortemente consigliata
Modalità di esame
L' esame consiste in una prova orale, nella quale si presenta un argomento particolare assegnato preventivamente e approfondito dallo studente, e si risponde a domande sul programma svolto durante le lezioni frontali.
La valutazione finale sarà basata su :
- correttezza e completezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;
- capacità di sviluppo analitico della teoria;
- attitudine nel problem solving (metodo e risultati).
Bibliografia
https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=7154
Modalità di erogazione
Il corso prevede lezioni in aula e una visita presso enti di ricerca che si occupano di spazio
SILVIA MASI
Scheda docente
Programmi - Frequenza - Esami
Programma
Lo spazio: definizione. Cosa c'e' nello spazio. Importanza dello Spazio e suoi usi. Spazio e Astrofisica. L' atmosfera terrestre ed il suo disturbo alle osservazioni astrofisiche. Vantaggi dello spazio nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico e per osservazioni astrofisiche non elettromagnetiche. Facilities per osservare dallo spazio: palloni, razzi, satelliti, stazioni extra-terrestri.
Come si va nello spazio. Fisica dei Vettori Spaziali Suborbitali: Palloni Stratosferici, Quota di volo. Vettori orbitali: Problema energetico. Propulsione a Razzo, Motori, Singolo stadio e multistadio, Razzi per missioni Suborbitali, Orbitali e Planetarie.
Moto Orbitale - Leggi di Keplero, Elementi dell' orbita, Problema dei due corpi, Orbite ellittiche, Periodo dei satelliti, Velocita' nell' orbita ellittica, equazione di Keplero, Orbita parabolica, Orbita Iperbolica, Moto assoluto e Relativo, Orbite ed energia, Trasferimento tra orbite. Il problema dei Molti Corpi, Perturbazioni Periodiche e Secolari, Problema dei tre corpi ristretto, Punti Lagrangiani ed applicazioni, uso di L1 ed L2 per osservatori astrofisici. Schiacciamento terrestre, suo effetto sulle orbite dei satelliti artificiali.
Determinazione e controllo dell’ assetto. Gradiente di Gravità, Single Spin, Spinning con esempi, Dual-Spin. Attuatori d’ assetto: Momentum Bias, Reaction wheels, Three Axis ACS. Sensori d’ assetto: Sun Sensors, Earth horizon sensor, Moon horizon sensor, Star Sensor (scanning), Star Trackers, Magnetometers. Sistemi di controllo d' assetto per payload da pallone stratosferico. Cenni alla teoria dei controlli, elettronica, meccanica, esempi di sensori, attuatori a motori elettrici, ACS
Criogenia Spaziale: Perche' criogenia spaziale. Rumore rivelatori e Background Radiativo. Criogeni. Criostati. Esempio: il criostato a lunga durata di BOOMERanG. Criostati per lo spazio: Difficolta' e Soluzioni. Porous Plug. ADR. Esempi e sviluppo della criogenia spaziale.
Payload per lo spazio: Diversi utilizzatori dello spazio; considerazioni relative al design di un payload; Progetto di un payload; Caratteristiche di un paylaod; esempi: Sax, Planck, Cassini; Progetti di nuova generazione: Specchi X, Interferometri MEMS, Compressione dati, L’esperimento EUSO, l’ esperimento Planck.
Il trasporto spaziale: Dimensionamento del bus. Struttura, Propulsione, Alimentazione, Controllo termico, Determinazione e controllo d’ assetto, Gestione comandi e dati a bordo, Comunicazioni.
L’ambiente spaziale e gli impatti sul design. Gli effetti del vuoto; L’ambiente inerte; Il plasma; Le radiazioni; I micrometeoriti e i debris.
Le fasi di un progetto spaziale: fase A (studio di fattibilità), fase B (progetto ingegneristico), fase C (sviluppo e qualifica), fase D (realizzazione del modello di volo), fase E (la vita operativa), fase F (dismissione).
Prerequisiti
meccanica classica
Testi di riferimento
https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=7154
Modalità insegnamento
Il corso prevede lezioni in aula e una visita presso enti di ricerca che si occupano di spazio
Frequenza
frequenza alle lezioni non obbligatoria ma fortemente consigliata
Modalità di esame
L' esame consiste in una prova orale, nella quale si presenta un argomento particolare assegnato preventivamente e approfondito dallo studente, e si risponde a domande sul programma svolto durante le lezioni frontali.
La valutazione finale sarà basata su :
- correttezza e completezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;
- capacità di sviluppo analitico della teoria;
- attitudine nel problem solving (metodo e risultati).
Bibliografia
https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=7154
Modalità di erogazione
Il corso prevede lezioni in aula e una visita presso enti di ricerca che si occupano di spazio
- Codice insegnamento1044550
- Anno accademico2025/2026
- CorsoAstrophysics and Cosmology - Astrofisica e Cosmologia
- CurriculumCurriculum unico
- Anno2º anno
- Semestre1º semestre
- SSDFIS/01
- CFU6