Le carambole cosmiche del 2003

Envisat, artist's impression
12 Dicembre 2002

Tra Shuttle statunitensi, Ariane4 e 5 europei, Proton e Soyuz russi e molti altri tipi di lanciatori meno noti al grande pubblico, il 2002 si chiude con un bilancio ancora provvisorio di circa 60 lanci, più di uno alla settimana.

Per l'ESA occorre senz'altro ricordare almeno il lancio del satellite ambientale Envisat, il 1 marzo. Di Envisat abbiamo potuto apprezzare, in questi giorni, il contributo che sta dando nell'analisi dallo spazio del disastro ambientale della nave cisterna Prestige, che sta perdendo tonnellate di nafta inquinando le coste di Spagna, Portogallo e Francia.

Poi è toccato in agosto al supermeteosat MSG-1, che sta per iniziare il periodo di piena funzionalità. Mentre in ottobre, è stato il turno del satellite per l'astronomia gamma Integral, partito da Baikonour a bordo di un Proton russo. Un satellite destinato a vedere l'universo con occhi completamente diversi dai nostri, dedicato a un campo, l'astronomia delle alte energie, che da circa 40 anni sta completamente sconvolgendo l'astronomia moderna. Il supermeteosat e Integral ci hanno dato le loro prime immagini proprio in questi giorni. E poi del 2002 in Italia rimarrà il ricordo di Roberto Vittori sulla Stazione Spaziale.

L'anno che sta arrivando sarà l'anno delle "prime volte" dell'Agenzia Spaziale Europea. Rosetta, per esempio, volerà per 9 anni fino a intercettare una cometa. Entrerà in orbita intorno alla cometa e infine sgancerà un piccolo robot su quel corpo che risale probabilmente a un'età nella quale il sistema solare era ancora giovane. Quando è l'appuntamento con Rosetta?

È per il 13 gennaio. È una delle poche missioni di cui si sa dire esattamente quando partirà perché la sua finestra di lancio è molto ridotta. Rosetta è una missione interessante non soltanto per i motivi ricordati, che sono naturalmente l'obiettivo della missione stessa, la sua stessa ragione d'essere. Ma anche per la tecnica con la quale intende raggiungere i suoi obiettivi. In primo luogo l'affascinante viaggio che Rosetta intraprenderà e durante il quale si servirà più di una volta dell'effetto-fionda gravitazionale, un effetto affascinante il cui utilizzo per la propulsione delle navicelle fu messo in evidenza per la prima volta da un italiano, Bepi Colombo.

ESA's Mars Express
ESA's Mars Express

L'effetto fionda consiste nello sfruttare la spinta gravitazionale di un pianeta in orbita intorno al Sole. Ma come funziona?

È un'osservazione che una volta fatta sembra da bambini, ma che prima di essere formulata ha richiesto la genialità dello scienziato italiano Giuseppe Colombo. In pratica, quando una sonda si avvicina a una pianeta, acquista una velocità aggiuntiva grazie al fatto che il pianeta sta orbitando intorno al Sole. Il pianeta la trascina verso di sé durante la sua orbita, infliggendo alla sonda una spinta, proprio come accade al sasso lanciato da una fionda accelerata in avanti dal movimento della mano. Rosetta sfrutterà questo effetto diverse volte: prima sfiorando Marte, poi sfiorando la Terra per ben due volte. Dopo il secondo incontro con la Terra sarà pronto ad affrontare la grande traversata alla volta della cometa Wirtnanen.

È proprio per questa continua "carambola" fra i pianeti del sistema solare che la finestra di lancio deve essere così ridotta: le condizioni favorevoli per la carambola cosmica non si presentano ogni giorno!

L'altra missione di punta del 2003 è Mars Express, che al contrario di Rosetta, si inserisce nell'orbita marziana solo dopo pochi mesi dalla partenza. È sempre un problema di traiettoria?

La Mars Express sfrutta soprattutto la particolare vicinanza fra Marte e Terra che si realizza solo una volta ogni 26 mesi. In questo modo, nel giro di 180 mesi si porterà sul pianeta rosso, alla velocità di 10800 km/h, dove si inserirà in un'orbita quasi polare. Dopo qualche tempo lascerà cadere sulla superficie marziana il robot Beagle2. E cercherà l'acqua sotto strati di terra di qualche kilometro. Ma produrrà anche una mappa della superficie del pianeta estremamente dettagliata, con una risoluzione di appena dieci metri. Alcune aree particolarmente interessanti saranno scandagliate con una risoluzione di appena due metri.

Artist's impression of the SMART-1 mission
Artist's impression of the SMART-1 mission

Il 2003 segna la prima missione lunare dell'Europa, in partenza nella prossima primavera. L'obiettivo, la Luna, è certamente suggestivo, ma non è il compito primario della missione, che dovrà piuttosto sperimentare alcune tecnologie di frontiera. Di che cosa si tratta?

SMART-1 dovrà provare alcune tecnologie che dovranno essere perfezionate nei prossimi anni, come per esempio la propulsione ionica alimentata a energia solare.

I lanciatori attuali sconfiggono la forza di gravità con una ricetta che prevede tre ingredienti di base: l'espulsione di un'enorme quantità di propellente, che viene espulso ad alta velocità in pochissimo tempo. L'alta temperatura raggiunta dal gas propellente è dovuta a reazioni chimiche. Parte della sperimentazione di SMART-1 consiste invece nell'utilizzo di un motore a propulsione ionica alimentata a energia solare. SMART-1, una volta inserito in un'orbita di trasferimento da un Ariane5, spiraleggerà verso la Luna, osservandola per circa 6 mesi. L'energia solare viene raccolta e usata per ionizzare del gas Xenon, che viene poi espulso a velocità molto maggiori di quelle a cui viene espulso il propellente in un motore chimico. E questo consente di ridurre drasticamente la quantità di propellente, ottenendo comunque una spinta, sebbene molto piccola. Ma qui entra in gioco l'altro fattore determinante: il tempo prolungato per il quale un motore del genere può funzionare: praticamente sempre, fino a quando c'è propellente e fin quando i pannelli solari che raccolgono la radiazione solare funzionano correttamente.

Una missione suggestiva e proiettata verso il futuro, perché la sonda BepiColombo per lo studio di Mercurio, che l'ESA prevede di lanciare fra circa 8 anni, utilizzerà proprio la propulsione ionica a energia solare.

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