Lo spazio pt. 5 - Dalla Terra a Marte
- D. e M.
- 3 giu 2020
- Tempo di lettura: 4 min
Nel primo post di questa serie abbiamo visto come raggiungere l’orbita terrestre partendo dalla superficie del nostro pianeta. In questo invece vedremo come raggiungere le altre mete del sistema solare partendo dall’orbita terrestre. Preparatevi quindi per un breve assaggio di meccanica orbitale!
Le traiettorie percorse nello spazio vengono chiamate orbite. Le orbite sono uniche e prevedibili: se conosco la posizione e la velocità di un corpo nello spazio ad un certo istante, posso prevedere la sua posizione e velocità in tutti gli istanti futuri (a patto che, ovviamente, questo non modifichi la propria velocità utilizzando i propri propulsori). Per muoversi da un corpo celeste ad un altro, per esempio dall’orbita bassa terrestre (quella su cui ci ha lasciati il razzo nel primo post della serie) all’orbita bassa lunare, si dovranno compiere una serie di manovre orbitali. Una manovra orbitale altro non è che una modifica della velocità del satellite: se si trova con una determinata velocità in una certa direzione, userà i propulsori per accelerare, rallentare, o modificare la direzione della sua velocità.
Esistono vari metodi per determinare quali manovre bisogna compiere per effettuare gli spostamenti voluti. Non vedremo i dettagli delle varie manovre perché sarebbe necessario inoltrarsi in strumenti matematici piuttosto complessi; ci concentreremo invece sul Delta V. Il Delta V altro non è che la differenza della norma del vettore velocità tra prima e dopo la manovra. In termini semplici, è una misura del costo della manovra in termini di propellente consumato.
(credit: u/Ucarion via Reddit)
Questa è una mappa del sistema solare che rappresenta i Delta V necessari per raggiungere le varie mete. È uno strumento che può essere molto utile per capire un po' la logica dei viaggi spaziali. Facciamo un paio di esempi.
Per atterrare sulla Luna dovremo per prima cosa arrivare in orbita terrestre bassa, poi mediante il ramo di sinistra portarci su una traiettoria di intercettazione della Luna, entrare in orbita lunare e infine atterrare. Il Delta V totale è ottenibile sommando tutti i Delta V che si trovano sul percorso segnato dalla mappa, e vale 15,07 km/s o, equivalentemente, 15070 m/s.
Per andare su Marte invece, seguendo la stessa logica di prima otteniamo un valore di 18,9 km/s ossia 18900 m/s.
Questi valori non sono degli assoluti. È possibile ottenere tempi di trasferimento più brevi se si è disposti a fornire dei Delta V maggiori. Il trasferimento ideale sarebbe simile alle manovre effettuate nella serie TV The Expanse: un trasferimento a motore sempre acceso, che fornisce un'accelerazione costante verso la meta in cui siamo diretti fino a metà del viaggio, per poi girare l’astronave e decelerare fino all’arrivo alla meta. In questo modo si raggiunge la massima velocità possibile nella prima metà del viaggio, e nella seconda metà del viaggio si frena, altrimenti sarebbe impossibile fermarsi alla meta voluta con l'enorme velocità acquisita.
Una tecnologia propulsiva in grado di effettuare trasferimenti in questo modo rivoluzionerebbe completamente il modo in cui vediamo lo spazio e renderebbe accessibile l’intero sistema solare, ma, purtroppo, non siamo neanche vicini ad avere a disposizione una tecnologia simile. Per il momento, e probabilmente ancora per molti decenni, dovremo accontentarci delle forme di propulsione chimiche tradizionali o, al più, ioniche. La propulsione chimica fornisce molta spinta in poco tempo, ma non è efficientissima. La propulsione ionica, che si basa sull'accelerazione ad altissima velocità di atomi di gas ionizzato tramite campi elettrici, è invece molto efficiente ma ha una spinta bassissima; deve quindi operare per settimane, se non mesi, prima di ottenere un Delta V significativo.
Alla luce di questo e della mappa sopra riportata, possiamo trarre qualche conclusione sulle varie mete. La Luna non è un problema da raggiungere: lo abbiamo già fatto, richiede Delta V moderati e soprattutto un tempo di viaggio piuttosto breve. Marte, che è il corpo più vicino dopo la Luna, presenta già sfide più significative: più che il Delta V necessario, che è di soli 3 km/s maggiore rispetto a quello della Luna, il problema è la durata del transito, ossia il periodo in assenza di gravità tra i due corpi, che è di parecchi mesi.
Per questo, per recarsi su Marte, sarà necessaria una navicella molto più ampia di quelle usate per la Luna dalle missioni Apollo, per consentire agli astronauti anche spazi di svago e spazi per l'allenamento. Un periodo del genere in assenza di gravità sarebbe infatti deleterio per il corpo umano senza un allenamento adeguato.
(credit: NASA)
Nell'immagine l'astronauta Sunita Williams si allena su un tapis roulant a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Mantenere l'allenamento è essenziale per non indebolire troppo le ossa e la muscolatura. In assenza di gravità, infatti, lo sforzo sulle ossa è nullo e il corpo umano inizia un processo di decalcificazione che le indebolisce di molto e può essere problematico dopo il rientro a Terra. Un regolare esercizio fisico aiuta a rallentare questo fenomeno.
Un'alternativa potrebbe essere la realizzazione di navicelle come quella rappresentata nel film The Martian, ossia che generi gravità artificiale sfruttando la forza centrifuga. Realizzando un anello di grande diametro posto in rotazione intorno a un corpo centrale, si potrebbe infatti simulare una debole gravità che aiuterebbe molto gli astronauti dal punto di vista fisico e, probabilmente, anche dal punto di vista psicologico.
Per approfondire:
The Expanse - Prime Video
Serie TV ambientata nel futuro, interessante per vedere una possibile evoluzione dell'umanità nello spazio
The Maartian - Il sopravvissuto
Film ambientato quasi interamente su Marte, esplora le possibilità di sopravvivenza su un altro pianeta
Per approfondire questioni di meccanica orbitale, consigliamo forum come Quora o reddit: non mettiamo link perché vi sono moltissime pagine che ne parlano e si trovano facilmente
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