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IN VIAGGIO VERSO LE STELLE

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INDICE

Prefazione..................................................................................................................pag. 6

Principi di propulsione...............................................................................................pag. 7

Introduzione...............................................................................................................pag. 7

Principio di azione e reazione....................................................................................pag. 7

Velocità di un razzo....................................................................................................pag. 8

Impulso specifico........................................................................................................pag. 9

Motori chimici............................................................................................................pag. 10

Viaggio tra i pianeti...................................................................................................pag. 11

L'uomo sulla Luna......................................................................................................pag. 12

Una mappa celeste in scala........................................................................................pag. 13

Il programma Pioneer................................................................................................pag. 14

Il programma Voyager...............................................................................................pag. 15

Voyager 2...................................................................................................................pag. 16

Sfruttare la gravità dei pianeti...................................................................................pag. 21

La fionda Gravitazionale...........................................................................................pag. 21

Dopo la Luna.............................................................................................................pag. 24

Propulsione a fissione nucleare..................................................................................pag. 24

Il progetto Orione......................................................................................................pag. 25

Propulsione a Fusione nucleare.................................................................................pag. 27

Il progetto Dedalus....................................................................................................pag. 29

Autoreattore di Bussard..............................................................................................pag. 30

Nave azionata da laser...............................................................................................pag. 31

Dove siamo arrivati oggi?..........................................................................................Pag. 32

Nuove tecnologie........................................................................................................pag. 32

la Propulsione ionica.................................................................................................pag. 32

Propulsori ionici a griglia elettrostatica....................................................................pag. 33

Propulsori a effetto Hall.............................................................................................pag. 33

Propulsione elettrica a effetti di campo (FEEP)........................................................pag. 34

Missioni......................................................................................................................pag. 35

La propulsione nucleare di Rubbia............................................................................pag. 37

Il figlio di Dedalus.....................................................................................................pag. 41

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Propulsori ad antimateria..........................................................................................pag. 42

Motori a Curvatura....................................................................................................pag. 45

La Nasa progetta motori a curvatura.........................................................................pag. 48

Conclusioni................................................................................................................pag. 49

Ringraziamenti...........................................................................................................pag. 51

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Prefazione

Sono sempre stato attratto dalle stelle fin da bambino, essendo il fratello maggiore di tre fratelli,piu’ volte mi capitava di dover spiegare cosa fossero. All’eta di 10 anni rimasi affascinato da unlibro di astronomia che avevo preso in prestito dalla biblioteca di una mia zia. Un giorno arrivo ilmomento di restituirlo, ed ero cosi dispiaciuto di riconsegnarlo che presi del tempo in modo dapoter copiare tutto il contenuto su un quaderno, ricordo che disegnai anche le immagini per avereuna copia perfetta. Oggi ho ancora quel quaderno.

Dopo qualche anno ricevetti in regalo il mio primo telescopio, dopo alcuni “telescopi acquistatisulle riviste”, finalmente ricevetti in regalarono da mio padre un telescopio amatoriale di buonaqualita’, a poca distanza ricevetti sempre da lui un secondo telescopio il famoso newton 114/900,grazie a questo feci grandi osservazioni tanto da inviarle alla rivista l’astronomia.

Sono cosi attratto dall’astronomia che a 16 anni iniziai a creare una mia teoria sull’universo. Eromolto affascinato dalla realtivita’ di Einstain sopratutto su quella ristretta che portava la mia mente aviaggiare tra le stelle.

Negli anni ’80 fu presentato un bellissimo documentario “Cosmos di Carl Edward Sagan”, questodocumentario, le sue immagini le parole, riecheggiano ancora dentro di me, tanto da voler iniziarequesto libro con le parole di Carl Sagan e di tanto in tanto inserirne delle parti nel testo stesso.

Il cosmo è tutto ciò che esiste, che sia mai esistito e che esisterà sempre. La consultazione delcosmo ci emoziona. Un brivido ci percorre, la paragoniamo a quella vaga emozione come unricordo remoto di precipitare da una grande altezza, ci rendiamo conto di inoltrarci nel più grandedei misteri.

Le dimensioni e l'età del cosmo sono al di là della comune comprensione umana, sperduta in unluogo compreso tra l'immensità e l'eternità c'è il nostro minuscolo pianeta, la Terra. Per la primavolta l'umanità ha il potere di decidere il destino del suo pianeta e di sè stessa. La nostra è un'era digrandi pericoli, però la nostra specie è giovane, curiosa, intraprendente, piena di buone promesse.Negli ultimi millenni siamo stati capaci di portare a compimento le scoperte più sorprendenti edinattese, sia riguardo al cosmo che al pianeta nel quale viviamo. Sono convinto che il nostro futurodipenda, soprattutto, da quanto saremo capaci di capire questo cosmo, nel quale galleggiamo cosìcome un granello di pulviscolo viene giù dal cielo.

Adesso comincia per noi un viaggio attraverso il cosmo, correremo incontro a galassie, a soli, apianeti.

La superficie della Terra è la spiaggia dell'oceano cosmico, su questa spiaggia abbiamo imparatoquasi tutto quello che sappiamo, però di recente ci siamo spinti un po' nell'acqua, diciamo fino allecaviglie, e l'acqua ci sembra invitante.

Qualche parte in noi ci ricorda che è di là che proveniamo e agognamo tornarci, e possiamo perchéil cosmo è anche dentro di noi; noi siamo fatti della stessa materia delle stelle, noi siamo un mezzoper il cosmo di conoscere sè stesso.

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PRINCIPI DI PROPULSIONE

INTRODUZIONE

Cominciamo ora ad analizzare come è possibile lanciare un oggetto nello spazio, quali sono lemodalità attualmente impiegate per farlo, quali saranno quelle future ed infine come si puòraggiungere un altro corpo celeste.

Iniziamo quindi col trovare una relazione che indica quale deve essere la velocità iniziale con cuilanciamo un oggetto per raggiungere una determinata altezza da Terra. Per far questo impieghiamo la relazione che esprime la conservazione dell’energia ed inparticolare quella che afferma che se il sistema è isolato, cioè non subisce perturbazioni esterne,allora l’Energia Potenziale (Ep) sarà uguale all’Energia Cinetica (Ec): Ep = Ec

m⋅g⋅h=12⋅m⋅v2

Da questa relazione dove :h = Altezza massima raggiunta, v = velocità inizialem = massa lanciata (es. palla di cannone)g = accelerazione di gravità

Il risultato più importante di questa relazione indica che più alti vogliamo arrivare, maggiore dovràessere la velocità iniziale con cui lanciamo tale oggetto.

Detto questo, per riuscire semplicemente ad andare in orbita terrestre, dovremmo lanciare il nostrorazzo ad una velocità iniziale (detta Velocità di Fuga) paria 11.2 km/s.

Se volessimo arrivare sulla Luna, questa velocità dovrà essere notevolmente maggiore ed infine sevolessimo uscire dal sistema solare dovremmo superare la velocità di fuga relativa al nostro Sole.Ogni corpo celeste ha quindi una sua velocità di fuga, via viacrescente al crescere della distanza delnostro obbiettivo.

PRINCIPIO DI AZIONE – REAZIONE

Tutta l’astronautica e parte dell’aeronautica, così come la conosciamo, si basa su questo semplicemafondamentale principio, magari in modo camuffato, ma sempre basandosi su di esso.

Letteralmente il Principio di Azione Reazione, afferma che ad ogni azione (o forza) applicata ad uncorpo ne corrisponde una reazione uguale e contraria.

Per illustrarlo in modo semplice, pensiamo ad un lago completamente ghiacciato al centro del qualeci troviamo noi, con un sacco pieno di sassi ed un paio di scarpe in cuoio che non fannoassolutamente attrito col terreno.

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Qualsiasi sforzo noi facciamo, l’unica possibilità per poterci spostare su questo campo dipattinaggio, sarà quella di prendere i sassi dal nostro sacco e lanciarli in direzione opposta a quellain cui vogliamo andare.

Più sarà grande il sasso e maggiore sarà la velocità con cui lo lanciamo, maggiore sarà la velocitàche perreazione noi acquisiremo in senso opposto.In formule si può esprime con la Legge della Conservazione della Quantità di Moto

m sasso⋅vsasso=M Persona+ sassi⋅V Persona

⇒V Persona=v sasso⋅msasso

M Persona+ sassi

osservando questa formula, come già detto, si vede che maggiore è la massa del sasso e cosi lasua velocità maggiore sarà la nostra velocità di reazione, con alcune ovvie limitazionifisiologiche, ma del tutto identichea quelle che s’incontrano analizzando qualsiasi problema diastronautica. Sarà per noi molto più difficile e faticoso lanciare un sasso grosso piuttosto cheuno piccolo, viceversa, la velocità dipenderà esclusivamente dalla forza del nostro braccio.

Si può notare inoltre un’ulteriore cosa, massa e velocità del sasso sono legati, insomma, sarebbe bello riuscire a lanciare i sassi più grossi alla stessa velocità di quelli piccoli !

VELOCITA’ DI UN RAZZO

Che cosa è fondamentale per riuscire a lanciare un nostro razzo nello spazio ? Come visto la suavelocità .

Ma come si fa a rendere la Velocità massima ? Intuitivamente, espellendo qualche cosa diparticolarmente denso (alta massa) ad un’alta velocità. Ma i razzi non lanciano sassi per spostarsinello spazio, quello che possono fare è trasportare con se ossigeno e combustibile, farli reagire inuna camera di combustione ed espandere attraverso una feritoia su una superficie chiamata ugello,ad una velocità tanto maggiore quanto sarà maggiore la pressione all’interno della camera dicombustione.

I nostri “sassi” in missilistica sono qualcosa di meno solido ed in particolarepotranno essere dei gas(bassa densità ma altissima velocità), oppure in alcuni casi particolari ioni, elettroni etc...

Anche in questo caso esiste una semplice formuletta che descrive quanto detto :

V FinaleRazzo=V EspulsioneGas⋅log(miniziale

m finale

)

Cioè la velocità finale (quella che mi metterà in orbita o porterà sulla Luna etc..), sarà uguale allaVelocità di espulsione dei gas per il logaritmo del rapporto fra la massa del razzo prima di partire(propellente compreso), e di quella al raggiungimento dell’obbiettivo.

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Il risultato più immediato, è che tutto dipende dalla velocità di espulsione dei gas, ed inoltre cheoccorre moltissima massa iniziale (quasi tutto propellente) per lanciare anche un modestissimorazzo e questo è legato alla presenza del logaritmo nella formula.

In particolare se vogliamo mettere in orbita un satellite di 90 kg, supponendo che tutto il resto siapropellente avrò bisogno di ben 910kg di propellente, quindi alla partenza il nostro razzo in totaleavrà un peso di 1000kg: si può proprio affermare che il 91% del peso va in FUMO !

INPULSO SPECIFICO

Tutto quello che ci serviva per capire come si affronta il viaggio verso altre stelle, è finalmente statointrodotto, e speriamo in modo abbastanza comprensibile; ci occorre ora un parametro che indichi labontà e le prestazioni di un motore per missile.

Questo parametro si chiama Impulso specifico e si rappresenta in questo modo

Isp=Spinta

Portata ponderale=

forza ingrado di spostareun certo numero di KgPortata di propellente che passaattraverso l ' ugello

Questo parametro che ha come unità di misura i secondi, indica per quanto tempo e con quantocombustibile si può ottenere una certa spinta. L’Impulso specifico purtroppo però non dàl’informazione fondamentale dell’accelerazione, che è essenziale per lasciare la nostra Terra.

I migliori motori cioè quelli più efficienti che vengono prodotti sulla Terra hanno un impulsospecifico di circa 500 secondi, e questo valore si ottiene pensando che per circa sette minuti vienebruciato ad un certo ritmo il carburante per ottenere una certa spinta (quella necessaria per superarela forza di attrazione gravitazionale terrestre).

Se però avessi un motore nello spazio, che funziona per giorni o mesi (senza fermarsi), espellendopochissima massa, allora il valore dell’Impulso specifico sarebbe elevatissimo (ad esempioIsp=10000sec) ed il razzo continuerebbe ad accelerare per giorni e mesi, continuando ad aumentarela sua velocità, quindi ottimo per lunghi percorsi; però ma un motore simile non potrebbe maialzarsi da terra perché l’accellerazione che fornirebbe sarebbe insufficiente.

Un confronto quindi fra razzi con motori diversi si può fare se si trattano assieme i razzi perdecollare da Terra, con i razzi destinati a muoversi nel cosmo.

PRINCIPALI TIPI DI PROPULSIONE

Reazioni Energia Liberata10^6 J/Kg

Velocità di EspulsioneKm/sec

Astronave tipo

Idrogeno – Ossigeno liquidi 15 (non 15x10^6) 5.5 Shuttle

Fissione Nucleare (Uranio) 8.2x10^7 12.900 Orion

Fusione Nucleare 3.9x10^8 27.600 Dedalus

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Annichilazione Materia - Antimateria

9x10^10 270.000 Star Trek

Come si vede ancora una volta la Velocità di espulsione dei Gas dall’ugello del razzo, èfondamentale per ottenere alte prestazioni del sistema aerospaziale, ed in particolare, attraversol’anichilazione della materia con l’antimateria, che è il metodo più efficiente esistente per produrreenergia, si riescono ad espellere i gas a velocità molto prossime a quelle della luce!

MOTORI CHIMICI

Probabilmente per molte centinaia di anni, l’unico modo per poterci staccarci dal suolo terrestre èutilizzare i motori detti chimici, che appunto sfruttano delle reazioni chimiche più o meno rapide,più o meno energetiche, per spingere la nostra astronave.

Ricordiamo, che un grosso difetto dei motori (non sarebbero dei motori altrimenti), è che perbruciare il nostro combustibile hanno bisogno di ossigeno o di un altro ossidante, e quindi unmotore che deve viaggiare nello spazio, oltre ad avere un serbatoio per trasportare il carburante

deve averne anche uno per trasportare l’ossidante che nello spazionon si trova, con un raddoppio quindi delle masse trasportate edegli ingombri.

I più usati di questi propellenti, sono delle miscele più o menocomplesse ad esempio di kerosene - Ossigeno, ma quelli piùaltamente energetici, cioè che ci forniscono maggiori prestazioni epermettono a parità di carico di arrivare più lontani sono quelli adIdrogeno ed Ossigeno criogenici, cioè allo stato liquido perchéraffreddati ad oltre -150°C.

I motori che hanno portato l’uomo sulla Luna (SATURNO V) edancora la navetta spaziale SHUTTLE ed ancora il razzo europeoARIANE, funzionano appunto utilizzando idrogeno ed ossigenoliquidi, perché come detto forniscono le migliori prestazioni oggipossibili.

Qui di fianco è stata appunto riprodotto il razzo vettore americanoTitan III, che è servito e serve attualmente per numerosi tipi di missioni: dal lancio di satellitiartificiali a quello di sonde interplanetarie.

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VIAGGIO TRA I PIANETI

Immaginiamo di essere dei viaggiatori provenienti dalle stelle e diretti al Sole. Ci troveremmocircondati da quattro immensi mondi gassosi e nuvolosi: Nettuno, il pianeta blu con Tritone la sualuna di ghiaccio, Urano con i suoi anelli scuri, fatti di materia organica, Saturno, il gioiello delSistema Solare, all'interno dei suoi anelli concentrici composti da un miliardo di piccole lune dighiaccio e, infine, Giove, il pianeta più grande con le sue nubi multicolori. Oltre, ancora più vicinoal Sole, non si trovano più pianeti giganti, ma corpi minori fatti di roccia e metalli e alcuni avvoltida un leggero strato d'aria. Uno di essi è la Terra.

I viaggi dell'uomo per l'esplorazione all'esterno del Sistema Solaresi svolgono, almeno fino ad oggi, sotto il controllo di un solo centroin tutta la Terra, il Jet Propulsion Laboratory della NASA aPasadena, in California. Acronimo di National Aeronautics andSpace Administration (in italiano Ente Nazionale per le attivitàSpaziali e Aeronautiche), è l'agenzia governativa civileresponsabile del programma spaziale degli Stati Uniti d'America edella ricerca aerospaziale. La decisione di creare la NASA era statadettata dall'esigenza di affrontare la sfida per la conquista dello Spazio che contrapponeva le duesuperpotenze mondiali, Stati Uniti e Unione Sovietica e che prese il nome di corsa allo spazio. Lasfida si collocava nell'ambito della Guerra Fredda ed ebbe inizio il 4 ottobre 1957, quando l'UnioneSovietica lanciò in orbita il primo satellite artificiale, lo Sputnik 1, del peso di 83 kg. Il successosovietico fu percepito dagli Stati Uniti come una grave sconfitta sia nel campo tecnico-scientificoche in quello politico-militare e provocò un vero e proprio shock passato alla storia come la crisidello Sputnik. Circa 2 anni prima, il 29 luglio 1955 il presidente americano Dwight D. Eisenhoweraveva reso pubblico il progetto Vanguard con il quale la Marina degli Stati Uniti intendevacollocare in orbita un piccolo satellite artificiale del peso di 1,5 kg tra il 1º luglio 1957 e il 31dicembre 1958, ovvero durante l'Anno geofisico internazionale. Con il lancio dello Sputnikl'Unione Sovietica era arrivata prima al traguardo. Il 3 novembre i sovietici lanciarono lo Sputnik 2che pesava 500 kg e ospitava la cagnetta Laika, primo essere vivente ad affrontare l'assenza di peso.

Il 6 dicembre gli Stati Uniti tentarono il loro primo lancio con un razzo Vanguard, che però esplosedurante la fase di ascensione. Il fallimento rinfocolò le polemiche tra Marina ed Esercito. Anche

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quest'ultimo, infatti, in quegli anni stava portando avanti un proprio progetto con l'intento dilanciare un satellite chiamato Explorer 1. Si trattava di un'idea di Wernher von Braun, il progettistadi razzi tedesco che al servizio di Hitler aveva realizzato le V2 per poi passare, finita la guerra, agliStati Uniti. Per recuperare parte del tempo perduto gli scienziati americani intensificarono gli sforziper allestire nel più breve tempo possibile un vettore in grado di lanciare in orbita l'Explorer erealizzarono il razzo Jupiter-C, lanciato il 31 gennaio 1958. La Marina riuscì infine a lanciare il suoprimo satellite, il Vanguard 1, il 17 marzo 1958, al quale si deve la conferma scientificadell'esistenza delle fasce di van Allen. Malgrado il successo delle due missioni, restava il distaccotra Stati Uniti e Unione Sovietica in termini di massa lanciata: infatti l'Explorer 1 pesava soltanto 14kg e il Vanguard 1 pesava appena 1,5 kg.

Il Congresso degli Stati Uniti, allarmato dai successi sovietici, premette sul presidente Dwight D.Eisenhower affinché ci fosse una risposta immediata. Si giunse così alla decisione di riunireprogrammi e risorse sotto una nuova agenzia federale per le attività spaziali civili, la "NationalAeronautics and Space Administration" (NASA) che incorporò la NACA e alcuni settori di ricercadelle forze armate, tra cui il gruppo di lavoro diretto da Von Braun che contava 5000 addetti. Lanuova agenzia iniziò le sue attività nell'ottobre del 1958. Il suo primo amministratore fu ThomasKeith Glennan e con l'arrivo di Von Braun questi assunse la direzione delle attività tecniche.

Il primo compito della NASA fu quello di avviare un programma per l'esplorazione umana dellospazio. Il Progetto Mercury fu avviato nel 1958 con lo scopo di stabilire se l'uomo poteva viaggiarenello spazio. Il 12 aprile 1961 i sovietici segnarono un altro punto a proprio favore lanciando inorbita il primo essere umano, l'astronauta Yuri Gagarin. Il 5 maggio 1961 l'astronauta Alan Shepardfu il primo americano nello spazio, ai comandi della capsula Mercury 3 lanciata in un volosuborbitale durato 15 minuti. Fu invece John Glenn il primo americano a compiere un'orbita attornoalla Terra il 20 febbraio 1962, durante la missione Mercury 6.

L'Uomo sulla Luna

Il 25 maggio del 1961 il presidente americano John F. Kennedy annunciò al Congresso che gli StatiUniti sarebbero riusciti a mandare i propri astronauti sulla Luna entro la fine di quel decennio. LaNASA avviò il progetto Gemini allo scopo di mettere a punto le tecnologie e le capacità operativenecessarie per quell'impresa, in una corsa contro il tempo per battere i sovietici che avevano avviatoun analogo progetto.

Il compito di raggiungere la Luna fu invece affidato al Programma Apollo, teorizzato già dal 1959ma ufficialmente avviato in concomitanza con l'annuncio di Kennedy. Il programma fu articolato inuna serie di test e missioni con e senza equipaggio umano e fu segnato da un tragico incidente che il27 gennaio 1967 costò la vita a tre astronauti, uccisi da un incendio scoppiato durante una prova aterra in vista della missione Apollo 1.

La NASA investì nel programma fino al 60% delle proprie risorse. Nel 1967 la NASA contava36000 addetti (un aumento del 450% rispetto al momento della sua nascita nel 1958) e disponeva diun budget pari a 5 miliardi di dollari (5000% superiore rispetto a quello del 1958) e faceva ampioricorso a contratti e appalti esterni, al punto che nel 1965 le aziende esterne impiegavano 376 700lavoratori nei programmi dell'ente.

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Nei suoi primi dieci anni di attività la NASA costruì nuovi centri per la ricerca e sviluppo e per lagestione delle attività aerospaziali: il Goddard Space Flight Center, il Manned Spacecraft Center, ilKennedy Space Center e l' Electronics Research Center.

Il programma Apollo raggiunse la sua meta il 20 luglio 1969, con l'allunaggio dell'Apollo 11. NeilArmstrong, primo uomo a toccare il suolo lunare, nella circostanza pronunciò la celebre frase "unpiccolo passo per un uomo, un enorme salto per l'umanità". Altri dieci astronauti allunarono nellesuccessive missioni Apollo, l'ultima delle quali ebbe luogo nel dicembre 1972.

Una Mappa Celeste in Scala

Quanto è grande il Sistema Solare ? Quanto sono grandi i corpi che lo compongono ? Quantovalgono le distanze che li separano ? Per dare una risposta a queste domande, forse il modo piùsemplice che da una buona idea delle dimensioni in gioco è procedere come se si volesse ricostruireuna mappa in scala del sistema solare, con una scala piuttosto inconsueta però: 1:3.000.000.0000(uno atre miliardi).

In questa mappa o modello del Sistema Solare, i diametri e le distanze dei singoli corpi sarannoquindi rimpiccioliti di 3 miliardi di volte

OGGETTO CELESTE MODELLODIAMETRO

MODELLODISTANZA dal Sole

VERO Diametro (Km)

VERO Distanza dal Sole(Km)

SOLE

TERRA

LUNA

MARTE

PUTONE

ALFA CENTAURI

STELLA POLARE

50 cm

4.2 mm

1.2 mm

2.3 mm

1 mm

50 cm

1 mt

-

50 mt

10 cm (dalla Terra)

75 mt

2 Km

13.600 Km

2.080.000 Km

1.392.000 Km

12.756 Km

3.476 km

6.794 Km

2.300 Km

1.500.000 Km

3.000.000 Km

-

150 Milioni di Km

384.400 Km da Terra

228 Milioni di Km

6 Miliardi di Km

4.3 anni luce

630 anni luce

Non è importante ricordare tutte le cifre riportate in tabella, ma solo quelle relative alle distanze;infatti vorrei sottolineare i seguenti dati, che dovrebbero inquadrare immediatamente il problemaattraverso alcune considerazioni :

1- In questa scala se il Sole si trova al centro del sistema, ed è rappresentato da una sfera da 50 cm,la nostra Terra vi ruota attorno a 50 metri, e la Luna, unico oggetto sino ad ora raggiunto dall’uomocon le sue navi spaziali si trova a soli 10 centimetri dalla Terra. E’ come se sino ad ora l’uomoavesse vissuto in un universo bidimensionale, perché la distanza massima percorsa in direzionedello spazio è solo di 10 cm!

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2- Marte il più vicino pianeta alla Terra si trova a 75 metri dal Sole, a 25 metri (contro i 10centimetri della Luna) dalla Terra nel punto di minor avvicinamento, mentre 125 metri in quello dimassimo allontanamento.

3- L’estremità del Sistema Solare, si trova a 2 chilometri dal Sole, la dove sarà posizionato Plutone.Se quindi volessimo disegnare il sistema solare avremmo bisogno di un foglio di 4 km di lato edove la Terra si trova a soli 50 metri dal centro.

4- Ma qui lo stupore diventa enorme; per raggiungere la prima stella in ordine di lontananza dalSole cioè Alfa Centauri, si dovranno percorrere altri 13.600 km, poco più del diametro (VERO)terrestre, contro, ripeto, i dieci centimetri sino ad ora percorsi dall’uomo !

5- E qui viene il bello: la prima stella secondo quanto già ricavato, abitata da degli esseri intelligenticon una tecnologia paragonabile o superiore alla nostra, si trova a una distanza da noi di 630 anniluce, e la impersoneremo nella Stella Polare (poco più vicina), anchese la stella Polare per varimotivi legati alla sua evoluzione ed al sitema doppio che la caratterizza, non dovrebbe ospitarenessuna civiltà. Ebbene nel nostro modello disterebbe dalla nostra sfera di mezzo metro di diametro,rappresentante il Sole, ad una distanza di circa 2 milioni di km, cioè sei volte la distanza (VERA)Terra - Luna ! (Ripeto: contro i 2 km del raggio del sistema solare).

Il Programma Pioneer

fu un progetto americano costituito da una serie di missioni spaziali senza equipaggio destinateall'esplorazione dei pianeti del sistema solare. Numerose furono le missioni nell'ambito delprogramma, ma le più importanti e famose furono quelle del Pioneer 10 e del Pioneer 11 essefurono collocate su orbite diverse in modo che il Pioneer 11 potesse compiere anche unaricognizione di Saturno. I grandi problemi di questa difficile e lunga ricognizione spaziale erano ilsuperamento della fascia di asteroidi e la capacità degli strumenti di bordo di resistere agli intensilivelli di radiazioni presenti intorno a Giove. Le due sonde Pioneer erano costituite da una grandeantenna parabolica di 2.74 metri di diametro con una scatola esagonale di 36 cm per 71 contenenteundici strumenti scientifici. L'informazione si prevedeva fosse trasmessa in forma digitale ad unritmo di 2048 bit al secondo durante il viaggio di andata e di 1024 bit al secondo quando la sonda sisarebbe trovata nei pressi del pianeta. Il Pioneer 10 venne lanciato da Cape Canaveral il 2 marzo1972 mentre il Pioneer 11 un mese più tardi, il 5 aprile 1972.

Il Pioneer 10 completò rapidamente i compiti assegnati dopo aver fotografato per la prima volta Giove alla distanza minima di 130000 km e poi continuò la sua corsa uscendo dal Sistema Solare il 13 giugno del 1973. La stessa sorte sarebbe toccata a Pioneer 11 che viaggiava nella direzione opposta a quella della sonda gemella.

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Su entrambe le sonde è stata fissata all'esterno una targa, studiata dall'astronomo Carl Sagan, che conteneva immagini e simboli utilizzabili da possibili extraterrestri per capire da dove erano partite le sonde. Pioneer 10 attualmente è proiettata nella direzione di Proxima Centauri che raggiungerà tra 26135 anni.

Il programma Voyager

Fu un programma scientifico statunitense che ha condotto al lancio nel 1977 di due sonde spaziali,chiamate Voyager 1 e Voyager 2, per l'esplorazione del sistema solare esterno.

Nella fase iniziale del programma entrambe le sondehanno osservato i pianeti Giove e Saturno. La sondaVoyager 2 è stata in grado di osservare anche ipianeti Urano e Nettuno sfruttando un allineamentoplanetario vantaggioso che si verificò alla fine deglianni settanta. A oggi (2013) Voyager 2 è l'unicasonda ad aver effettuato un passaggio ravvicinato diUrano e di Nettuno.

Dal momento che nella parte esterna del SistemaSolare le radiazioni non sono in grado di alimentare

le batterie solari ecco che le sonde Voyager furono dotate di alimentatori che traevano energia daldecadimento radioattivo del plutonio. Data l'enorme distanza le sonde dovevano essere attrezzateper poter operare in modo autonomo e i ricevitori sulla terra (Deep Space Network) dovevano essereresi molto più sensibili in modo da potere ricevere ed interpretare il debole "bisbiglio" dei segnaliinviati dalle sonde. Per potere raggiungere le così grandi distanze dei pianeti esterni, fu utilizzato ilpiù potente vettore allora a disposizione: il razzo Titan-Centauro.

I passaggi da un pianeta all'altro sarebbero stati possibili utilizzando la forza di gravità (fiondagravitazionale) dei singoli pianeti per rilanciare i veicoli spaziali verso la meta successiva. L'elevatocosto costrinse la NASA ad un ridimensionamento del programma iniziale mantenendo solo duedelle quattro sonde: il Voyager 1 e 2. Il lancio di Voyager 2 avvenne il 20 agosto 1977 seguito il 5settembre da Voyager 1. Il Voyager 1 iniziò la fase di esplorazione di Giove il 4 gennaio 1979 ecirca due mesi più tardi raggiunse i confini della magnetosfera gioviana.

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Il 3 marzo la sonda incrociò l'orbita di Callistocompiendo, il 5 marzo, il fly-by di Giove"sfiorando" il tetto della copertura nuvolosa dauna altezza di 270000 km. L'avvicinamentocontinuò fino alla distanza di 22000 km dalpianeta. Prima che i dati di Voyager 1 fosserocompletamente elaborati iniziò il lavoro diosservazione di Voyager 2. La sonda transitò a126000 km da Callisto. Mentre il veicolo sistava avvicinando a Giove si ebbero delledisfunzioni nella camera televisiva che vennerosuperate nel luglio del 1979 quando la sondariprese a trasmettere, da non meno di 1 milionedi km, immagini del satellite Io. Seguirono poi gli incontri ravvicinati con Ganimede a 62000 km econ Europa a 206000 km.

Entrambe le sonde hanno prodotto grandi quantità di informazioni sui giganti gassosi del sistemasolare. I dati ottenuti hanno inoltre consentito di porre limiti all'ipotetica esistenza di nuovi pianetimassicci oltre l'orbita plutoniano (un pianeta di questo tipo è detto comunemente Pianeta X).Attualmente le sonde stanno fornendo dati utili a caratterizzare l'eliopausa, la regione in cui lapressione esercitata dalle particelle del vento solare diminuisce fino diventare pari a quella delleparticelle provenienti dall'esterno del sistema solare.

A differenza delle sonde del Programma Pioneer, ormai non più funzionanti, entrambe le sondeVoyager continuano ad oggi (2013) a trasmettere dati alle stazioni a terra mentre stanno viaggiandoverso l'esterno del sistema solare. Le batterie termoelettriche a isotopi radioattivi di cui sono dotateconsentono ancora diversi anni di vita operativa (stimata fino al 2025), anche se diversi strumentisono stati via via disattivati per ridurre l'assorbimento di energia. A partire dalla fine del 2003, econtinuando per i dieci anni successivi, la sonda Voyager 1 ha iniziato l'attraversamentodell'eliopausa. Al 7 luglio 2013 si ritiene che la sonda si trovi in una regione del sistema solaredenominata elioguaina. Voyager 1 ha raggiunto una distanza di 100 Unità Astronomiche (UA) dalSole il 15 agosto 2006. Nel 2013 ha raggiunto una distanza di circa 125 UA dal Sole. Voyager 2 haraggiunto una distanza di 100 UA dal Sole il 7 Novembre 2012.

Voyager 2

Fu qui, al Jet Propulsion Laboratory della NASA che domenica 8luglio 1979 iniziarono le operazioni per il passaggio ravvicinatodella sonda Voyager II a Giove e alle sue lune. Il veicolo spazialeera stato istruito per l'esplorazione del sistema di Giove da unasequenza di istruzioni radiotrasmesse in precedenza ai suoicomputer di bordo.

Già da qualche mese prima dell’avvicinamento a Giove, la sondaaveva iniziato ad effettuare il rilevamento fotografico del pianetae dei suoi satelliti.

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Ecco che con le prime foto dei satelliti di Giove sono arrivate le prime scoperte veramente inattese,soprattutto da parte del satellite Io. Vedendo le prime foto, i buontemponi della NASA avevanosubito ribattezzato il satellite come “italian pizza”: guardate la foto a fianco e ne converretesenz’altro!

Ma da altre foto di questo strano satellite sono apparse delle caratteristiche finora mai viste né daTerra né dalle sonde precedenti: quelli che sono apparsi come dei pennacchi a forma di spruzzo diuna fontana sono stati subito identificati come i getti lavici sulfurei di vulcani attivi, presenti sullasuperficie del satellite. Questo è il primo ed unico esempio di attività vulcanica in un satellite delSistema Solare.

Entrambe le sonde hanno ovviamente puntato gli obiettivi verso il pianeta e la sua Macchia Rossa:in queste due foto (una da parte della I e l’altra da parte della II) vediamo le complicate emeravigliose strutture di vortici che circondano questa suggestiva e inquietante particolarità delgigante gassoso, mai prima d’ora studiata così in dettaglio.

Raccogliendo in un unico file più immagini riprese durantel’avvicinamento al pianeta e scegliendo sempre quelle checontenevano la Macchia Rossa in un determinato punto, gliscienziati della NASA realizzavano uno stupendo filmato dovesi poteva vedere il movimento turbolento dell’atmosfera diGiove intorno alla Macchia Rossa.

Con questo trucco da abili montatori di filmati, sembrava che lasonda, avvicinandosi a Giove, abbia seguito la Macchia Rossastessa.Altra scoperta da parte delle sonde è stata quella degli anelli di Giove, mai visti finora e nemmenoimmaginati : il grande arco multicolore che si vede è una falce sottilissima di Giove, illuminata dalSole da un’angolazione assolutamente impossibile da Terra. La ripresa infatti è avvenuta quando lasonda stava passando dietro al lato oscuro del pianeta, quando stava per ricevere il GA (gravityassist).

Grazie all’aiuto gravitazionale di Giove, Saturno venneraggiunto il 25 agosto del 1981. Ovviamente anche inquesta occasione le sonde hanno iniziato a studiarequesto mini sistema solare alcuni mesi prima e hannocontinuato anche dopo l’incontro ravvicinato, visto chenon era previsto di farle inserire in orbita.

Abituati alle stupende foto che la sonda Cassini cifornisce quotidianamente, guardiamo queste foto consimpatia ed occhio critico: nella foto a fianco vediamo ilbellissimo spettacolo apparso agli occhi elettronici dellesonde durante il passaggio ad alta velocità nei pressi

degli anelli, mentre in questa vediamo un primo piano delle caratteristiche formazioni scure

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(speckle) che si incontrano più volte negli anelli e che fino ad allora non erano mai state osservatedalla Terra.

l’Anello F si presentava alla vista come “braided”, la parola con cui indicavano questo l’effetto, ecioè “come una treccia di capelli”… Inspiegabilmentequesto anello aveva un andamento a treccia(apparentemente tridimensionale) contro ogni logica elegge gravitazionale.

Solo negli ultimi anni, grazie alle foto della sonda Cassinisi è scoperto che queste trecce sono in realtà distorsionidelle particelle dell’anello, indotte dall’attrazionegravitazionale del satellite pastore Prometeo che neperturba l’andamento nel corso della sua orbita intorno alpianeta. Tra l’altro questo satellite e l’altro pastore

Pandora furono scoperti proprio dai tecnici della NASA analizzando la miriade di foto che stavanoarrivando dalla sonda…

Dalla sonda inoltre era stato tra l’altro ripreso un ottimoprimo piano (a fianco) del satellite Mimas e del suoenorme cratere Herschel che ne caratterizza la superficiebutterata da una miriade di piccoli crateri. Altre foto, trale migliaia ricevute, riguardano gli altri satellitiprincipali: Encelado, Teti e Dione.

Dopo il passaggio sopra Titano, la traiettoria della sondavenne sapientemente modificata da un GA per dirigerlaverso pianeti che finora non erano mai stati osservaticosì da vicino. Urano però non è dietro l’angolo: allasonda ci sono voluti quasi 5 anni per raggiungere quest’altro gigante.

Potete ben immaginare l’aspettativa che si era creatain tutto questo tempo! Però nel frattempo i PCcominciavano ad essere presenti nelle scrivanie degliuffici ed anche in casa: allora a fianco dei PC IBM“originali” (ma costosissimi!) iniziavano a vedersi icosiddetti “compatibili”, dei cloni realizzati nellontano oriente, decisamente meno costosi e in alcunicasi ben più performanti. Internet però era ancoraappannaggio di pochi ed allora l’unica risorsa eranoancora una volta le riviste, che però non potevanodare le notizie in modo così immediato, come siamo

abituati oggigiorno con internet: di solito un ritardo di un mese era quanto di meglio ci si potesseaspettare, ma non era certo colpa degli editori…

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Il 24 gennaio 1986 (puntualissima rispetto allo scheduling!) la voyager II è arrivata per la primavolta dunque nei pressi di Urano, schiudendo così alla vista nuovi mondi, ognuno con nuovecaratteristiche, alcune delle quali nettamenteinattese! In effetti però il pianeta Urano non è cosìricco di particolari come Giove e Saturno: unacoltre di nubi azzurro-verdoline e qualche raroparticolare è quanto si è potuto ottenere dalla sonda(figura a fianco): sono stati confermati gli anelli,scoperti fotograficamente una decina di anni prima,molto differenti da quelli di Saturno e più simili aquelli di Giove. Anche in questo caso sono statiscoperti alcuni satelliti pastore: nella foto vediamol’anello ε con i suoi satelliti che nel frattempohanno ricevuto un nome (Ofelia per 1986U7 e Bianca per 1986U8).

A parte questi satellitini che si vedevano solo come puntiluminosi, viceversa i satelliti già conosciuti hanno mostratoricchissimi particolari della loro superficie: Ariel, Umbriel,Titania ed Oberon. La palma della vittoria, per la spettacolaritàdella superficie, spetta però a Miranda, che presenta una curiosaconformazione a “V” nella superficie (soprannominata “Chevron”dagli scienziati).

Ma il tempo scorre inesorabile, bisogna raggiungere un’altrameta: ecco dunque un nuovo GA che lancerà la numero II versoun altro pianeta… Rimane giusto il tempo di voltarsi indietro efare un ultimo scatto al pianeta appena visitato…

Tre anni e mezzo di trepida attesa ed ancora una volta lasonda non delude le attese! Il 25 agosto 1989 la Voyager IIarriva ancora una volta puntualissima al suo quartoappuntamento, anche questa volta con un pianeta mai finoravisto da vicino, Nettuno.

L’aspetto del Dio del Mare è invece molto più accattivante(foto a fianco) e la sua coltre di nubi di un bellissimo coloreazzurro sembra davvero un immenso oceano: in realtà lacoltre di nubi è formata da idrogeno, elio e tracce dimetano. A sorpresa in questo oceano spicca una macchia piùscura che ricorda quella ben più colorata di Giove. Altracaratteristica della superficie del gigante gassoso sonoalcune nubi (neanche queste mai viste finora…) chelasciano addirittura un’ombra sulle nuvole sottostanti.

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Anche Nettuno è seguito da una serie di anelli molto sottili (foto a fianco) alcuni dei quali sipresentano interrotti oppure con parti più luminose: si ipotizza anche in questo caso la presenza disatelliti pastore che fanno sentire la loro influenza gravitazionale sulle particelle costituenti gli

anelli stessi. Per quanto riguarda i satelliti, dei due conosciuti fino adallora (Tritone e Nereide) il secondo era troppo lontano per mostrareparticolari degni di nota, mentre il primo è stato immortalato in fotoin cui appaiono particolari della superficie veramente degni di nota .

Altri satelliti invece sono stati scoperti in occasione del rendez vous:quello scoperto per primo, 1989N1 è stato poi battezzato Proteus,mentre il secondo, 1989N2 è stato invece in seguito denominatoLarissa. Questa era dunque l’ulima meta del lunghissimo viaggio: allaVoyager II non rimase altro che dare un ultimo sguardo al pianetaappena incontrato nel suo lungo volo.

Ed ora cosa succederà alle due sonde? Ritorniamo anche alla numeroI che avevamo lasciato anni fa, non appena superato Saturno. Unaverso una direzione e l’altra diretta verso un’altra parte, le due sonde

si stanno allontanando inesorabilmente dal Sistema Solare, senza una precisa meta. Innanzitutto siprevede che rimarranno attivealmeno fino al 2020, allorchè lebatterie si scaricherannoinesorabilmente.

La Voyager I è diretta verso unastella relativamente vicina al Sole,la nana rossa Gliese 445attualmente nella costellazionedella Giraffa (Camelopardalis)distante 16.7 anni luce: fra 40000anni circa la sonda passerà ad 1.6anni luce da questa stella. Maattenzione! In questi 40000 anni lastella si sposterà: tra l’altro il suomoto proprio, che misura il suomovimento effettivo in mezzo allealtre stelle e che è dovuto almovimento di tutte le stelle dellagalassia intorno al suo centro, èabbastanza alto ed allora succedeche fra 40000 anni questa stella sisarà avvicinata al Sole fino alla

distanza di 3 anni luce, quindi ancora più vicina di Alfa Centauri che attualmente dista 4.3 anni lucedal Sole.

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Cerco di spiegarmi meglio, con un disegno assolutamente non in scala, ma che dovrebbe aiutare acomprendere il ragionamento: la sonda come detto non è diretta verso un bersaglio fisso, ma inrealtà anche il bersaglio si sta muovendo! In fondo è quello che è successo e succede anche con ipianeti.

La Voyager II invece sempre fra 40000 anni giungerà ad 1.7 anni luce (che è sempre una distanzasterminata!) da un’altra stellina che ora dista 10.3 anni luce dal Sole: anche in questo caso è unanana rossa ed il suo nome è Ross 248 o HH Andromedae. Attualmente (per lo stesso discorso diGliese 445) questa stellina si trova nella costellazione di Andromeda.

Mi raccomando di non dare troppo peso alla coincidenza apparente tra i 40000 anni che ho appenaindicato: questo perché magari in realtà la numero I ci metterà 38546.44 anni, mentre la IIimpiegherà 40238.01 anni. Però questi valori ora non sono noti e se ne può fare solo una stima: eccodunque i 40000 anni. Semmai la coincidenza vera è sul tipo di stelle, nane rosse in tutti e due i casi,ma questo è solo un caso, le sonde Voyager viaggiano ad una velocità di 62000 Km/h.

E' grazie al successo di queste sonde che hanno dato il via definitivo perchè l'uomo iniziasse aviaggiare verso le stelle. Come in Star Trek si sentiva soven te nella sigla “la dove nessun uomo èmai giunto prima”, le Voyager sono state le prime a mostrare cose inaspettate all'interno del nostrosistema solare, ora che l'acqua ci appare invitante dobbiamo trovare il coraggio eper creare nuovetecnologie aereospaziali per andare oltre.

SFRUTTARE LA GRAVITA' DEI PIANETI

LA FIONDA GRAVITAZIONALE

La nostra tecnologia qualche cosa di meglio ci può permettere di farlo, è però necessario utilizzarequalche piccolo trucco di meccanica orbitale.

Stiamo parlando di astronavi che lasciata l’orbita terrestre e vengono lanciate verso i pianeti esternidel sistema solare. Esse potranno raggiungere il loro obbiettivo in due modi distinti, o attraverso unorbita più omeno complessa di avvicinamento al pianeta, oppure, cosa che nell’ultimo decennio èstata ampiamente usata e sperimentata, utilizzando la forza gravitazionale dei pianeti più massicciper imprimere una maggiore velocità alla sonda verso il suo obbiettivo finale.

Quello che viene fatto viene appunto descritto dai media come un gioco di biliardo cosmico, dove ipianeti fanno da fionda alla nostra sonda verso un nuovo obbiettivo.

Ma come funziona una fionda gravitazionale? E che ruolo ha il pianeta in tutto il discorso ? Se nonè stato già capito, un pianeta possiede un suo campo gravitazionale, più o meno intenso,avvicinandoci quindi ad un pianeta l’effetto che si manifesta sulla nostra traiettoria è molteplice, ilpiù evidente infatti è quello che la traiettoria viene incurvata in modo proporzionale a quanto ciavviciniamo al pianeta e quindi la direzione finale ne risulta sostanzialmente modificata; inoltre,

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cosa principale, la sonda in questo bigliardo col pianeta riesce a acquisire una velocità maggiore ominore, in modo dipendente dall’angolo di incontro, dalla distanza dal pianeta, etc...

Sono numerose le sonde che hannosfruttato questo principio, la primaagli inizi degli anni 70, si chiamavaMariner X e doveva sorvolareVenere; fortunatamente l’italianoProf.Colombo suggerì questometodo allaNASA, che valutata lafattibilità di un sistema cosìrivoluzionario, decise di procederefacendo diventare quello che dovevaessere un semplice incontro conVenere un incontro doppio conMercurio e doppio conVenere, ed iltutto con la stessa sonda.

Degna di nota è anche la sonda interplanetaria Voyager II che negli anni ottanta ha sorvolatocontemporaneamente ben 4 pianeti: Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

Anche la sonda Galileo ha usato lo stesso procedimento, ma non con scopo principale di aumentarela sua velocità, ma quello di risparmiare energia, o meglio del propellente che altrimenti sarebbestato necessario, provocando un deciso incremento del peso della sonda e di conseguenza dei costidella missione.

Vediamo sopra lo schema costruttivo della sonda spaziale GALILEO, sono visualizzate tutte leposizioni degli strumenti ed esperimenti di bordo e deglielementi principali che compongono la sonda stessa.

Osservando la figura qui accanto, si osserva come laGalileo, per raggiungere Giove, sia stata lanciata versoVenere (verso il centro del sistema solare anziché versol’esterno!), per poi dopo aver acquistato velocità,incontrare per ben 2 volte la Terra al fine di ottenere lagiusta orbita e velocità per poter indirizzare finalmente lasonda verso il gigante gassoso.

Si potrebbe pensare che in effetti la cosa siaestremamente laboriosa e complicata, il problema statutto nei calcoli orbitali, il resto lo fanno esclusivamentele forze gravitazionali dei pianeti, ed il risparmioenergetico che ne risulta è indubbio.

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Ma vediamo ora di capire quale sia il principio di funzionamento delle fionde gravitazionali e comesia possibile utilizzare i pianeti per incrementare la nostra velocità.

Il pianeta ha una massa enormemente maggiore della sonda, ragion per cui l’accelerazione chesubisce è assolutamente trascurabile ed il suo sistema di riferimento si può considerare inerziale. Inquesto sistema la velocità della sonda, quando si trova lontana dal pianeta, molto tempo prima edopo l’incontro (in posizioni simmetriche sulla curva), resta la stessa in modulo, anche se come sivede cambia di direzione. Se quindi il mio osservatore dell’evento si trova sul pianeta, per lui lavelocità della sonda prima e dopo l’incontro col pianeta sarà assolutamente la stessa, è come seappunto avesse cambiato solo direzione di spostamento. Però il pianeta si muove rispetto al Sole diVelocità Vp.

Per un osservatore quindi posto in un sistema di riferimentocentrato sul Sole, si osserva che quella che era la velocitàiniziale Vi, diventa dopo il Fly-By con il pianeta la velocitàfinale Vf, che sarà una composizione vettoriale dellavelocità del pianeta e della velocità asintotica.

E’ chiaro dal disegno che la velocità assoluta, cioè riferitaal Sole, cambia sostanzialmente, ed in particolare si puòdimostrare che dipende dalla geometria dell’incontro ed inparticolare dell’angolo α che misura la variazione didirezione, dalla velocità iniziale della sonda e dalla massadel pianeta.

Dal punto di vista fisico quello che succede è laconservazione della quantità di moto del sistema Sonda -Pianeta, in termini matematici si scrive :

m⋅(V p+V ∞−❑

)+ M⋅V p=m⋅(V p+V ∞+❑

)+M⋅V p'

Cioè per compensare l’aumento di velocità, il pianeta deve necessariamente cambiare la sua velocità, in particolare

diminuendola, cioè passare da V p a V p' .

E’ chiaro però che la massa del pianeta è infinitamente maggiore di quella della sonda, quindi la velocità del

pianeta sostanzialmente si mantiene inalterata.

Se paradossalmente si dovessero fare infiniti incontri ravvicinati col pianeta, potremmo rallentarlo sino a fermarlo, con conseguenze disastrose sulla sua orbita ; ma questa è sola fantasia, perché si è

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calcolato che anche lanciando 100 miliardi di sonde, queste non sarebbero in grado di modificare sostanzialmente la velocità del pianeta.

Ora che conosciamo tutto (si fa per dire) sul sistema di navigazione interplanetaria mediante ilprincipio delle Fionde gravitazionali, possiamo continuare nel nostro schema per vedere se con questi metodi i tempi di percorrenza degli immensi vuoti interplanetari si riducono abbastanza da permetterci un primo passo verso le stelle oppure sono del tutto insufficienti.

ASTRONAVE e Tipodi Propulsione

LUNA MARTE PLUTONE Alfa Centauri Stella Polare

VOYAGER II V=62.000 Km/h

5.2 ore 45 giorni 9.1 anni 63570 anni 9.3 Milioni di anni

Non occorre sottolineare ulteriormente, che questo metodo unziona bene nel sistema solare e permissioni completamente automatiche dirette verso i pianeti più lontani dal nostro; per la Luna eMarte invece risulta un metodo non molto utile, perché permetterebbe di risparmiarenotevolmente sull’energia impiegata ma per contro, allungando moltissimo i tempi dellemissioni sino a renderle inutili ed inattuabili.

Dopo la Luna (progetti rimasti nel cassetto)Dopo lo sbarco sulla Luna i fisici e i progettisti dell'epoca, iniziarono ad immaginare l'evoluzionedel volo spaziale pensando in grande, sperando che dopo un salto cosi grande come lo sbarco sullaLuna l'uomo si rivolgesse verso la conquista dello spazio. Erano uomini con un entusiamo e unafantasia cosi evoluta che non tennero in considerazione la natura umana, ovvero che essa non era, ead oggi non lo è ancora pronta, per una collaborazione globale al fine unico di far evolvere sestessa, ma solo quella egoistica di pensare esclusivamente al proprio benessere.

Questi uomini pensarono veramente in grande tanto da realizzare progettisticamente sistemi dipropoulsione ritenuti all'avvanguardia per quei tempi e non solo a quei tempi. Uno di questi progettifu battezzato Orione.

PROPULSIONE A FISSIONE NUCLEARE

La fissione nucleare, come tutti sanno e come dice la parola, è un processo altamente energeticomediante il quale si procedere a dividere un atomo sostanzialmente in due parti.

Ovviamente per fare questo nel modo più semplice possibile, e si può capire anche intuitivamente,si dovrà scegliere un atomo particolarmente grosso, con i legami più deboli possibili; ed infine nonsarebbe male se fosse anche instabile. Sappiamo che uno di questi atomi è appunto l’Uranio inquanto utilizzato nelle bombe a fissione nucleare sin nei primi esperimenti degli anni quaranta edora in modo più pacifico, nelle centrali nucleari per la produzione di energia elettrica.

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Gli studi e la ricerca alla base della fissione nucleare sono ormai estremamente avanzati, non dameno lo è il controllo dell’energia stessa. Si può infatti ritenere estremamente sicura, se sono stati adottati tutti i necessari sistemi di sicurezza ed escludendo l’errore umano dettato dall’abitudine nelcompiere lavori di routine e ripetitivi, che appunto ha causato tutti gli incidenti nucleari di cui siabbia nomea sino ad ora.

Le applicazioni, sono infinite, soprattutto in quei settori dove sono necessarie grosse fonti di energiaed ancora dove deve essere prodotta ed usata energia per un tempo estremamente lungo, adesempio: navi e sommergibili nucleari, alcuni rari casi di aerei, ed infine satelliti artificiali chefanno uso della energia nucleare.

Purtroppo l’energia nucleare di fissione ha un gravissimo inconveniente: una volta prodottal’energia necessaria, il materiale di scarto è estremamente radioattivo. Quindi se non vieneopportunamente immagazzinato e sigillato, diventa un pericolo per noi e l’ambiente per migliaia dianni, sino a decadimento rientrato entro livelli naturali.

Le firme per la non prolificazione degli ordigni nucleari e della tecnologia nucleare, hannonotevolmente rallentato le ricerche nel campo, di conseguenza non essendo autorizzata un certo tipodi sperimentazione, l’avanzamento nel settore è avvenuto solo a livello teorico.

Ma a noi interessano le tecnologie nucleari di propulsione, sviluppate da entrambe le superpotenzeper realizzare dei motori nucleari per viaggiare nello spazio.

Alla fine degli anni cinquanta quando ancora era possibile la sperimentazione sul campo, sial’Unione Sovietica che gli U.S.A. avevano il loro prototipo di propulsore nucleare, ampiamentetestato sia in laboratorio che nei deserti e nelle steppe con risultati ottimi.

Il Progetto Orione

Il Progetto Orione è stato il primo serio tentativo di progettareun veicolo spaziale a propulsione nucleare ed è stato portatoavanti tra il 1950 e il 1963 dalla General Atomics con ilsostegno della DARPA

Il progetto Orione (Orion Multi-Purpose Crew Vehicle) è unacapsula in fase di sviluppo dalla Lockheed Martin per contodella NASA. E' più grande di quella dell'Apollo maconcettualmente simile a quella utilizzate nelle missioni lunaridi quaranta anni fa. Dovrebbe essere in grado di mandare dinuovo astronauti nello spazio non prima del 2016.

Scopo ed obiettivi di questo progetto del costo di svariatimiliardi di dollari sono una debole eco dell'originale progetto

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Orione, avente come obiettivo la realizzazione di un razzo a propulsione nucleare in grado diraggiungere Marte in due settimane e Plutone in un anno.

L'idea è semplice quanto efficace: si tratta di far esplodere un serie di piccole bombe a fissione edsfruttare l'onda d'urto per accelerare l'astronave. La propulsione nucleare è in grado di fornire unaspinta migliaia di volte più efficiente dei propulsori chimici. Lo schema del veicolo èconcettualmente molto semplice: in cima è posta la sezione abitata, del diametro di 40-50 metri edalto altrettanto. La coda del veicolo è composta da un grande disco in grado di assorbire la spintadelle esplosioni e schermare equipaggiamento ed astronauti. Le due sezioni sono unite da una seriedi pistoni per assorbire e ridistribuire gradualmente lo shock dell'esplosione.

Il progetto - che ebbe inizio nel 1958 sotto la direzione del fisico nucleare Ted Taylor - annoveravanel team ricercatori del calibro di Freeman Dyson.

In quegli anni avevano ancora luogo i test nucleari nell'atmosfera: nel corso di questi fu provato chepiastre di metallo opportunamente sagomate, ricoperte di grafite e protette da un sottile strato d'oliopotessero resistere all'esplosione nucleare e riuscire ad raggiungere la velocità di fuga dal nostropianeta. Una navicella potrebbe essere lanciata direttamente dalla superficie del nostro pianeta oassemblata in orbita con mezzi convenzionali prima di partire per una missione interplanetaria sottola spinta nucleare.

Il progetto fu cancellato nella prima metà degli anni sessanta, quando furono proibiti tutti i testnucleari nell'atmosfera. Nonostante sia passato quasi mezzo secolo, Orione rimane l'unico sistemaper una vera esplorazione del sistema solare e interstellare, riuscendo teoricamente a raggiungerequalche percento della velocità della luce.

ASTRONAVE e Tipo diPropulsione

LUNA MARTE PLUTONE Alfa Centauri Stella Polare

Astronave ORION

V=32x10^6 km/h3% Velocità dellaluce

1 min 3.3 ore 6.1 giorni 126 anni 18400 anni

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PROPULSIONE A FUSIONE NUCLEARE

La fusione nucleare consiste semplicemente nell’avvicinamento di due atomi simo a farli fondere; questo processo benche produca immense quantità di energia, richiede inoltre molta energia per essere innescato, ed altrettanta per controllarlo.

Gli atomi che possono essere più facilmente utilizzati in un processo di fusione nucleare, dovranno essere anche intuitivamente, i più piccoli possibili, in modo tale che le loro forze repulsive siano piccole e quindi “facilmente” superate se si cerca di fonderne 2, inoltre non ci dispiacerebbe se l’atomo usato fosse discretamente abbondante nell’universo.

Stiamo parlando dell’atomo d’idrogeno, che è l’atomo più semplice ed è appunto quello che piùcomunemente viene fuso all’interno delle stelle come il Sole con temperature di circa 20 milioni di gradi.

Se solo volessimo utilizzare nei processi di fusione l’atomo di Elio, l’energia necessaria per innescare le reazioni nucleari sarà dell’ordine di circa 30 milioni di gradi, e così via con temperaturesempre maggiori passando ad atomi sempre più grandi e complessi, per passare infine alla sintesi del ferro che richiede temperature d’innesco dell’ordine di 100 miliardi di gradi!

Già da parecchi anni è possibile ottenere reazioni nucleari di fusione nucleare, sia attraverso le esplosioni incontrollate delle mostruose Bombe H (appunto all'Idrogeno), sia nei laboratori, attraverso un controllo del processo nucleare stesso. Purtroppo il grosso problema delle fisica nucleare è che al massimo sino ad ora siè ottenuto solo il pareggio fra energia prodotto ed energia consumata attraverso la fusione, non riuscendo però a autosostenere la reazione indefinitamente e soprattutto in modo controllato, per produrre più energia di quanto se ne consuma per innescare le reazioni.

Le reazioni nucleari di fusione più comuni si ottengono con gli isotopi dell’atomo di idrogeno, cioè degli atomi di idrogeno aventi diverso peso atomico, perché sono stati privati ho hanno ricevuto dei neutroni: Deuterio e Trizio e l’isotopo dell’Elio.

Le reazioni più efficienti di questo tipo sono le seguenti:

H2+ H3

→ He4+neutroni

H2+ He3

→ He4+ protoni

La seconda reazione è assolutamente la più sicura perché non provoca alcun tipo di effettocollaterale come le radiazioni che sono una caratteristica della prima; in futuro sarà quindi laseconda reazione quella che si cercherà di riprodurre per ottenere energia pulita da utilizzarsi sullaTerra o nello spazio in modo controllabile.

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Il Progetto Dedalus (50 anni con il motore in folle)

Il progetto Dedalo è stato uno studio per una probabile missione interstellare, usando le funzionalitàdegli anni 1970 ed eventuali tecnologie del futuro. Uno degli obiettivi principali è quello di stabilirese il volo interstellare può essere realizzato con le tecnologie attuali. La conclusione risulta esserepossibile, anche se molto difficile.

Il potenziale di fissione/potenza di fusione è visto come un sistema di propulsione fin dalla primametà del XX secolo. L'idea è stata inizialmente proposta da Stanislaw Ulam a Los Alamos nel 1947,e poi nel 1958 da Ted Taylor, avviando Project Orion. Poco più di un decennio più tardi, Alan Bond della British Interplanetary Society (BIS), credevafosse il momento giusto per studiare la fattibilità "dell'innovativo sistema di propulsione" per unamissione interstellare ingrando di volare al 10 – 14% della velocità della luce. Quindi ha discussol'idea con gli altri membri della Compagnia, il Progetto Dedalo è nato.

Il progetto Dedalo è stato sviluppato per cinque anni, ha avuto inizio il 10 Gennaio 1973 e lerelazioni finali sono state pubblicate il 15 Maggio 1978. Circa 100.000 ore a persona sono stateinvestite nel progetto da 13 designer di base e numerosi consulenti.

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Progetto Orione

Dimensioni rispetto a Saturn V

Dimensioni rispetto all'Empire StateBuilding

Il cuore di Dedalo è la fusione di motori di propulsione a impulsi, in cui piccole palline dicombustibile "a fusione" sarebbero iniettate ad alta velocità in una camera di reazione e incendiateda elettroni ad alta energia. Concettualmente questo non è molto diverso da un motoreconvenzionale a combustione interna, in cui vengono iniettate le piccole goccioline di benzina inuna camera di combustione, per poi infiammarle.

Il risultato della fusione sarebbe incanalato lungo un asse posteriore del veicolo principale, doveattraverso un ugello, il gas spinge in avanti il veicolo.

Dedalo è una navicella a due stadi, con la fase uno che trasporta 46.000 tonnellate di combustibile ela fase due che trasporta 4.000 tonnellate. Dopo una fase di spinta di quasi quattro anni, sarebbe inviaggio alla velocità pari al 12,2% della velocità della luce, e raggiungerebbe il suo obiettivo (lastella di Barnand, situato a circa sei anni luce di distanza) in 50 anni.

Lo scopo di questa sonda è studiare il sistema solare della stella Barnand, fornendo dati scientificidi un nuovo angolo della galassia.

Una delle caratteristiche più notevoli del progetto Dedalo è l'uso di elio-3 nel pellet combustibile.L'elio-3 è uno dei più difficili carburanti per innescare la fusione, che richiede una temperatura diaccensione più elevata rispetto ad altri combustibili di fusione. Tuttavia, il suo rilascio di energia ètra i più alti dei combustibili e porta quindi alla massima spinta.

Dove si trova l'elio-3?

L'elio-3 è incredibilmente raro sulla Terra, tuttavia, vi è una forte concentrazione sulla superficielunare di 0,01-0,05 ppm (parti per milione) . Inoltre, grandi quantità di He3 è nota nell'atmosfera deigiganti gassosi.

La missione Daedalus ha coinvolto un piano per "minare" l'atmosfera di Giove. Questa esigenza diper sé indica la necessità di una vasta civiltà solare, con capacità abbondanti e una massicciainfrastruttura spaziale.

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Nonostante queste difficoltà, ciò che è particolarmente allettante per il progetto Dedalo è lafattibilità, in quanto nessuna nuova fisica è necessaria. Gli elementi che frenano il progetto sono ifondi e le enormi dimensioni del veicolo.

ASTRONAVE e tipo di propulsione

LUNA MARTE PLUTONE Alfa Centauri Stella Polare

AstronaveDEDALUS

V=108x10^6 km/h12% Velocità della luce

16 sec 1 ora 2.3 giorni 55 anni 8030 anni

Autoreattore Di Bussard: Motore a Idrogeno

L'autoreattore interstellare del fisico Robert Bussard rappresenta un'innovazione sensazionalerispetto alle altre navi spaziali; può vagabondare ovunque nella galassia, senza pericolo di esaurireil combustibile. Strada facendo aspira l'idrogeno interstellare che, una volta fuso, può - in teoriaalmeno - provocare un accelerazione tale da portare la nave a una velocità molto prossima a quelladella luce circa l'80 – 90%.

Questa struttura a torre di due chilometri di lunghezza dovrà raggiungere l'1 per cento circa dellavelocità della luce spinta da motori sul tipo di quelli di Daedalus, prima che l'autoreattore possaentrare in funzione. Un campo magnetico simile a un gigantesco imbuto uscirà allora dalla partefrontale della nave e aspirerà l'idrogeno. Per essere in grado di aspirare idrogeno alla stato gassoso,questo campo magnetico dovrà avere un diametro di migliaia di chilometri.Man mano che accelererà, la nave raccoglierà combustibile sempre più rapidamente e l'autoreattorefunzionerà meglio.

Per rallentare, una volta giunto in un punto interessante, l'equipaggio dovrà spegnere i motori afusione e invertire il campo magnetico, così da respingere, anziché aspirare, il materialeinterstellare.

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NAVE AZIONATA DA LASER

Il fisico Robert L. Forward, con la sua concezione davvero rivoluzionaria di una navigazione basataesclusivamente sullo sfruttamento della luce, va anche più in là di Bussard. La sua nave, oltre a nontrasportare combustibile, non ha motore: verrà azionata da uno o più laser alimentati dall'energiasolare e fatti ruotare intorno al Sole lungo un'orbita ravvicinata; i laser invieranno intensi raggi diluce che proietteranno la nave nello spazio.

La "velatura" sarà costituita da una sottilissima pellicola di alluminio costellata da miliardi di forimicroscopici, più piccoli della lunghezza d'onda della luce laser. Si ridurrà così la massa dellavelatura senza alterarne le caratteristiche di riflessione. Ipoteticamente, questa vela metallica, chetrasporta al centro una nave con equipaggio, può raggiungere una velocità pari al 50% di quelladella luce.

Vantaggi? Non dobbiamo trasportare a bordo nessun tipo di propulsore.

Svantaggi? Funzionano solo sino ad una certa distanza dalla Terra, poi anche il fascio laser tende a

dissolversi, inoltre raggiunto l’obbiettivo, non potrà mai fermarsi!

Nelle due versioni avremo:

1. Un laser da 10^7 Gwatt che colpisce una lente orbitale che converge i raggi sulla nostra vela in

alluminio. Per trasportare indicativamente un carico di 70 tonnellate, avrei bisogno di una vela di100km di raggio, e con un’accelerazione di 0.005g, sarebbe in grado di raggiungere una velocitàfinale del 21% della velocità della luce.

2. Se utilizzo invece in laser a microonde, la potenza necessaria è solamente di 10 GWatt ed ilvantaggio è pure che non è più necessaria una superficie continua per raccogliere le microonde, ma

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è sufficiente una maglia opportunamente stretta. Quindi a parità di dimensioni ci permetterebbe diottenere le stesse velocità, espresse nel caso precedente.

DOVE SIAMO ARRIVATI OGGI

Nuove tecnologie

Agli albori del XXI secolo si sono affacciate nuove tecnologie edite alla propulsione spaziale, comela propulsione ionica, la propulsione nucleare rivista da Carlo Rubbia, (anche se quest'ultima era giapresente in progetti risalenti agli anni '60 che vederemo poi nel capitolo sucessivo) la propulsioneantimateria..

Propulsione ionica

Un propulsore ionico è un tipo di propulsione elettrica usata per la propulsione spaziale, in grado dicreare una spinta a partire dall'accelerazione degli ioni. I propulsori ionici si differenziano dal modoin cui accelerano gli ioni, usando forze elettrostatiche o elettromagnetiche. I propulsori di tipoelettrostatico utilizzano la forza di Coulomb, accelerando quindi gli ioni nella direzione del campoelettrico.

La spinta creata nei propulsori ionici è molto piccola in confronto ai razzi chimici convenzionali,ma si ottiene un impulso specifico, o efficienza propulsiva, molto elevata.

A causa delle loro necessità energetiche relativamente elevate, data la potenza specifica delle fontienergetiche, i propulsori ionici sono considerati convenienti solamente per applicazioni dipropulsione spaziale.

Le Origini

I principi della propulsione ionica si rifanno ai concetti sviluppati dal fisico tedesco/AustriacoHermann Oberth che furono pubblicati nel suo famoso lavoro del 1929 "Wege zur Raumschiffahrt”"(Modi di volo spaziale). Un intero capitolo del lavoro è dedicato alla propulsione e all'alimentazioneelettrica, e vi sono spiegati i suoi pensieri sulla riduzione della massa necessaria per i propulsorielettrici, prevedendone l'uso nella propulsione spaziale o nel controllo direzionale del volo edifendendo l'accelerazione elettrostatica di gas ionizzati.

Il primo propulsore ionico funzionante fu costruito da Harold R. Kaufman nel 1959 presso lefabbriche della NASA nel Glenn Research Center. Era simile al disegno generico di un propulsoreionico a griglia elettrostatica che usava mercurio come carburante. Durante gli anni sessantaseguirono i test suborbitali del motore che nel 1964 venne mandato in volo suborbitale sulla SERT-1("Space Electric Rocket Test 1"). Funzionò con successo per i 31 minuti previsti prima di ricadere aterra.

Il propulsore a effetto Hall fu studiato indipendentemente dagli Stati Uniti e dall'Unione Sovieticanegli anni cinquanta e '60. Tuttavia il concetto di propulsore Hall fu sviluppato in uno strumento dipropulsione efficiente soltanto nell'ex-Unione Sovietica, mentre gli scienziati statunitensi si

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concentrarono invece sullo sviluppo di propulsori ionici a griglia. I propulsori a effetto Hallvengono usati nei satelliti sovietici dal 1972 e fino agli anni novanta venivano principalmente usatiper la stabilizzazione dei satelliti nelle direzioni Nord-Sud ed Est-Ovest. Da 100 a 200 motori hannocompletato la loro missione sui satelliti russi e sovietici fino alla fine degli anni novanta. Il progettodel propulsore sovietico fu introdotto in occidente nel 1992 dopo che un team di specialisti dellapropulsione elettrica, col supporto della Ballistic Missile Defense Organization, visitarono ilaboratori sovietici.

I propulsori ionici utilizzano raggi di ioni (atomi o molecole carichi elettricamente) per creare unaspinta in accordo con il terzo principio della dinamica. Il metodo per accelerare gli ioni varia, matutti i progetti si avvantaggiano del rapporto tra carica e massa degli ioni. Questo rapporto puòsignificare che anche differenze di potenziale relativamente piccole possono creare elevate velocitànei gas di scarico. Questo riduce la quantità di massa reattiva o carburante richiesto, ma aumenta laquantità di potenza specifica necessaria in confronto a quella dei razzi chimici. I propulsori ionicisono dunque in grado di ottenere impulsi specifici estremamente alti. Lo svantaggio della pocaspinta è una scarsa accelerazione del veicolo poiché la massa delle unità di corrente elettrica èdirettamente proporzionale alla quantità di energia fornita. Questo rende i propulsori ionici inadattial lancio di veicoli in orbita, ma ideali per le applicazioni della propulsione nello spazio.

Sono stati progettati diversi propulsori ionici e tutti quanti si possono riunire in due categorie:elettrostatici o elettromagnetici. La differenza principale è il modo in cui vengono accelerati gliioni.

Propulsori ionici a griglia elettrostatica

I propulsori ionici a griglia elettrostatica usano comunemente gas di xeno, che non ha normalmentecarica e viene ionizzato bombardandolo con elettroni provenienti da un catodo rovente. Questobombardamento crea ioni carichi positivamente a causa della perdita di un elettrone. Tali ionipositivi si diffondono poi attraverso la griglia positiva ed entrano nella zona di differenza dipotenziale tra la griglia positiva e quella negativa (anodo e catodo rispettivamente). Questadifferenza di potenziale accelera gli ioni a velocità elevata, i quali, attraversando la griglia negativa,generano la spinta. Un altro catodo nella parte esterna del motore emette altri elettroni che sicombinano con gli ioni per neutralizzarli. Questo per evitare che il raggio di ioni ritorni verso ilveicolo annullando la spinta.

Propulsori a effetto Hall

I propulsori a effetto Hall accelerano gli ioni attraverso l'uso di un potenziale elettrico mantenuto traun anodo cilindrico e un plasma caricato negativamente che forma il catodo. La massa delpropellente (tipicamente xeno o gas di bismuto) viene introdotta vicino all'anodo, dove vieneionizzata, in seguito gli ioni vengono attratti dal catodo e accelerati verso e attraverso di esso,raccogliendo elettroni mentre si muovono per neutralizzare il fascio e lasciare il propulsore ad altavelocità.

L'anodo è all'estremità di un tubo cilindrico con al centro una punta che produce un campomagnetico radiale tra essa e il tubo. Gli ioni non vengono influenzati molto dal campo magnetico,siccome sono troppo pesanti; tuttavia gli elettroni prodotti vicino alla fine della punta per creare il

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catodo ne vengono influenzati maggiormente venendone intrappolati e mantenuti in zona dalla loroattrazione verso l'anodo. Alcuni elettroni si muovono a spirale verso l'anodo, circolando attorno allapunta in una corrente di Hall. Quando raggiungono l'anodo colpiscono il propellente non caricato elo ionizzano, prima di raggiungere l'anodo chiudendo il circuito.

Propulsione elettrica a emissione di campo (FEEP)

La propulsione elettrica a emissione di campo (Field Emission Electric Propulsion, FEEP) usa unsistema molto semplice per accelerare gli ioni di metallo liquido per generare la spinta. La maggiorparte dei progettisti utilizzano cesio o indio come propellente. Il progetto consiste in una piccolariserva di propellente che contiene il metallo liquido, una piccolissima feritoia attraverso cui scorreil liquido e un anello acceleratore. Il cesio e l'indio sono usati a causa del loro grande peso atomico,i bassi potenziali di ionizzazione e basse temperature di fusione. Una volta che il metallo liquidoraggiunge l'interno della feritoia nell'emettitore, un campo elettrico applicato tra esso e l'anelloacceleratore provoca instabilità nel metallo liquido causandone la ionizzazione. Questo crea ionipositivi che possono poi essere accelerati nel campo elettrico creato tra l'emettitore e l'anello. Questiioni caricati positivamente sono poi neutralizzati da una sorgente esterna di elettroni in modo daevitare di caricare la fusoliera del veicolo.

Confronti

La seguente tabella compara i dati attuali dei test di alcuni propulsori ionici, la cui maggior partespinge gli ioni con una differenza di potenziale di 300 Volt.

Motore PropellentePotenza richiesta

(kW)Impulso specifico

(s)Spinta(mN)

NSTAR Xeno 2.3 3300 92

NEXT Xeno 10.5 3900 364

NEXIS Xeno 20.5 6000-7500 400

HiPEP Xeno 25-50 6000-9000 460-670

Effetto Hall Bismuto 25 3000 1130

Effetto Hall Bismuto 140 8000 2500

Effetto Hall Xeno 25 3250 950

Effetto Hall Xeno 75 2900 2900

FEEP Cesio liquido 6x10−5-0.06 6000-10000 0.001-1

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Durata

Il fattore limite principale dei propulsori ionici è la loro scarsa forza di spinta. Tale spinta è ilrisultato dell'alta velocità dei gas di scarico, che richiede molta energia e la performance èulteriormente limitata dalla potenza specifica delle fonti energetiche. Inoltre molti propulsori sonoin grado di gestire solo piccoli flussi di propellente, per esempio i modelli con griglia elettrostaticasoffrono di effetti di 'carica spaziale' in flussi elevati.

Questa scarsa accelerazione si tramuta nella necessità di fornire una spinta continua per moltotempo per ottenere un cambio ragionevole nella velocità (Delta-v). Per raggiungere questi delta-v ipropulsori ionici sono progettati per durare da settimane ad anni.

In pratica la vita dei propulsori ionici non è infinita, in particolare l'alta velocità degli ioni e deglielettroni coinvolti può provocare erosione e questo può essere un problema.

Nel progetto base originale del propulsore ionico elettrostatico gli ioni che si muovono attraverso legriglie caricate le erodono causandone eventualmente la rottura. Anche se questa erosione è ilfattore che condiziona maggiormente la durata di un propulsore ionico, il tempo necessario peravere un'erosione significativa delle griglie è molto più grande della durata necessaria. Un test dellatecnologia NASA NSTAR (NASA Solar electric propulsion Technology Application Readiness) peri propulsori elettrostatici risultò in 30 472 ore (approssimativamente 3 anni e mezzo) di spintacontinua alla massima potenza. Il test fu concluso prima di qualsiasi cedimento e i suoi risultatimostrarono che il motore non si stava neanche avvicinando alla rottura.

Propellenti

L'energia di ionizzazione rappresenta una grossa percentuale dell'energia richiesta per ilfunzionamento dei motori ionici. Il propellente ideale per tali motori è quindi una molecola o atomocon un elevato rapporto massa su energia di ionizzazione. Inoltre il propellente non dovrebbecausare un grosso grado di erosione del propulsore per permetterne una lunga durata e non devecontaminare il veicolo.

Molti degli attuali modelli usano il gas di xeno a causa della sua bassa energia di ionizzazione, delnumero atomico relativamente alto, della sua natura inerte e del basso grado di erosione. Tuttavia loxeno è poco presente in natura e molto costoso.

I vecchi modelli utilizzavano il mercurio, che però è tossico, costoso e tendeva a contaminare ilveicolo.

Altri propellenti come il bismuto hanno mostrato buone possibilità e sono tuttora aree di ricerca, inparticolare per i modelli senza griglia, come i propulsori a effetto Hall.

Applicazioni

I propulsori ionici potrebbero avere molte applicazioni nella propulsione spaziale. I miglioriimpieghi dei propulsori sono nella possibilità di utilizzare la loro lunga durata quando non serve unaspinta eccessiva. Alcuni esempi possono essere i trasferimenti di orbita, aggiustamentinell'allineamento, compensazione della resistenza aerodinamica per orbite basse e aggiustamentifini nelle missioni più scientifiche. I propulsori ionici possono anche essere usati per missioni

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interplanetarie e nello spazio profondo dove il tempo non è cruciale. La spinta continua in unperiodo di tempo molto lungo ha il potenziale di costruire una più elevata velocità dei razzi chimicitradizionali.

Missioni

Di tutti i propulsori elettrici, quelli ionici sono stati i più considerati commercialmente eaccademicamente nella ricerca per le missioni interplanetarie e per le manovre di sollevamentoorbitale. I propulsori ionici sono visti come la migliore soluzione per queste missioni poichérichiedono un grosso cambiamento nella velocità in generale, che può essere costruito in lunghiperiodi di tempo. Diverse navi spaziali hanno sfruttato questa tecnologia.

SERT

Il primo veicolo fu il SERT (Space Electric Rocket Test, letteralmente "test per razzo spazialeelettrico") che testò due motori ionici al mercurio per migliaia di ore negli anni settanta.

Deep Space 1

La NASA ha sviluppato un propulsore ionico chiamato NSTAR per l'uso nelle loro missioniinterplanetarie. Questo propulsore è stato testato con successo nella sonda spaziale Deep Space 1,lanciata da Cape Canaveral il 24 ottobre 1998 per mezzo di un razzo Delta II. La Huges hasviluppato lo XIPS (Xenon Ion Propulsion System, Sistema di Propulsione Ionica allo Xeno) permantenere la stazionarità dei satelliti geosincroni. Questi sono propulsori ionici elettrostatici efunzionano con un principio diverso rispetto a quelli a effetto Hall.

Artemis

Il 12 luglio del 2001 l'Agenzia Spaziale Europea ha fallito il lancio del suo satellite per letelecomunicazioni Artemis, lasciandolo in un'orbita decadente. Il propellente chimico del satelliteera sufficiente per trasferirlo in un'orbita semi-stabile e nei 18 mesi successivi il sistemasperimentale di propulsione ionica a bordo (pensato per manovre secondarie di mantenimentodell'orbita) è stato utilizzato per trasferirlo in orbita geostazionaria.

Hayabusa

Il satellite Hayabusa dell'agenzia spaziale Giapponese, che è stato lanciato nel 2003 e ha incontratocon successo l'asteroide 25143 Itokawa rimanendovi in prossimità per molti mesi per raccoglierecampioni e informazioni, è spinto da quattro motori ionici allo xeno. Utilizza ioni di xeno generatida microonde ECR e un materiale in carbonio/carbonio composito per la griglia di accelerazioneresistente all'erosione.

Smart 1

Il propulsore a effetto Hall è un tipo di propulsore ionico che è stato usato per decadi nelmantenimento dell'orbita stazionaria dall'unione sovietica ed è ora utilizzato dall'occidente: ilsatellite dell'Agenzia Spaziale Europea Smart 1, lanciato nel 2003 lo ha usato lo SnecmaPPS-1350-G. Questo satellite ha completato la sua missione il 3 settembre del 2006 in una

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collisione controllata contro la superficie della luna dopo una deviazione di traiettoria per essere ingrado di vedere il cratere di tre metri generato nell'impatto sul lato visibile della luna.

Dawn

Il Dawn è stato lanciato il 27 settembre del 2007 per esplorare il pianeta nano Cerere e l'asteroideVesta. Per viaggiare tra la Terra e i suoi obiettivi userà tre propulsori ionici allo xeno ereditati dallaDeep Space 1 (accendendone uno alla volta) per portarla in una lunga spirale uscente. È prevedibileanche una missione successiva nella quale Dawn esplori altri asteroidi oltre a Cerere. Il motoreionico della Dawn è in grado di accelerarla da 0 a 60 mi/h (96,56064 km/h) in 4 giorni.

LISA Pathfinder

Il LISA Pathfinder è un veicolo dell'ESA che doveva essere lanciato nel 2009, e che probabilmentepartirà invece nel 2013. Non sfrutterà i motori ionici come sistema di propulsione primaria, mauserà sia propulsori colloidali che FEEP per un controllo attitudinale molto preciso — la piccolaspinta generata da questi strumenti di propulsione rende possibile muovere il veicolo per distanzeincrementali molto accuratamente. Questo è uno dei test possibili per la missione LISA.

La propulsione nucleare di Carlo Rubbia

Carlo Rubbia scopritore dei bosoni W e Z. Per inventare e costruire unanave spaziale come la Prometheus. Non è più un sogno indagaredirettamente i lontani sistemi solari alieni gemelli del Sole, passando perAlpha Centauri B. I segreti del Motore nucleare e del Progetto Archimededel Premio Nobel Professor Carlo Rubbia.

Il motore nucleare ideato dal Nobel Carlo Rubbia, a differenza dei motorinucleari solitamente proposti (detti termonucleari), ha la proprietà digenerare la forza grazie alla quale la naviella spaziale si sposta (forzachiamata 'spinta') per mezzo dell'emissione di radiazione elttromagnetica da

parte del combustibile nucleare presente a bordo (si pensi all'uranio). Il principio che permette allanavicella di spostarsi è quindi simile a quello delle vele solari.

Per fornire alcuni particolari tecnici, si può aggiungere che il motore è costituito da un cuore diuranio caldo (che supponiamo segua la legge di 'corpo nero' per l'emissione delle radiazioni, detta diStefan-Boltzmann), il quale riscaldato per fissione nucleare emette radiazioni le quali, come dettoprecedentemente, generano la spinta.

È da osservare, infine, che il corpo caldo emetterebbe le radiazioni in tutte le direzioni possibili,quindi è necessario convogliare il fascio nell'unica direzione utile (cioè quella del moto) e per farlosi pensa di utilizzare una superficie riflettente conica, detta 'cono di Winston', la quale quindiottimizza il valore di spinta ottenibile.

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Nome in codice: Progetto 242. L’astronave del Professor Rubbia è alimentata dalla fissione nuclearedell’elemento Americio-242, un isotopo in grado di offrire una generosa spinta fotonica capace dieliminare cinque dei 15 principali problemi del viaggo interplanetario, tra cui: il rifornimento dicarburante nello spazio, le fionde gravitazionali dei pianeti (i cosiddetti flyby di assistenzagravitazionale) necessarie a far muovere le sonde automatiche in missioni elefantiache e la duratadel viaggio per gli astronauti esposti alle radiazioni cosmiche letali.

L’Agenzia Spaziale Italiana avviò alcuni anni fa uno studio di fattibilità del motore nucleare diCarlo Rubbia, che si concluse positivamente. Ma poi, tra i difetti dei politicanti italiani, le titubanzelegate al nucleare da parte degli Usa e della Nasa, e gli avvicendamenti politici del Belpaese senzasoluzione di continuità ideologica anti-nucleare tout court, tutto si arenò.

Con buona pace di quanti oggi ululano alla Luna per la soluzione della gravissima crisi economicaitaliana dei mille suicidi imprenditoriali. Il Senatore Carlo Rubbia crede ancora nel Progetto 242 dalui ideato? “Senza qualche forma di nucleare su Marte non ci si arriverà mai!” – fa notare il fisicoCarlo Rubbia – occorre un buon nucleare, con l’Americio-242 il viaggio si può fare, è abbastanzapotente e sicuro, si può andare su Marte e tornare quando si vuole”. Prima di spiccare il volo suGiove. Il Progetto 242 fu varato da Rubbia nel 1998. La fissione dell’Americio-242 genera gasiperveloci per la spinta dell’astronave. In teoria il razzo nucleare di Rubbia potrebbe essereaccoppiato alla Stazione Spaziale Internazionale oggi in orbita a 400 Km di quota.

Il sistema di propulsione nucleare del professor Rubbia è detto “a impulso”, in quanto sfrutta laspinta prodotta da particelle di Plasma molto calde e veloci.

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Il sistema di propulsione ionico a impulso di Rubbia è un efficiente sostituto della combustionechimica che alimenta i normali razzi. Il quarto vantaggio rispetto ai vettori tradizionali più obsoletirisiede nella possibilità di dedicare un minor volume e una minor massa al sistema di propulsionedell’astronave, generando indubbi vantaggi economici nella realizzazione del viaggiointerplanetario.

Il quinto vantaggio di questo sistema risiede nella capacità di generare una spinta continua chesvincoli la nave spaziale dagli allineamenti gravitazionali dei pianeti per percorrere centinaia dimilioni di chilometri nel Sistema Solare in pochi giorni. Naturalmente l’habitat vitale dell’astronavedi Rubbia deve essere dotato di un efficiente campo elettromagnetico in grado di schermare gliastronauti dalle radiazioni cosmiche e dalle particelle prodotte dal propulsore nucleare.

In tre laboratori del Cnr, dell’Enea e dell’Università di Pavia iniziarono le prime sperimentazioni suidiversi aspetti fisici che riguardano il Progetto 242, come fu battezzato dall’Agenzia SpazialeItaliana.

Come funziona il Motore Nucleare di Carlo Rubbia? Il nuovo Propulsore P-242 è di tipo nucleare.Non atomico! Grazie a una camera di combustione dentro la quale il rimbalzo continuo di neutroniriscalda un gas (Idrogeno) che uscendo dall’ugello di scarico fornisce la spinta necessaria permuoversi nello spazio alla velocità di almeno 40 chilometri al secondo, ossia 144mila chilometriorari. In appena 2,7 ore possiamo raggiungere la Luna; Marte in appena 694 ore, assumendo ladistanza massima dalla Terra al lancio, di 100 milioni di Km, ossia in 29 giorni. La materia primaper far funzionare il propulsiore di Rubbia è l’Americio-242, un materiale rarissimo.

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Nel 1998 ne esisteva appena un milligrammo in Russia. La prima sfida da risolvere è quella ditrovare il modo di produrlo in Italia. Nelle ricerche finora svolte è stata verificato un metodo perfabbricare l’Americio in discrete quantità, alcunichilogrammi, irraggiando con un acceleratore diparticelle un isotopo, l’Americio-241 che è invece piùabbondante. Pensate, è sotto gli occhi di tutti perchèesso si trova in commercio anche nei rilevatori difumo e si ricava dal decadimento del Plutonio, le cuiscorie abbondano in Italia tra le decine di testatenucleari della Nato e i rifiuti dei nostri vecchi reattori.

Il primo passo più importante è stato compiuto. Sitratta ora di metterlo in pratica con un atto politico.Parallelamente si stanno affrontando altre questioni dibase: il metodo per “fissare” l’Americio alle paretiinterne del motore nucleare di Rubbia.

La strada è politicamente lunga ma l’ASI èdeterminata a percorrerla velocemente con tutte lecarte in regola! Perché l’idea del Professor Rubbia è decisamente innovativa. Si tratta di trovare lerisorse necessarie, anche private, di corporation e multinazionali decise ad investire in questogrande progetto strategico mondiale per il rilancio del Belpaese. “I sogni di oggi sono la realtà deldomani”, diceva Robert Goddard che 87 anni fa sperimentò negli Stati Uniti il primo razzo apropellenti liquidi. L’importante è crederci culturalmente, impegnandosi nel realizzarli senza farebrutte figure internazionali. Come nel caso del Ponte sullo Stretto di Messina.

I nostri scienziati e tecnici sono pronti a realizzare il razzo nucleare di Rubbia che non presentaalcuna parte in movimento, il che ne aumenta di molto l’affidabilità.

Si tratta infatti di un grande tubo internamente ricoperto da una pellicola di combustibile nucleare,spessa un millesimo di millimetro, in grado di raggiungere immediatamente le condizioni per lafissione nucleare indotta con il metodo classico del bombardamento di neutroni. I quali, colpendo ilcombustibile nucleare all’interno del tubo, spaccano i nuclei del propellente emettendo i frammentidi fissione da cui il motore di Rubbia prende il nome. Due sono le alternative (finora) per impiegarecon la massima efficienza i frammenti di fissione: la prima è quella di utilizzare direttamente iframmenti nella propulsione nucleare; la seconda più promettente è quella di condurre, tramite glioltre 500mila gradi Celsius raggiunti nella reazione nucleare, il gas di Idrogeno al quarto stato diaggregazione della materia, ionizzandolo fortemente in modo da farlo diventare Plasma che vienepoi sospinto fuori dal razzo creando la notevole spinta propulsiva.

Normalmente nessun recipiente fisico resisterebbe a così alte temperature. La soluzione è di guidareil Plasma tramite forti campi magnetici: la tecnologia per fare questo è già disponibile ed è suquesta che attualmente si basano i reattori sperimentali per lo studio della fusione nucleare aconfinamento magnetico.

L’Italia può giocare un ruolo di assoluto prestigio mondiale nel Progetto 242 di Carlo Rubbia.L’equipaggio umano sarebbe protetto dalle radiazioni prodotte dalla fissione, comunque inferiori a

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quelle prodotte dalle particelle del vento solare, da schermi di un composto di boro e carbonio, e lareazione di fissione si potrebbe interrompere, come in un qualunque reattore nucleare, tramite lebarre di controllo che assorbono i neutroni. Inoltre l’acqua è un potente scudo anti-radiazioni e puòessere utilizzata per schermare il reattore e le intercapedini dell’habitat vitale dell’astronavegovernata da computer perfettamente integrati. Il propulsore nucleare di Rubbia è adatto solo aviaggi all’esterno della nostra atmosfera terrestre: produce inizialmente una spinta modesta rispettoai tradizionali razzi chimici utili per conquistare l’orbita e/o velocità di fuga dalla Terra. Ma ilmotore nucleare di Rubbia offre una propulsione prolungata nel tempo e con velocità di uscitadall’ugello molto maggiori.

Il Figlio di Dedalus

Il progetto Icaro, che ha avuto inizio il 30 settembre 2009, è stato ispirato da Dedalo, ed è untentativo del XXI secolo di compiere un viaggio interstellare, applicando le nuove tecnologie escienze rilevate negli ultimi 30 anni. Gli scopi sono i seguenti:

1. Per progettare una sonda interstellare per una missione potenziale nei secoli a venire. 2. Per consentire un confronto diretto con la tecnologia di Dedalo e fornire una valutazione dellamaturità della propulsione spaziale a fusione per le missioni future. 3. Per generare maggiore interesse per le prospettive sulle missioni interstellari basate sulle scienzedi oggi. 4. Per motivare una nuova generazione di scienziati ad essere interessati a progettare missionispaziali che vanno oltre il nostro sistema solare. Naturalmente, Icaro è ricordato dalla mitologia greca come la figura che volò troppo vicino al sole,sciogliendo le sue ali. A prima vista, questo nome potrebbe essere considerata una scelta singolareper un veicolo spaziale. Tuttavia, è molto più sensata se si considera la seguente citazione, chedescrive un aspetto importante dello spirito del Progetto Icaro:

In tempi antichi due aviatori si sono muniti ali. Dedalo volò in modo sicuro e il suo atterraggio fuonorato. Icaro, si avvicino troppo al sole, e bruciò la cera che collegava le ali al suo corpo. Nelvalutare i loro successi, c'è qualcosa da dire per Icaro. Le autorità classiche ci dicono che era solo"una bravata", ma preferiscono pensare a lui come l'uomo che ha portato alla luce un grave difettodi costruzione nelle macchine volanti del suo tempo. Così, anche nella scienza. Daedalus applica lesue teorie in cui si sente fiducioso: sicuro di andare, ma con il suo eccesso di prudenza non scoprìnulla di nuovo. Icaro peserà le sue teorie al punto di rottura, mettendo a repentaglio la sua vita. Perla semplice avventura? Forse e in parte, questa è la natura umana. Ma se non è ancora destinato araggiungere il sole e risolvere finalmente l'enigma della sua costituzione, si può almeno sperare diimparare dal suo viaggio alcuni spunti per costruire una macchina migliore.

PROPULSORI AD ANTIMATERIA

L’universo in cui viviamo è interamente costituito da materia, però, probabilmente quando ha avutoorigine, dall’immane esplosione soprannominata Big Bang, l’universo ha avuto due possibilità:formarsi o di materia o di antimateria.

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Non si conoscono ancora i processi che hanno favorito la fomazione di un universo di materiaanziché di antimateria, comunque si pensa che nel Big Bang ci sia stata una certa disimmetria conconseguente formazione di un’abbondanza di materia, che ha appunto portato a formare il nostrouniverso così come lo vediamo.

Ma cosa è l’ANTIMATERIA? Non si tratta poi di una cosa così trascendentale, se infatticonsideriamo un’atomo di Idrogeno, esso sarà formato essenzialmente di: un Neutrone, un Protone(+) ed un Elettrone (-).

Esiste una corrispondenza diretta fra materia ed antimateria, quindi così come esiste l’Idrogeno,esiste anche l’ANTI-Idrogeno che sarà formato in modo del tutto speculare, infatti avremo: unANTI-Neutrone, un ANTI-Protone identico al protone ma con carica elettrica negativa (-) ed unANTI-Elettrone completamente identico all’elettrone, ma con carica positiva (+).

Detto questo, vediamo ora a cosa ci potrebbe servire l’antimateria.

Facendo interagire materia ed antimateria, attraverso un processo di annichilazione, l’energia che silibera è elevatissima ben oltre qualsiasi altro modo di produrre energia sino ad ora conosciutonell’universo. Infatti il processo di annichilazione materia/antimateria è il più efficiente esistenteperché provvede a trasformare direttamente Materia ed AntiMateria in Energia senza perdite dialcun tipo, attraverso la notissima relazione di Einstein:

E=mc2

A parità di massa libera, un tale processo produce :

•1500 Volte più Energia della Fissione Nucleare

•250 Volte più Energia della Fusione Nucleare

Come funziona tale processo, e come ci potrebbe servire per i nostri scopi?

Dall’annichilazione fra Protoni ed ANTI-Protoni, si ottengono: Neutrini, Muoni e Pioni, che sono imattoni che tengono uniti gli atomi, che infine decadono ulteriormente in radiazioni Gamma. I

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primi, cioè i Neutrini, non sono influenzati dai campi magnetici appunto perché sono neutri, sonoquindi inutilizzabili per i nostri scopi.

I Muoni ed i Pioni invece avendouna carica sono influenzati daicampi magnetici, possono quindiessere indirizzati con un’opportunocampo magnetico nella direzione incui desideriamo e con il solitoprincipio di azione reazionespostarci nello spazio.

In questo modo, attraverso ilcontrollo di questo processo,se siriuscisse a costruire un motore di

questo tipo, si è calcolato che si potrebbero costruire astronavi che nelle condizioni idealipotrebbero raggiungere velocità massime dell’ordine del 60% della velocità della luce, Qualcosacome 180.000 km/s!

Si tratta di un risultato impressionante se paragonato a quanto sino ad ora fatto, che finalmenteriesce a darci un minimo di speranza per il futuro dei viaggi interstellari.

Vediamo ora come per i casi precedenti, quali sono i possibili tempi di percorrenza per raggiungeregli obbiettivi scelti:

ASTRONAVE e Tipo di Propulsione

LUNA MARTE PLUTONE Alfa Centauri Stella Polare

Propulsori ad AntimateriaINTERPRISE Star TrekV=216x10^6 km/h20% Velocità della luce

6.3 sec 22 min 26.6 ore 21.5 anni

( se 0.6 C risultainvece 7.3 anni )

3095 anni

(se 0.6C risulta1031.3 anni)

Certamente questo sarà il futuro per l’esplorazione spaziale, ma i risultati sono ancora insufficientisedesideriamo semplicemente raggingere la prima stella abitata da una società tecnologica, per laquale sono necessari almeno mille anni di viaggio.

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Quale è la prima astronave della fantasia umana che funziona integralmente con motori adantimateria?

Ma naturalmente l’INTERPRISE, la mitica astronave della serie televisiva di Star Trek, che già nel1966, esplorava gli spazi interstellari al comando del comandante Kirk.

Purtroppo la finzione televisiva è ben diversa dalla realtà, in quanto l’astronave Interprise percorreredecine di anni luce in pochissime ore, che è ben diverso dai risultati sino ad ora ottenuti.

Un ultimo appunto desidero farlo per lo stato della tecnologia in questo campo:

Innanzi tutto siamo ben lungi dal produrre motori ad antimateria, ma l’antimateria stessa è ora unarealtà, in quanto le ANTI-particelle esistono, e sono quotidianamente prodotte negli accelleratori diparticelle terrestri. La loro fisica è sostanzialmente conosciuta, il problema sostanziale è che non èsemplice produrla e anche se lo fosse, ancora più difficile è immagazzinarla, perché qualsiasi suocontenitore potrebbe essere fatto esclusivamente di materia che ovviamente non va particolarmented’accordo con l’ANTI-materia.

Oltretutto la produzione e l’immagazzinamento dell’antimateria al giorno d’oggi, potrebbe esserefatto, ma con costi di circa 100 MILIARDI di DOLLARI al milligrammo!

Si pensi comunque che un milligammo di ANTI-materia, sarebbe in grado di produrre qualcosacome 50.000 Kilowatt/Ora senza produrre effetti collaterali come materiali di scarico, o radiazioni.

Se si volesse fare una previsione realistica, in merito ai primi motori ad antimateria che viaggerannonello spazio, azzarderei che questa tecnologia sarà completamente acquisita dall’uomo fra circa 200anni e forse poco più tardi verranno prodotti i primi motori di questo tipo.

MOTORI A CURVATURA

La propulsione a curvatura (warp drive nell'originale inglese) è un immaginario tipo dipropulsione che permette alle navi stellari dell'universo fantascientifico di Star Trek di viaggiare avelocità superluminali, cioè superiori alla velocità della luce. Nelle serie e nei film di Star Trek la

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propulsione a curvatura è un espediente narrativo indispensabile in quanto giustifica la possibilitàdel viaggio interstellare "alla ricerca di nuovi mondi e nuove civiltà".

Nel libro di Rick Sternbach e Michael Okuda Star Trek The Next Generation - Il Manuale Tecnicoviene spiegato che nel 2061 Zefram Cochrane realizza un primo prototipo definito "supergirante difluttuazione" che consente a un veicolo senza equipaggio di viaggiare a cavallo della barriera dellavelocità della luce. Questo dimostrava che era possibile viaggiare alla velocità della luce senza unconsumo di energia teoricamente infinito.

La genesi della tecnologia a curvatura terrestre viene poi narrata nel film Star Trek: Primo contatto:il primo motore a curvatura del pianeta Terra viene costruito in data ignota (tra il 2061 e il 2063) dalDott. Zefram Cochrane e usato dallo stesso scienziato in un lancio di prova, il 5 aprile del 2063.Quel primo viaggio spaziale a velocità di curvatura innesca anche il primo contatto della Terra conuna civiltà extraterrestre, quella vulcaniana, che dispone da secoli di tale tecnologia. All'epoca laprassi vulcaniana è di contattare un pianeta solo dal momento in cui gli abitanti dispongono dellapropulsione a curvatura, sicché quando un'astronave vulcaniana di pattuglia rileva il volo delprototipo terrestre, i Vulcaniani atterrano sul pianeta. Questa prassi è incorporata nella PrimaDirettiva della Federazione dei Pianeti Uniti che nasce in seguito.

COME FUNZIONA

L'enorme quantità di energia necessaria araggiungere la velocità di curvatura si ottieneattraverso il reattore materia/antimateria(M/ARA), da una reazione controllata tramateria ed antimateria regolata attraverso icristalli di di Litio. I motori a curvatura creanouna distorsione spaziotemporale attornoall'astronave formando attorno ad essa forze

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contrapposte che curvano lo spaziotempo creando un tunnel dovuto alla radiazione Čerencov (dacui il tipico colore azzurro)fino a permettere al mezzo di viaggiare a velocità warp percorrendo cosìun tragitto inferiore rispetto alla distanza complessiva da coprire, infatti i motori a curvaturasostanzialmente contraggono lo spazio davanti all'astronave e lo dilatano dietro di essa. La cosa puòessere spiegata in modo semplice: si immagini un elastico fissato tra due chiodi e una formica checammini sopra di esso. Se l'elastico non viene manipolato, la formica, per andare da chiodo achiodo, dovrà camminare per un tragitto equivalente alla lunghezza dell'elastico. Se invece lo siaccorcia davanti alla formica, di conseguenza si allunga dietro di essa, come risultato si otterrà chela formica sarà andata da chiodo a chiodo camminando per un tragitto inferiore alla lunghezzacomplessiva dell'elastico, benché localmente non abbia potuto rilevare nessuna modificadell'elastico.

Tuttavia, in un episodio di Star Trek: The Next Generation è affermato che viaggiare a velocitàelevate danneggia il subspazio in modo irreparabile, causandone l'apertura. La Federazione diconseguenza limita la velocità raggiungibile a fattore 5 per ridurre i danni. In seguito verrannorealizzate nuove gondole di curvatura (alcune a geometria variabile come quelle in dotazione allaUSS Voyager) che, rendendo la bolla di curvatura più stabile a velocità elevate, ne prevengono idanni.

Fattore di Curvatura

La velocità di un'astronave a propulsione di curvatura è misurata dal fattore di curvatura (warpfactor); la scala di misurazione non è trattata in modo uniforme nei vari episodi della serie. Nelleserie più recenti (Star Trek: The Next Generation e Star Trek: Voyager) la scala è logaritmica estrutturata in modo che al fattore 1 corrisponda la velocità della luce (c) ed al fattore 10 corrispondavelocità infinita; nella serie originale si desume che la scala sia diversa dal fatto che in alcuniepisodi si parla di velocità superiori a fattore 10. La prima nave stellare Enterprise costruita(NX-01), in Star Trek: Enterprise) raggiunge un massimo di fattore 5.5, mentre l'Enterprise D nelXXIV secolo viaggia a fattore 9.6 e infine la USS Voyager raggiunge curvatura 9.975.

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La formula per calcolare il rapporto tra la velocità della luce c e la velocità warp vW fino a warp 9è:

Per velocità superiori la formula si fa più complessa:

Dove

, , e

I dati sopracitati comunque non rispecchiano in alcun modo le velocità osservate nello show, moltospesso infatti i tempi di percorrenza suggerirebbero velocità migliaia di volte superiori a quelleriportate.

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LA NASA PROGETTA IL MOTORE A CURVATURA

Gli scienziati della NASA hanno cominciato i lavori per la realizzazione del motore a curvatura, unpropulsore capace di spingere un veicolo spaziale a velocità superiori a quella della luce, senza perquesto violare le leggi della fisica. È la famosa "velocità warp" che abbiamo imparato a conosceregrazie a opere di fantasia come Star Trek e alla fantascienza in generale, ma senza cristalli di dilitio.

"Forse realizzare ciò che abbiamo visto in Star Trek nell'arco di pochi decenni non è una possibilitàcosì remota" il Dott. Harold White, che dirige il gruppo di ricerca per la propulsione avanzata(Advanced Propulsion Team).

Sappiamo però che non è possibile superare la velocità della luce, tanto che il dott. White definiscequesto limite come "l'undicesimo comandamento". Allora come fare? Ricorrendo ancora alla sintesicinematografica, la risposta è "piegando il continuum spazio-temporale, caro Marty". Per quantopossa sembrare fantasioso, è proprio di questo che stiamo parlando.

Il punto di partenza: alcune equazionilascerebbero pensare che esistonodelle "bolle di curvatura", e perdimostrarlo il gruppo di ricerca hacreato uno strumento chiamatoWhite-Juday Warp FieldInterferomete. Il suo scopo è generaree individuare bolle microscopiche perstudiarle, e fondare così un campo distudi completamente nuovo.

"Al momento non è che unapiccolezza, ma proverebbe che è

possibile alterare lo spazio-tempo. Sarebbe la nostra pila di Chicago", ha spiegato White, riferendosialla prima dimostrazione di energia nucleare controllata (1942).

Un giorno queste bolle potrebbero costituire il cuore di un motore capace di piegare lo spazio espostare una nave spaziale nello spazio, senza effettivo movimento. Il Dott. White è convinto chesia possibile, e crede che, se gli esperimenti confermano la teoria, si potrebbe raggiungere AlphaCentauri in un paio di settimane terrestri - senza effetti collaterali.

Per alimentare l'incredibile macchinario sarebbe sufficiente un piccolo quantitativo di materiaesotica, capace di muovere una bolla di 32 metri a una velocità equivalente a 10c (dieci volte alvelocità della luce). Anche questa sarebbe una svolta, perché fino a oggi si riteneva che il viaggio acurvatura fosse impraticabile, in quanto avrebbe richiesto una sfera di materia esotica grande quantoGiove.

Insomma a sentire questo ricercatore sembra quasi che nell'arco di pochi decenni potremmo vederenascere una nuova epoca dell'esplorazione spaziale. E se Star Trek ci ha insegnato qualcosa, ilprimo volo del motore a curvatura ci marchierà come "pianeta evoluto" agli occhi degli alieni, chestabiliranno il primo contatto. Speriamo solo che si non si tratti di una razza ostile.

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Quanto a ciò che ci aspetta nello Spazio Profondo, l'immaginario fantascientifico ci ha mostrato ditutto: imperatori in fuga a bordo di teiere, veicoli più grandi all'interno che viaggiano nel tempo,cavalieri Jedi, camionisti, tartarughe giganti, popolazioni bellicose e asceti, divinità maestose,mortali angeli di pietra, armi biologiche trasformate in specie assassine. Il desiderio di conoscere èdentro di noi, e non se ne andrà mai. Per realizzarlo ci serve un mezzo di trasporto come quelloimmaginato dal Dott. White, per andar là dove nessun uomo è mai giunto prima.

CONCLUSIONI

E' possibile cambiare la cultura socio politica mondiale? Secondo il mio parere si, ma come tutti icambiamenti impongono ci vogliono volonta` e sacrificio, questa e` un`operazione fatta e rifattaanche in passato per trarre un esempio da quando si e passati da uno stato sovrano ad uno statogovernato da una repubblica.

Parte delle congetture esposte di seguito sono state prese dal blog il neurone proteso.

Una nuova societa` mondiale dove non esiste alcun sistema dominante e del tutto antiassolutistica,contraria a quei sistemi universali che tutto vogliono spiegare e che tutto pretendono di sapere e chehanno caratterizzato la cultura occidentale (e non solo occidentale, ma si potrebbe dire terrestre).Una nuova societa` dove le certezze assolute mancano, perché l’idea stessa di assoluto e di unaqualsiasi civiltà basata su principi assoluti e monologici, è oggettivamente sorpassata dalla pluralitàdei punti di riferimento culturali.

Una cultura basata su queste premesse vede nella differenza un valore da tutelare, non un problemada risolvere. Il rispetto per le altre culture è quindi qualcosa di più che una posizione diplomatica, èil presupposto stesso dell’esistenza (una citazione presa dalla serie Star Trek e che trovo congenialee`, “Mi fa piacere vedere che vi sono differenze fra noi. Forse uniti saremo migliori della nostrasomma”), ricordiamolo, che la nostra cultura e` formata da razze diverse, ognuna con la propriavisione del mondo. La capacità di contenere in se gli opposti è forse la più grande utopia che ci siprefigge di ottenere in un nuovo ordine.

Schopenhauer definiva l’essere umano come l’essere ‘mancante’, sempre alla ricerca di unaspiegazione ulteriore. L’istanza del cercare, dell’esplorare è una conseguenza diretta di una societàpluralista: poiché niente è dato in modo univoco, ma tutto è parziale, temporaneo e aperto apossibili reinterpretazioni e punti di vista differenti, la ricerca diventa un aspetto essenzialedell’esistenza.

Questa ricerca però non mira a cercare un nuovo assoluto, ma a cercare ulteriori spiegazioni,ulteriori significati, ed è quindi, per ovvi motivi, una ricerca infinita, ed anche per questo proiettataverso il futuro.Nella nostra attuale società il futuro è appannaggio dell’utopia, della catastrofe o della fantascienza.Pochi scienziati, e ancor meno politici sono in grado di guardare oltre il loro naso, se non perterrorizzare o per tranquillizzare. In una società completamente proiettata verso il futuro, devonoentrare in gioco i diritti delle generazioni future, ai quali nella nostra società odierna, pochi pensano.

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L’essere umano ha una dimensione storica e culturale: quello che differenzia l’essere umano daglialtri animali (o in questo caso cosa differenzia gli esseri senzienti dagli altri esseri) è proprio l’avereuna cultura, un retaggio, una storia. Non quindi Storia come magistra vita e, ma Storia come unastudio delle fasi dell’esistenza culturale di una civiltà, indispensabile per capirne gli sviluppipresenti e quelli futuri. Solo in questo senso la storia può avere anche qualcosa da insegnare. Inquesto caso, le esplorazioni compiute dal genere umano nel passato ci insegnano che, anche con lemigliori intenzioni, l’incontro affrettato fra due culture, è degenerato quasi sempre in scontro. Lacomunicazione è un’arte difficile, non solo e non tanto per i problemi linguistici, ma soprattutto permotivi culturali. Il comunicare stesso è una forma culturale e i modi di comunicazione stessi varianofra le culture. Anche i contenuti che si vogliono comunicare possono non essere gli stessi.

La cultura pluralista, è forse fra le più adatte a comunicare con culture diverse, poiché sa adattarsi,al problema del ricevente; e questi in grado di capire i contenuti che voglio comunicare con lui?E`interessato a capirli? ma soprattutto: è giusto che li capisca? Quest’ultima domanda è forse la piùimportante perché è la meno banale. Non vi sono culture ‘superiori’ perché non vi sono culture‘inferiori’. Ogni contatto di una cultura progredita scientificamente (ma anche eticamente), conun’altra cultura, è destinato a cambiarla irreparabilmente, anche se questo a volte apparedesiderabile alla nostra morale, il danno alla cultura peculiare di una società è una danno al futurostesso: questa cultura, forse, in futuro avrebbe potuto produrre e scoprire significati che non ci sonoancora chiari. Per non menzionare il fatto che le verità rivelate non sono mai altrettanto buone comele spiegazioni conquistate.

Quando allora comunicare con una cultura diversa? il nuovo ordine dovra' dare un preciso limite perl’applicazione di una Direttiva: qualsiasi società rispetti alcuni canoni socio culturali e vienecontattata, le viene spiegato i principi fondamentali sulla quale la nuova societa' si basa, e vieneinvitata a partecipavi. Alcuni decideranno di farlo, altri no, ma vorranno mantenere contatti nei casidi emergenza (isolazionisti), altri invece non ne vorranno sapere di alcun tipo di contatto (xenofobi).

Il nuovo Ordine dovra` disporre di una sua prima ed irreversibile Direttiva, quello di preservare lavita qualunque essa fosse, in caso di conflitti, trovare una terza via, senza compromettere mai il fineultimo, né i principi etici. Forzare un paradosso non solo è un modo accettabile per cavarsela, ma èun modo di fare del tutto auspicabile e encomiabile aver la capacità di non accettare l’inevitabile,rimettendo tutto sempre in discussione fino a trovare un’alternativa accettabile.

Il nuovo Ordine Sociale, dovra`essere un’alleanza politica composta da sistemi di governoplanetario autonomi. In quanto organizzazione democratica rappresentativa, è governata da unConsiglio Mondiale, al quale ogni stato membro invia delegati. I due compiti principali del NuovoOrdine Sociale sono la protezione dei propri cittadini e l’esplorazione. In questa nuova societa' ilprofitto e la ricchezza non sono più le forze conduttrici; ma dovremo lavorare per un’umanitàmigliore.

Ma come vive un cittadino del nuovo Ordine? una società che, in fondo, è basata sulla semplicità.L’armonia di una tale società viene ottenuta, non dalla sottomissione ad una legge, nédall’obbedienza ad una autorità, ma dal libero accordo concluso fra vari gruppi [...] liberamentecostituitisi [...] per la soddisfazione dell’infinità varietà di bisogni e aspirazioni di un essere civile.Una societa' ispirata al filone del socialismo utopistico libertario. Tale filone – messo da parte nel

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’900 da altre ‘utopie‘ – prevedeva un modello di vita più semplice, più ecologico, uno sviluppo piùsostenibile e … più piacevole.Noam Chomsky dice in proposito: “un sistema decentralizzato di tipo federativo, formato da libereassociazioni che incorporano istituzioni socio-economiche costituirebbe quello che io chiamoanarco-sindacalismo. Secondo me questa è la forma più appropriata di organizzazione sociale peruna società tecnologicamente avanzata, in cui ormai non c’è più alcun bisogno, né ragione, che gliesseri umani siano degradati al livello di strumenti o di ingranaggi di una macchina.” Viene lecitopensare che il nuovo Ordine sia formato da tante piccole comunità federate fra loro e che siautogovernano.

Una Societa` in grado di bypassare le ideologie razziali, religiose e capitaliste, ma in grado dilavorare per auto migliorarsi sara` ingrado di produrre una tencologia molto avanzata, grazie allatecnologia avanzata, alla mancanza di denaro (la base del ‘capitalismo’) e alla mancanza dellalogica del profitto e del consumismo, gli abitanti di queste comuni sono così liberi dai noiosi lavoriripetitivi e, sfruttando al massimo le potenzialità positive dello sviluppo tecnologico, possonoquindi impegnarsi in attività volte al miglioramento di se stessi e della società, come ad esempioattività di ricerca scientifiche, culturali, educative etc. Questa liberazione di energie creatrici a suavolta potenzia le capacità di sviluppo ulteriore dell’intera comunità, in un circolo virtuoso che nonconosce crisi.

Una società di questo tipo può sembrare strana e desueta, ma in fondo è l’unica immaginabile secerchiamo di immaginare un futuro veramente migliore: per chi ha a cuore la causa della libertàdegli esseri umani, la diseguaglianza è il primo scoglio; quali modi potrebbe trovare una societàfutura, migliore della nostra, per porre fine a questo stato di cose? Non è forse la liberazione dalbisogno e dal lavoro il prossimo passo della liberazione dell’essere umano?

RINGRAZIAMENTI

Ringrazio vivamente tutto il web per l'inspirazione e l'aiuto nel completare ricerche ed articoli per lastesura di questo testo, interamente prodotto per essere distribuito sotto copy left e liberametedistribuibile a patto che venga enunciata la fonte.

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