Breve Storia dell'Astronautica

di Patrizio Claudio Casiraghi

 

Tecnica Astronautica - Parte 5. La struttura dei veicoli spaziali.

Mentre per tutti i veicoli che si muovono in cielo, terra e mare, occorre costruirli con strutture particolari a seconda dell'uso e delle prestazioni, i veicoli spaziali possono essere realizzati con forme a piacimento. Nello spazio il veicolo non è immerso in un "mezzo", come l'acqua e l'aria, quindi i progettisti non perdono tempo a disegnare forme aerodinamiche, ali e timoni, ma possono concentrarsi esclusivamente sulla migliore disposizione dei dispositivi che verranno inseriti nel veicolo. In effetti alcuni vincoli ci sono e dipendono dal missile che spedirà in orbita il veicolo, quindi bisogna provvedere a creare dei punti d'appoggio sulla struttura e ripiegare eventuali pannellature che dovranno sporgere dalla struttura una volta in volo. Tutti i dispositivi però non possono essere installati a piacimento. Essi devono essere disposti in modo da non alterare il centro di gravità del veicolo, oppure devono essere protetti dalla radiazione solare o devono essere riscaldati o raffreddati e posti in punti particolari a seconda dell'assetto del veicolo una volta in volo. sono queste problematiche tecniche che però possono fare la differenza; se, ad esempio, occorre installare a bordo apparati per in condizionamento termico di alcuni o tutti i dispositivi presenti. La realizzazione di un veicolo spaziale è composto dalla struttura portante sulla quale s'installeranno tutti i dispositivi, che sono quelli destinati allo scopo della costruzione del veicolo, a fornire energia, per il raffreddamento/ riscaldamento, per la manovra, per il controllo dell'assetto, per la gestione del veicolo una volta in volo e per il contatto con i centri di controllo a Terra. L'energia a bordo di un veicolo spaziale può avere diverse origini. La più semplice e la prima utilizzata era una batteria di accumulatori. Finché non si esauriva il veicolo restava attivo. Poi si adottarono i pannelli fotovoltaici, che garantivano una lunga fornitura di energia se accoppiati con una batteria ricaricabile. Anche questi però non sono eterni; tendono a logorarsi o danneggiarsi se colpiti da detriti spaziali. altra soluzione era l'uso di celle a combustibile. si sfrutta la combustione di propergoli La sonda New Horizons durante la fase finale di allestimento, in primo piano (il cilindro nero) il generatore RTG mediata da un catalizzatore che genera corrente elettrica, ma anche qui, esauriti i propergoli finisce tutto. Se occorre una riserva d'energia sicura e disponibile a lungo allora si ricorre a piccoli generatori atomici. [Nella foto a destra (Credit: NASA) a sonda New Horizons durante la fase finale di allestimento, in primo piano (il cilindro nero) il generatore RTG]. Questi generatori a radioisotopi hanno ingombri contenuti e durate lunghissime. Ovviamente il lancio di un satellite che trasporta un generatore atomico è sempre visto con sospetto dal mondo ambientalista e questo tipo di generatore è in uso prevalentemente solo per satelliti militari o per le sonde spaziali che devono volare a lungo e lontano, come verso i pianeti esterni. Gli impianti per il condizionamento termico sfruttano gli stessi principi e spesso gli stessi fluidi di quelli presenti nel mondo civile. Inizialmente si dipingevano con colori chiari o scuri le superfici esterne a seconda se si voleva che gli apparati che poggiavano all'interno stessero al fresco o al caldo solo per via della diversa riflessione dei raggi solari. Gli impianti per la manovra e per il controllo dell'assetto sono ovviamente strettamente legati. L'assetto può essere controllato piazzando dei sensori puntati su determinati astri. Appena l'astro accenna ad un movimento vengono attivati i sistemi di manovra. Un altro sistema per il controllo dell'assetto è quello della piattaforma inerziale. Un delicato complesso di giroscopi molto precisi che non necessita di sensori esterni. Il problema è che dopo un certo tempo necessitano di costose ricalibrazioni. Infine un semplice sistema per mantenere l'assetto è quello di far ruotare il satellite su se stesso. Questo, per effetto giroscopico, compensa ogni eventuale asimmetria dinamica ma i dispositivi presenti a bordo funzionano "ad intermittenza" quando devono operare. Infine è possibile utilizzare dei piccoli razzi a getto fisso se è il caso di mantenere sempre un assetto fisso. Bastano infatti minuscoli fori da cui fuoriesce una minuscola quantità di gas inerte per vincere tutte le eventuali forze parassite che tendono a modificare l'assetto del veicolo. tutti questi dispositivi sono solitamente collegati a razzi di manovra o vernieri, destinati appunto alle correzioni d'assetto se non di direzione. spesso questi razzi sono alimentati con idrazina o simili perché si tratta di carburanti che non danno problemi di conservazione nello spazio. I satelliti dotati di piattaforma inerziale posso invece usare i loro giroscopi che facendoli ruotare in modo diverso dal normale riescono ad imprimere alla struttura un cambio d'assetto. E' il caso del Telescopio Spaziale Hubble, HST, che sfrutta i suoi giroscopi per cambiare assetto come richiesto dagli astronomi, anche perché dovendo restare a lungo nello spazio non poteva fare affidamento su razzi che presto o tardi avrebbero esaurito le scorte di combustibili. Gli elaboratori elettronici presenti a bordo infine non hanno la necessità di fare operazioni troppo complicate, se non di controllare che tutte le apparecchiature a bordo funzionino correttamente e gestire il flusso di dati da e per la Terra. I programmi che girano nelle loro memorie sono spesso programmi professionali reperibili sul mercato; occorre ovviamente istruire l'elaboratore sulle attività che deve svolgere. Talvolta si effettuano aggiornamenti perché con il tempo i programmi evolvono rendendosi disponibili per gestire meglio le attività di bordo. Il caso più famoso fu l'aggiornamento dei programmi della sonda spaziale Voyager, che grazie al nuovo programma fu in grado di compiere manovre prima impossibili e restituirle la piena operatività. Al momento abbiamo parlato di veicoli disabitati, quelli abitati verranno trattati in un altra sezione. Che tipo di veicoli si lanciano nello spazio? La classificazione li divide in due grandi categorie: i satelliti e le sonde Una illustrazione delle parti principali di un satellite per telecomunicazioni in orbita geostazionaria spaziali. I satelliti sono usati per diversi scopi. Quelli per le telecomunicazioni servono per fare da ponti radio fra luoghi della Terra. Nonostante ci sia una rete telefonica ormai mondiale, la richiesta di comunicazioni telefoniche è tale che è necessario deviare le richieste verso i satelliti. Poi ci sono anche le comunicazioni radio e le trasmissioni televisive. Questi satelliti per lo più si trovano nelle orbite geostazionarie o geosincrone. Ci sono anche satelliti che studiano la Terra dallo spazio, sono quelli geodetici, ambientali, per la navigazione e meteorologici. I geodetici "prendono le misure" della Terra, analizzando le variazioni del campo gravitazionale, misurando quote mappando la Terra con radar molto sensibili. Essi valutano la geografia del nostro pianeta mentre i satelliti ambientali, osservando al Terra nelle frequenze infrarosse, ne possono vedere lo stato di salute misurando l'estensione dei deserti, dei campi coltivabili o rilevare la presenza di sostanze inquinanti. I satelliti per la navigazione invece trasmettono dei segnali radio che opportunamente tradotti da apparecchi riceventi a Terra stabiliscono la posizione in coordinate dell'apparecchio ricevente. I più noti sono il GPS americano, ma esiste anche il Glonass russo e dovrebbe avviarsi il Galileo europeo, destinato a sostituire il GPS che è militare. Infine i satelliti meteorologici tengono sotto controllo l'atmosfera terrestre e consentono ai meteorologi di fare le previsioni del tempo. Solo i satelliti meteorologici sono posti in orbita geostazionaria, gli altri sono in LEO poichè devono mappare in continuazione la superficie terrestre. L'altra grande categoria è quella delle sonde spaziali. Si definiscono così quei satelliti inviati ad esplorare altri astri del sistema solare. Il primo astro esplorato fui ovviamente la Luna e tra breve anche il lontano Plutone svelerà i suoi segreti. Le sonde spaziali sono spesso portate nell'orbita di un altro astro e lo osservano con strumenti molto simili a quelli presenti sui satelliti terrestri. Al momento sono i veicoli che si sono spinti più lontano nel sistema solare ed hanno usato l'effetto fionda per accelerare le loro velocità. Alcuni di questi hanno anche effettuato esplorazioni più ravvicinate scendendo nelle atmosfere degli astri o addirittura girovagando sulla loro superficie. In termini tecnici la sonda che sbarca sull'astro è chiamata "lander", mentre se è anche in grado di muoversi sulla superficie "rover". Vi è poi una serie di veicoli spaziali ad uso militare. In sostanza non differiscono come uso da quelli civili, salvo per il fatto di utilizzare spesso tecnologie molto più avanzate e costose. In più alle tipologie di satelliti esistenti ci sono satelliti che scrutano l'orbita alla ricerca di missili balistici o sono dotati di dispositivi che devono condurli in rotta di collisione con altri satelliti. La guerra nello spazio si limita a questo. Piattaforme armate di testate nucleari o satelliti dotati di armi in genere non ci sono, anche perché ci sono alcune difficoltà tecniche che sconsiglierebbero di piazzare simili ordigni in orbita e perché molte nazioni hanno firmato dei protocolli internazionali che ne vietano il dispiegamento (fare buon viso a cattivo gioco). La presenza di satelliti "segreti" è impossibile in quanto la posizione dei satelliti è mappata da radar "amici" e "nemici" inoltre, a seconda dell'uso, i satelliti, specialmente se militari, devono essere posizionati su orbite particolari ed è impossibile celare il loro scopo.

Il LEM della NASA è il tipico esempio di veicolo spaziale non aerodinamico

Il Telescopio Spaziale Hubble in orbita

Illustrazione di uno dei due Mars Exploration Rover (MER) della NASA

Il LEM della NASA è il tipico esempio di veicolo spaziale non aerodinamico. (Credit: NASA)

Il Telescopio Spaziale Hubble in orbita. (Credit: www.spacetelescope.org)

Illustrazione di uno dei due Mars Exploration Rover (MER) della NASA. (Credit: Wikipedia)

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Ultimo aggiornamento 23/03/2017

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