Veicoli Spaziali

Esplorazione dell'Universo (indice)

I veicoli spaziali senza equipaggio possono avere forme e dimensioni diverse, variando da pochi centimetri a parecchi metri di diametro, a seconda degli scopi per i quali sono progettati. Sono sempre dotati di un sistema trasmittente che invia a Terra i dati e le informazioni raccolte e segnala costantemente la posizione.

Le navicelle con equipaggio sono naturalmente molto più sofisticate delle sonde automatiche: sono progettate per garantire agli astronauti aria, cibo e acqua; sono dotate di strumenti per la navigazione e la guida, di spazi per il riposo e per la notte, nonché di apparecchi di comunicazione utilizzati per trasmettere e ricevere informazioni. Una caratteristica distintiva dei veicoli con equipaggio è lo schermo che protegge gli astronauti dal calore sviluppato per attrito contro l’atmosfera, nella fase di rientro a Terra.

I viaggi spaziali sono divenuti possibili solo nel XX secolo, quando le conoscenze scientifiche e tecnologiche hanno consentito lo sviluppo del sistema di propulsione a razzo e dei sistemi di guida e di controllo del veicoli. Il principio teorico della propulsione a razzo è noto da lungo tempo; si narra che già nel 1232 la città di Kaifeng, in Cina, fosse stata difesa dalle orde mongole con l’impiego di razzi che utilizzavano come propellente polvere da sparo. Il primo razzo a propellente liquido venne lanciato con successo il 16 marzo 1926 dal fisico statunitense Robert Goddard. Un considerevole impulso allo sviluppo di razzi suborbitali a grande gittata fu dato dalla seconda guerra mondiale. Gli Stati Uniti, l'Unione Sovietica, la Gran Bretagna e la Germania svilupparono contemporaneamente vari razzi a scopo militare, una parte dei quali venne utilizzata al termine del conflitto per voli sperimentali.

I motori dei razzi, utilizzati per il lancio di veicoli spaziali, sono principalmente di due tipi: a propellente solido e a propellente liquido. I primi impiegano prodotti chimici che bruciano in modo simile alla polvere da sparo, mentre nel secondo caso vengono usati carburanti liquidi e ossidanti immagazzinati in serbatoi separati. Poiché la tecnologia di costruzione dei vettori spaziali è molto simile a quella dei missili balistici intercontinentali, non è un caso che dal 1957 fino al 1965 i soli due paesi a possedere la tecnologia per lanciare satelliti siano stati Unione Sovietica e Stati Uniti. Successivamente anche Francia, Giappone, India e Cina hanno acquisito la capacità di progettazione e costruzione di vettori sempre più sofisticati e, dal maggio del 1984, l’Agenzia spaziale europea, con tredici stati membri, ha dato inizio a un proprio programma di lanci.

I veicoli spaziali vengono lanciati da apposite rampe, attraverso procedure rigorosissime seguite passo passo da schiere di computer. Il controllo computerizzato serve a rilevare il minimo malfunzionamento di un qualsiasi componente del veicolo o del razzo vettore e ad arrestare istantaneamente, quando sia il caso, la procedura stessa.

Altrettanto delicata è la fase di rientro a Terra; in particolare è necessario schermare la navicella dall’enorme calore sviluppato per attrito all’ingresso nell’atmosfera. Nei veicoli spaziali Mercury, Gemini e Apollo, il problema veniva risolto per mezzo di scudi termici in grado di dissipare il calore in eccesso. Allo stesso scopo, gli space shuttle sono rivestiti di piastrelle in materiale ceramico refrattario al calore.

L'orbita di un oggetto intorno alla Terra può essere circolare oppure ellittica. Un satellite artificiale in orbita circolare viaggia a velocità costante: maggiore è l'altitudine, minore è la velocità del suo moto relativo rispetto alla superficie terrestre. Un satellite situato a un'altezza di 35.800 km sull'equatore descrive un'orbita geosincrona (percorsa alla stessa velocità angolare del moto di rotazione terrestre) in 24 ore, e rimane quindi sempre sulla perpendicolare di un punto fisso dell'equatore. Un’orbita di questo tipo è detta geostazionaria, e viene utilizzata per molti tipi di satelliti, tra cui quelli per telecomunicazioni.

Al contrario, la velocità di un oggetto che descrive un'orbita ellittica intorno alla Terra non è costante in tutti i punti della traiettoria: raggiunge il valore massimo in prossimità del perigeo (il punto più vicino al nostro pianeta) e quello minimo all'apogeo (il punto più lontano da esso). Un'orbita ellittica può giacere su qualunque piano passante per il centro della Terra; in particolare, viene detta polare se il piano contiene l'asse terrestre o equatoriale se passa per l'equatore. L'angolo tra il piano orbitale e l'equatore prende il nome di inclinazione dell'orbita.

Osservata da un satellite in orbita polare, la Terra compie una rotazione completa ogni 24 ore. Un satellite meteorologico, quindi, che descriva un'orbita di questo tipo e che trasporti telecamere televisive e a infrarossi può in un solo giorno osservare le condizioni meteorologiche dell'intero globo. Un'orbita diversamente inclinata permette invece l'osservazione diretta di una porzione più ridotta della superficie terrestre.

Un oggetto in orbita nello spazio percorre la sua traiettoria senza bisogno di spinta propulsiva, dal momento che non si manifestano forze di attrito che rallentino il moto. Se invece la traiettoria attraversa l’atmosfera, parte della sua energia viene dissipata per effetto dell'attrito e il corpo rallenta, fino a perdere progressivamente quota e a rientrare nell’atmosfera, bruciando per il calore.