La Stampa - Consultazione Archivio

Perché sono così difficili gli «appuntamenti» spaziali imminente ii Bornio dei « Gemini» americano Perché sono così difficili gli «appuntamenti» spaziali Tre possibili sistemi di propulsione per ottenere le variazioni di velocità necessarie a modificare un'orbita - Dalle bombole di gas freddo ai motori a razzo ai propellenti solidi - Il compito dei calcolatori elettronici Sempre più nei prossimi voli spaziali, che comporteranno «appuntamenti» (il nuovo « volo Gemini » è atteso per i primi di dicembre) si tenteranno modifiche delle traiettorie orbitali. La modifica di un'orbita può avvenire solo somministrando al veicolo una adeguata entità di energia di movimento, in modo da determinare nuove condizioni di equilibrio con le forze gravitazionali. Una correzione orbitale richiede perciò una esatta conoscenza delle forze in gioco, prima di stabilire l'entità e la direzione della spinta necessaria, e risulta di conseguenza molto più complessa delle normali correzioni di assetto (che comportano solo una rotazione della capsula attorno al suo baricentro). La programmazione di una manovra spaziale è normalmente affidata ad una centrale di calcolo, installata a bordo del veicolo: essa, in primo luogo, elabora i dati forniti dai centri di telemetria e determina esattamente la traiettoria del veicolo ; quindi confronta questa traiettoria con quella prevista dai piani di volo e calcola la direzione, l'intensità e la durata degli impulsi necessari per la correzione. Queste operazioni sono molto complesse, in quanto il cervello elettronico non solo deve elaborare i dati, ma deve anche tenere conto della risposta dei propulsori destinati alla manovra, valutandone le eventuali irregolarità in modo da programmare le relative correzioni. Le difficoltà di manovra aumentano con il crescere della precisione richiesta : si può ritenere ad esempio che il congiungimento nello spazio di due capsule che si muovano inizialmente in orbite diverse presenti un grado di difficoltà pari a quello della discesa « soffice » di un veicolo sulla superficie lunare. Questa è una ragione di più dell'enorme interesse che gli Stati Uniti hanno riposto negli esperimenti di appuntamento orbitale delle capsule Gemini; essi rappresentano in pratica il primo collaudo degli apparati destinati a guidare tra cinque anni le astronavi sul nostro satellite naturale. Tra parentesi bisogna poi dire che l'interesse per questi sistemi di manovra nello spazio non è soltanto scientifico: il loro possesso permetterà infatti di realizzare, in un prossimo futuro, dei veicoli spaziali militari da « ricognizione », in grado di osservare ed eventualmente catturare i satelliti artificiali « sospetti ». La manovra di correzione consiste nell'imprimere al veicolo spaziale un incremento di velocità, in una direzione predeterminata. La variazione di velocità può essere ottenuta con un propulsore a razzo che fornisca impulsi di spinta ad intermittenza, oppure funzioni ininterrottamente con piccolissima spinta per tutta la durata della manovra, o ancora fornisca un unico impulso iniziale perfettamente calibrato: la scelta tra questi sistemi è strettamente connessa con lo schema di funzionamento dell'apparato destinato al controllo delle manovre. I propulsori impiegati per le manovre nello spazio possono essere molto diversi a seconda delle caratteristiche della missione, dell'errore massimo ammesso nelle manovre, della durata delle stesse e dai limiti di peso di propellente trasportato; il tutto condizionato dal fattore più importante, cioè la sicurezza di impiego. I satelliti e le sonde di piccole dimensioni usano normalmente per le loro manovre nello spazio dei semplici getti di gas freddo, provenienti da bombole ad alta pressione: questo sistema di comando, anche se apparentemente sembre rebbe poco conveniente per l'eccessivo consumo di gas, risulta in effetti il più economico per piccoli spostamenti, perché riduce al minimo il peso dell'apparato propulsivo. I veicoli spaziali con piloti a bordo richiedono invece una disponibilità di ener già molto maggiore di quel la fornita dalle bombole di gas compresso; essi perciò devono ricorrere all'impiego dei motori a razzo. Se la missione prevista è relativamente breve, i propulsori che risultano più adatti sono quelli a monopropellente, come il perossido di idrogeno e l'idrazina, che comportano un impianto di alimentazione leggero e semplice; per le missione di maggior durata, invece, si deve passare ai motori a razzo ad alta energia, che richiedono l'impiego di apparecchiature di controllo molto più complesse e pesanti, ma consentono un notevole risparmio di propellente. Tra questi propellenti ricorderemo la coppia tetrossido di azoto - idrazina, che presenta il vantaggio di essere ipergolica, cioè di accendersi automaticamente, appena i due liquidi vengono a contatto nella camera di combustione, e ancora le coppie ossigeno-cherosene e ossigeno-idrogeno che hanno un altissimo contenuto energetico e quindi un basso consumo, ma risultano di impiego molto delicato. Per la correzione orbitale si potrebbero usare anche i propellenti solidi, che dal punto di vista della sicurezza e semplicità di impiego sono senz'altro alla pari se non superiori a quelli liquidi, ma purtroppo essi non si prestano a ripetute accensioni e spegnimenti. Il loro impiego perciò è previsto solo in casi limitati, per manovre poco precise, in coppia con altri propulsori a propellenti liquidi o gassosi per la correzione degli eventuali errori residui. Con i propulsori ad alta energia è possibile controllare il moto di un veicolo spaziale su percorsi già relativamente lunghi come il volo orbitale intorno alla Luna: quando però si volesse passare ad imprese di maggior autonomia come nel caso di un volo TerraMarte e ritorno, anche questi propulsori diventerebbero inadeguati, perché il consumo di propellente risulterebbe eccessivo. Per queste missioni si dovrà passare ai propulsori ad energia elettrica: arcogetti, motori a ioni e plasmagetti. La propulsione elettrica comporta un notevole aggravio di peso dovuto al generatore a pila nucleare, ma consente consumi specifici, cioè i consumi a parità di spinta fornita, da 5 a 20 volte inferiore rispetto ai razzi chimici: quando la durata del viaggio diventa dell'ordine di mesi e si richiede un lungo funzionamento dei propulsori per le modifiche d'orbita, il risparmio che si realizza nel propellente può compensare il maggior peso a vuoto. Mario Oggero