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Un satellite che corregge da sé la propria orbita SENZA ORDINI DA TERRA Un satellite che corregge da sé la propria orbita Lanciato dagli americani - Ruota a 35.000 km di quota in modo sincrono con il nostro globo - Irregolarità del movimento causate dalle perturbazioni Il Laboratorio Lincoln dell'Istituto di Tecnologia del Massachusetts ha lanciato un nuovo tipo di satellite per comunicazioni. Posto in una orbita sincrona da un Titan III-C da Capo Kennedy il 26 settembre scorso, il Lincoln Experimental Satellite Les-6 è in grado di modificare e mantenere la propria orbita in modo del tutto automatico. Perché è necessario controllare le orbite dei satelliti? Non rimangono questi perennemente in moto attorno alla Terra? Anzitutto, il moto di un satellite continua indefinitamente solo se esso si trova del tutto fuori dalla atmosfera terrestre. E' questo il caso dei moderni satelliti da comunicazione, quale è il Les-6: essi viaggiano in un'orbita circolare cosiddetta sincrona, a più di 35 mila chilometri di altezza, completamente fuori dall'atmosfera. Quest'orbita viene chiamata « sincrona » perché un satellite vi si muove con la medesima velocità angolare con cui la Terra ruota attorno al proprio asse; in tal modo il satellite, visto da terra, rimane sempre alla stessa longitudine e quindi sempre in vista delle stazioni di iena fra cui si desidera stabilire un collegamento radio. Se poi l'orbita è anche equatoriale, il satellite non si sposta neppure in latitudine, cosicché esso rimane sensibilmente immobile rispetto ad un osservatore terrestre. Parrebbe dunque che una volta posto il satellite in quest'orbita, esso vi debba rimanere sempre. Ebbene, questo non può avvenire. La posizione del satellite viene alterata, o « perturbata », come si dice. Queste perturbazioni sono dovute a due tipi di fenomeni: l'attrazione gravitazionale del Sole e della Luna (quella dei pianeti è trascurabile) e l'irregolarità del campo gravitazionale terrestre. Per i satelliti sincroni, quale il Les-6, il secondo fenomeno prevale sul primo. Questo ci porta a un affascinante problema di geofìsica: qual è la t< forma della Terra »? Più propriamente, qual è l'andamento del campo gravitazionale terrestre nello spazio? Che la Terra non sia una sfera, si sa da tempo: tutti ricordiamo, fra le prime cose apprese, che il nostro pianeta è schiacciato ai poli. Meno noto è il fatto che anche l'equatore medio della terra (cioè l'equatore che si otterrebbe una volta che tutte le montuosità e depressioni terrestri venissero idealmente livellate) non è circolare. A dire il vero l'equatore terrestre differisce da un cerchio di pochissimo: solo 300 metri circa, su un diametro di oltre 13 mila chilometri! Però questo è sufficiente a far sì che un'orbita sincrona in senso stretto non esista: il satellite, pur muovendosi senza perdita di energia nel campo gravitazionale terrestre, viene a poco a poco spostato dall'attrazione della « protuberanza » dell'equatore. Le forze in gioco sono piccolissime, ma sufficienti ad imprimere al corpo un moto pendolare, con periodo di vari mesi e con ampiezza che dipende dalla posizione iniziale del satellite in orbita rispetto alla « protuberanza equatoriale ». Un'orbita sincrona stabile v'è solo in corrispondenza di due longitudini (all'incirca sull'Atlantico orientale e sulla Micronesia nel Pacifico), sopra le depressioni, piuttosto che le protuberanze, della « terra media ». E' interessante notare che gli studi di geodesia terrestre hanno avuto un forte impulso dall'avvento dei satelliti. Ora noi conosciamo la forma della Terra molto meglio di quanto gli antichi metodi gravimetrici, che pur sono di precisione sorprendente, ci permettessero. Comunque, un'orbita sincrona stabile, in generale, non esiste. Se si vuole mantenere un satellite in sincronismo con la Terra, è necessario vincere le forze perturbatrici con mezzi di propulsione autonoma sul satellite. Questa delicata correzione orbitale è stata finora fatta a comando da terra. Orbene, la novità del satellite Les-6 è che esso corregge automaticamente la propria orbita; il satellite non solo rimane sincrono con la Terra, ma si aggancia (per metafora) alla stazione di terra, mante nendosi su una longitudine predeterminata. E' la prima volta che questo sistema di controllo, detto di « geosincronizzazione automatica », viene realizzato. Esso utilizza sensori ed un calcolatore, che fornisce le necessarie informazioni al sistema di propulsione. I sensori vengono utilizzati per determinare, ad ogni orbita,, la posizione del satellite rf~ spetto alla Terra ed al Sole. Semplificando si può descrivere il metodo nel modo seguente: uno speciale « orologio solare» indica il tempo di transito del Sole sulla stazione terrestre desiderata; i sensori indicano il « tempo solare » del satellite; confrontando i due « tempi solari » si ottiene una misura della differenza di longitudine fra stazione e satellite. Come si vede, il principio si può ricondurre all'idea antica della navigazione con sestante e orologio. La realizzazione richiede però la soluzione di un gran numero di problemi di misura e di controllo, che ha impegnato il gruppo, cui lo scrivente appartiene, per circa due anni. Così sono stati inventati semplici metodi per tener conto dell'eccentricità orbitale residua; uno speciale sensore, detto « sensore delle efemeridi solari », che utilizza fibre ottiche; metodi per smorzare il moto oscillatorio del satellite attorno alla longitudine desiderata, impiegando come organo di controllo una cosiddetta « macchina a stati finiti ». Il vantaggio di queste tecniche rispetto a quelle tra¬ dizionali è che le funzioni di controllo di posizione non dovranno più essere compiute da stazioni di « tracking » da terra. Si è dunque fatto un passo avanti nella automatizzazione delle funzioni di bordo nei satelliti terrestri. Il satellite Les-6 ha appena compiuto le sue prime orbite. Tutto funziona normalmente, sia nelle apparecchiature di ricezione e trasmissione, sia nel sistema di geosincronizzazione. I prossimi mesi ci permetteranno di valutare con l'ossersazione del comportamento orbitale, la precisione di questo sistema. Alvise Braga Illa dell'Istituto di Tecnologia del Massachusetts Modello del satellite Les-6 durante le prove d'antenna nella camera anecoica del Laboratorio Lincoln