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astronàutica

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sf. [sec. XIX; astro-+nautica]. Insieme degli studi teorici e delle tecniche necessari alla costruzione, messa in orbita, navigazione, eventuale discesa su altro corpo celeste e rientro sulla Terra, di un veicolo adatto a muoversi nello spazio extraterrestre con o senza equipaggio.

Storia: le basi teoriche e i primi lanci

Fin dai tempi antichi l'uomo espresse il suo desiderio di uscire dai confini della Terra in numerosi racconti fantastici e strabilianti. Già nel sec. II d.C. Luciano di Samosata descrisse due viaggi sulla Luna nella sua Historia vera; nel periodo che va dal 1600 al 1800 troviamo numerosi scritti, più o meno basati su principi scientifici, a opera del grande Keplero, di F. Godwin, J. Wilkins, Cyrano de Bergerac, Voltaire. Verso la fine del sec. XIX vanno collocati i primi scritti che possono esser considerati progenitori della letteratura fantascientifica, dovuti a J. Verne, A. Eyraud, K. Lasswitz, H.G. Wells. In questi si cerca di poggiare il racconto su ipotesi parascientifiche, le quali tengono conto a loro modo del grado di evoluzione raggiunto dalla scienza, per consentire di sviluppare un racconto ricco d'azione, di avventura, di fantasia. Tuttavia l'astronautica come scienza trae le sue origini dagli scritti del russo K.E. Ziolkovskij, che ne elaborò in modo rigoroso i principi essenziali su basi fisico-matematiche. Negli anni successivi vari scienziati, scuole e organizzazioni si occuparono su basi teoriche e sperimentali di motori a razzo come futuri vettori di veicoli artificiali, elemento essenziale e non ancora disponibile per avviare l'astronautica su basi concrete. Nel 1930 fu costituito a Mosca il Centro di ricerche astronautiche, ove confluirono gli studi e le esperienze di numerosi specialisti (F. Zander, A. Rynin, S. Korolëv e altri), che vi proseguirono i lavori in modo organico. Gli studi del tedesco H. Oberth portarono prima alla costituzione di alcuni gruppi, molto attivi, di studiosi e sperimentatori (H. Ganswindt, W. Hohmann, E. Sänger e altri), poi ebbero un effetto determinante sulla costituzione del Centro di ricerche missilistiche di Peenemünde, diretto da W. von Braun e indirizzato dalla Germania nazista alla realizzazione di super-armi. La scuola statunitense, basandosi su quanto fatto da R. Goddard e dai suoi collaboratori, mise a punto soprattutto missili d'uso bellico. A guerra ultimata, gli statunitensi si avvalsero dell'apporto di von Braun e dei suoi ca. 200 collaboratori, mentre trasferivano negli USA tutto il materiale tecnico reperito a Peenemünde; del pari sovietici, britannici, quindi francesi e altri intensificarono l'opera di ricerca. L'URSS anzi avviò per prima un vero e proprio programma astronautico, impostando la progettazione di una “famiglia” di razzi vettori di dimensioni e caratteristiche adatte alla messa in orbita di satelliti artificiali. Tali motori a razzo, opportunamente sviluppati, avrebbero permesso più tardi le imprese lunari, la messa in orbita di stazioni permanenti, i lanci di sonde sulla Luna e su altri pianeti. Il 4 ottobre 1957 l'URSS mise in orbita lo Sputnik 1 e dopo un mese lo Sputnik 2 , assai più pesante e con a bordo un essere vivente: un cane. Il terzo venne lanciato nel maggio 1958; l'anno successivo con i primi tre Lunik (o più correttamente Luna) avviò l'esplorazione della Luna. Il primo lancio statunitense fu quello dell'Explorer 1 (gennaio 1958), seguito dal Vanguard 1 (marzo 1958); gli USA ebbero tuttavia notevoli difficoltà a mettere a punto razzi vettori in grado di portare in orbita un carico utile rilevante; la capsula abitata Gemini 3 da 3 t fu messa in orbita nel 1965, mentre la Korabl' (Sputnik 5) da 5 t era stata messa in orbita già nel 1960. Questa prima fase dell'astronautica si concentrò sulla soluzione di una serie di problemi-base: realizzazione di razzi vettori di forte carico utile; attrezzamento di basi di lancio; messa a punto di automatismi di bordo per direzione e orientamento durante la messa in orbita e di apparati per teleguida; sistemi di telecomunicazioni e realizzazioni di “reti” di stazioni radio terrestri per i collegamenti con i veicoli in volo; studio delle condizioni dello spazio (radiazioni, particelle ionizzate, micrometeoriti ecc.) in vista della messa in orbita di veicoli con equipaggio; messa a punto della tecnica per il rientro a terra; generazione o captazione di energia per i sistemi di bordo e così via. Già in questa prima fase si evidenziarono le principali direttrici di sviluppo dell'astronautica: messa in orbita di satelliti artificiali “specializzati” in maniera diversa l'uno dall'altro; lancio di veicoli con equipaggio e rientro di questo dopo la missione (ciò sarebbe stato successivamente articolato e sviluppato nel programma lunare Apollo, statunitense, e in quello delle Vostok, sovietiche); lancio di sonde sulla Luna, su Marte, Venere, Mercurio e verso i grandi pianeti esterni per avviare lo studio di tali corpi cosmici.

Storia: i principali programmi spaziali

Tra sonde interplanetarie, sonde cometarie, stazioni spaziali e satelliti di tutti i tipi, dopo il primo Sputnik sono stati lanciati nello spazio molte migliaia di oggetti. Molti dei programmi spaziali che sono seguiti vennero anche svolti, del tutto o in parte, contemporaneamente. Nel primo periodo i sovietici, dopo gli Sputnik veri e propri, lanciarono i cosiddetti Korabl'-Sputnik, mediante i quali misero a punto la tecnica del rientro a terra e del mantenimento a bordo di un “microclima” adatto all'uomo entro un corpo cosmico artificiale. Dopo vari lanci, tra il 1960 e il 1961, il programma si concluse. Il 12 aprile 1961 J. Gagarin a bordo della Vostok 1 venne immesso in orbita, effettuò una rivoluzione completa attorno alla Terra e rientrò felicemente, dando così inizio all'esplorazione umana nello spazio. Nel medesimo periodo 1958-1961 gli statunitensi lanciarono numerosi satelliti di dimensioni contenute, ma attrezzati con apparecchiature efficienti, destinati a programmi diversi: Explorer (programma assai vario: astrofisico, geofisico ecc.), Vanguard (studio della Terra), Pioneer (sonde per esplorazioni a largo raggio), Tiros (satelliti meteorologici), Courier (inizio del programma “satelliti per telecomunicazioni”) e altri. I sovietici portarono avanti parallelamente al programma più prestigioso, il Vostok, la prima fase dell'esplorazione lunare (con i tre primi Lunik) e dell'esplorazione di Venere (con la sonda spaziale Venera, o Venus) e sperimentarono i loro satelliti per telecomunicazioni e per studi diversi (Cosmos, Polyot, Elektron, Proton ecc.). Nel quadro del programma Vostok si effettuarono sei lanci perfettamente riusciti; sulla Vostok 5, nel giugno 1963, V. Bjkovskj percorse 81 orbite; contemporaneamente, sulla Vostok 6, Valentina Tereškova, la prima donna cosmonauta, ne percorreva 48. Gli statunitensi, dopo un'intensa preparazione sulla tecnica di messa in orbita-rientro effettuata con i Discoverer, attuarono la preparazione del volo orbitale umano con il programma Mercury; la Mercury 6, con a bordo J. Glenn, effettuava tre orbite con rientro in mare, impresa perfettamente riuscita (20 febbraio 1962). Da rilevare che in questa fase gli USA erano ancora legati a razzi vettori con carico utile molto minore di quello dei razzi usati dai sovietici: la Mercury pesava 1300 kg contro i 4700 della Vostok. I lanci Mercury con astronauti a bordo furono 4, tra il febbraio 1962 e il maggio 1963. Sia i sovietici sia gli statunitensi, mentre proseguivano i programmi con satelliti e sonde senza cosmonauti a bordo (i primi con i già citati Cosmos, per esplorazione della ionosfera e dello spazio esterno, Elektron, per rivelazioni di natura elettrica, Zond, sonde verso Venere ecc.; i secondi con i Ranger, sonde lunari, Mariner, sonde a largo raggio, Nimbus, satelliti meteorologici ecc.) avviavano i loro programmi di veicoli abitati di dimensioni e strutture tali da preludere alle future astronavi. Il 12 ottobre 1964 i sovietici lanciarono la Voskhod 1, del peso di 6 t, con tre uomini a bordo, dei quali uno solo, V. Komarov, era un cosmonauta; gli altri due, B. Jegorov, medico, e K. Feotkistov, ingegnere, non erano addestrati in modo particolare. I tre uomini, per la prima volta, non portavano tuta spaziale. La Voskhod 2 venne lanciata il 18 marzo 1965, con due uomini, dei quali A. Leonov effettuò la prima “passeggiata spaziale” della storia, teletrasmessa a Terra, entro un adatto scafandro spaziale; il comandante P. Beljaev effettuò, per la prima volta nella storia, un rientro a Terra completamente pilotato da bordo. La Voskhod non fu più usata: era già pronta la Sojuz, che nelle sue diverse versioni viene ancora largamente utilizzata. Gli statunitensi iniziarono la fase attiva del loro programma con veicoli biposto (le capsule Gemini, del peso di 3,5 t), con la Gemini 3 il 23 marzo 1965 con a bordo V. Grissom e J. Young. Il programma Gemini si concluse con la Gemini 12 nel novembre 1966. La Gemini 6 e la Gemini 7 nel dicembre 1965 procedettero di conserva e corressero le loro orbite fino ad avvicinarsi a 30 cm, realizzando il primo “appuntamento spaziale”, chiamato con il termine francese di rendez-vous; la Gemini 10 il 18-19 luglio 1966 effettuò il primo attracco nello spazio (docking), con un veicolo senza equipaggio lanciato in precedenza. Con una certa contemporaneità ai programmi Voskhod e Gemini, si svilupparono programmi di esplorazione della Luna sia da parte statunitense sia sovietica. I sovietici proseguirono l'esplorazione lunare con i Lunik, con il fondamentale obiettivo di realizzare l'“atterraggio morbido” di una sonda che raccogliesse e teletrasmettesse dati scientifici. Dopo una serie di tentativi, effettuati nel 1964 e nel 1965, l'impresa riuscì per la prima volta il 3 febbraio 1966 con il Lunik 9, lanciato il 31 gennaio. Il 31 marzo il Lunik 10 fu immesso in un'orbita circumlunare e teletrasmise per lungo tempo dati scientifici. L'impresa fu ripetuta con successo con il Lunik 11 (agosto 1966) e con il Lunik 12 (ottobre 1966), mentre l'impresa del Lunik 9 (allunaggio morbido) fu ripetuta dal Lunik 13. Il Lunik 16, lanciato nel settembre 1970, costituì un passo avanti sostanziale (poi ripetuto da altri Lunik), in quanto, oltre a effettuare l'allunaggio morbido, prelevò campioni del suolo lunare fino a una profondità di 35 cm e li riportò regolarmente sulla Terra. Il Lunik 17, lanciato il 10 novembre 1970, scaricò sulla Luna il Lunakhod, veicolo semovente a ruote, che effettuò rilevamenti per numerose giornate, muovendosi su comando automatico e sotto telecontrollo visivo da Terra. Anche questa impresa fu ripetuta. I Lunik furono lanciati fino al 1976 (Lunik 24). I programmi lunari statunitensi con sonde avevano lo scopo di raccogliere immagini e dati diversi in vista della realizzazione del programma Apollo. Dopo la serie dei Ranger destinati a riprendere fotogrammi del suolo lunare, il Surveyor 1 effettuò nel giugno 1966 l'allunaggio morbido, seguito nel tempo da altri dello stesso tipo e da una serie di Lunar Orbiter immessi in orbite lunari per effettuare rilevamenti fotografici e d'altro tipo fino alla fine del 1967. Il programma Apollo si basava su un razzo vettore di grande potenza, il Saturno, progettato da von Braun e dai suoi collaboratori, coadiuvati da ricercatori e tecnici statunitensi. La missione dell'Apollo 1 ebbe tuttavia esiti tragici: durante una prova a terra effettuata il 27 gennaio 1967 il veicolo si incendiò, causando la morte dei tre astronauti V. Grissom, E. White e R. Chaffee. Tre mesi dopo (23 aprile) aveva un inizio altrettanto tragico il programma sovietico Sojuz: il veicolo spaziale s'infranse al rientro, causando la morte del cosmonauta V. Komarov. Ciononostante i due programmi furono continuati, eliminando le cause dei disastri. Il primo lancio orbitale del veicolo lunare completo, con equipaggio a bordo, si effettuò nell'ottobre 1968 (Apollo 7); nel successivo mese di dicembre l'Apollo 8 si immise in un'orbita circumlunare, indi avvenne il rientro. Nel luglio del 1969 l'impresa fu portata a compimento (Apollo 11) con la discesa sulla Luna di N. Armstrong e E. Aldrin e teletrasmessa in diretta sugli schermi di tutto il mondo. Il programma si sviluppò con ulteriori allunaggi, esplorazioni compiute mediante veicoli a ruote lunari, rilevazioni scientifiche complesse, prelievo di campionature del suolo lunare, per concludersi brillantemente nel 1972. Con questa impresa prestigiosa gli statunitensi ottennero, oltre all'indubbio successo tecnico-scientifico, un successo di enorme prestigio internazionale. Da parte sovietica, gli anni 1966 e 1967 furono decisivi per l'impostazione di un programma a lungo termine, che doveva portare alla messa e al mantenimento in orbita di una vera e propria stazione orbitale permanente (vedi Saljut). La Sojuz invece fu destinata a un uso prolungato nel tempo, sempre in imprese orbitali, talora da sola, altre volte in formazione con uno o due altri veicoli spaziali dello stesso tipo; dagli anni Settanta è stata usata quale veicolo di collegamento e veicolo ausiliario prima delle stazioni orbitali Saljut poi della Mir. La Sojuz può portare fino a quattro persone, ma è stata prevalentemente utilizzata con equipaggi di due o tre cosmonauti e, per la prima volta, anche di diversa nazionalità. Dopo il disastro della navetta statunitense Columbia e la sospensione dei voli dello shuttle, nel 2003 e nel 2004, è stata anche l'unico mezzo di trasporto umano della Stazione Spaziale Internazionale. Essendo suddivisa in tre zone interne, consente all'equipaggio di alternarsi nello svolgere rilevamenti scientifico-tecnici, nel riposare e nel tenersi al posto di pilotaggio; inoltre può essere equipaggiata in maniera molto differenziata, specie nella zona “di lavoro”, e porta sempre il dispositivo di attracco con un altro veicolo spaziale dello stesso tipo o di tipo diverso. Una volta effettuato l'attracco, è agevole il passaggio degli equipaggi da un veicolo all'altro. Questi veicoli, per il rientro, utilizzano parzialmente il sostentamento aerodinamico dell'atmosfera; usano un paracadute unico, di dimensioni non rilevanti rispetto alla massa rientrante, e si avvalgono dell'azione dei retrorazzi nell'ultima fase del rientro; tutto ciò consente un atterraggio morbido. Per contro, nei veicoli spaziali statunitensi diversi dallo space shuttle non venne mai utilizzato un sostentamento aerodinamico, i paracadute di discesa erano tre e il rientro avveniva sempre in mare (splash-down), essendo la velocità d'impatto troppo elevata per un atterraggio vero e proprio su terraferma. Nel giugno 1970 sulla Sojuz 9 operarono in orbita due uomini per 18 giorni consecutivi, preludio ai futuri soggiorni sulle stazioni orbitali Saljut, il cui prototipo fu messo in orbita nell'aprile 1971 (anche la prima missione Saljut ebbe esiti tragici: il veicolo fu raggiunto nel giugno successivo dalla Sojuz 11, dalla quale trasbordarono i cosmonauti G. Dobrovolskij, V. Volkov, V. Patsajev, che rimasero 23 giorni sulla Saljut 1, ma perirono durante la fase di atterraggio per un guasto della Sojuz 11). La Saljut veniva infatti sempre messa in orbita senza equipaggio, indi “raggiunta” da una Sojuz con equipaggio ed eventualmente da una seconda, essendo munita di due portelli d'attracco. La Saljut, in assetto normale, portava un equipaggio di due o tre uomini; quando vi attraccavano una o due Sojuz, nel sistema dei veicoli potevano permanere fino a sei uomini. La più progredita di queste stazioni fu la Saljut 7, lanciata nell'aprile 1982, alla quale attraccarono numerosi veicoli del tipo Sojuz e Progress: quest'ultimo è un veicolo di collegamento senza equipaggio, capace di essere messo in orbita e di attraccare, teleguidato, alla stazione orbitale portando materiale e rifornimenti. A partire dal febbraio 1986, la Saljut 7 fu sostituita dalla Mir, una stazione spaziale permanente che venne progressivamente ampliata con l'aggiunta di vari moduli per ricerche scientifiche (come il Kvant per studi di astrofisica) o per altre attività. Anche gli Stati Uniti lanciarono nel 1973 una stazione orbitale, lo Skylab, sulla quale si alternarono tre equipaggi: la durata maggiore, di 84 giorni, fu quella della terza missione guidata da G. Carr, E. Gibsons, W. Pogue. Significativo il volo congiunto Apollo-Sojuz, svoltosi nel luglio 1975, durante il quale vi fu uno scambio fra l'equipaggio statunitense (V. Brand, D. Slayton, P. Stafford) e quello sovietico (A. Leonov e V. Kubasov). Agli orientamenti operativi delineati finora vanno aggiunti i programmi di esplorazione dei pianeti del Sistema Solare mediante sonde spaziali automatiche. Gli obiettivi sovietici sono stati Marte e Venere. Su Venere è stata lanciata una serie di sonde a cominciare dal 1961. Un modulo della Venera 4 nel 1967 discese sul pianeta, trasmettendo per un'ora e mezza dati rilevati sull'atmosfera venusiana, mentre il modulo orbitale rimaneva in orbita per ritrasmettere a Terra i dati rilevati e codificati dal modulo di discesa. L'impresa fu ripetuta con le Venera 5 e 6, lanciate a brevissima distanza, e con le Venera dalla 7 alla 16, i cui moduli di discesa effettuarono tutti un atterraggio morbido e inviarono dal suolo dati e poi telefotografie. Anche le due sonde Vega 1 e 2 (lanciate dai sovietici nel dicembre 1984 per lo studio della cometa di Halley), sorvolarono Venere sganciando una capsula per la raccolta di dati sull'atmosfera e sul suolo venusiano. Gli statunitensi limitarono i loro programmi verso Venere a pochi lanci, iniziati nel 1962, con le sonde Mariner; l'ultima, la Pioneer-Venus 2 (1978), portò alla discesa sulla superficie del pianeta di quattro piccole sonde lanciate dal modulo orbitale, che trasmisero dati durante la discesa. Sonde della serie Mariner vennero anche inviate verso Mercurio. L'esplorazione di Marte venne inizialmente svolta dagli USA con sonde della serie Mariner e Viking, dall'URSS con le Mars e con le sonde Phobos 1 e 2 (1988). Le prime immagini del pianeta furono trasmesse nel 1965 dalla Mariner 4; la Mars 3 nel dicembre 1971 teletrasmise foto e dati relativi alla superficie del pianeta; del pari, le sezioni di discesa delle Viking 1 e 2 (1976) effettuarono teletrasmissioni dal suolo di Marte, svolgendo inoltre ricerche biochimiche per individuare l'eventuale presenza di microrganismi viventi nel terreno del pianeta. Di notevole rilievo furono le missioni statunitensi verso i grandi pianeti esterni, svolte con sonde della serie Pioneer e Mariner: le Pioneer 10 e 11 trasmisero nel 1973-76 foto della superficie e altri dati astronomici di Giove e Saturno; le Mariner 11 e 12, ribattezzate Voyager 1 e 2, effettuarono nel 1979 e nel 1980 rilievi spettrometrici, fotografici, radioastronomici di Giove e Saturno. La Voyager 1 quindi raggiunse i confini del Sistema Solare entrando nel cosiddetto “spazio interstellare”, mentre la Voyager 2 raggiunse Urano (1986) e Nettuno (1989), trasmettendo a Terra splendide immagini e importanti informazioni scientifiche. Per quanto riguarda il trasporto umano, negli anni Sessanta gli Stati Uniti iniziarono il programma Space Shuttle, destinato ad abbandonare il rientro sulla Terra con ammaraggio tramite paracadute. Il programma è basato sull'impiego di veicoli orbitali (Orbiter) di grandi dimensioni in grado di portare nello spazio carichi pesanti fino a 30 t, immetterli in orbita autonoma e provvedere poi a tornare a “riprenderli” per trasportarli sulla Terra. Gli Orbiter operano quali veicoli da trasporto plananti, in quanto sono realizzati con forme aerodinamiche (ali, impennaggi) tali da poterli pilotare, nella fase di atterraggio, quasi come un aliante. Il programma vide il lancio del primo veicolo orbitale chiamato Columbia il 12 aprile 1981e poi proseguì con altre missioni dello stesso Columbia e degli Orbiter gemelli Challenger, Discovery e Atlantis. Dopo il tragico incidente della navetta Challenger (che, il 28 gennaio 1986, costò la vita ai sette membri dell'equipaggio) il programma statunitense Space Shuttle venne momentaneamente sospeso. Non fu l'unico disastroso incidente del programma. Il 1° febbraio 2003 il Columbia esplose nella fase di rientro, causando la morte dell'equipaggio. Anche questa volta l'incidente provocò una sospensione dei voli della navetta, con gravi ritardi per altri programmi in corso, il più importante dei quali è quello della Stazione Spaziale Internazionale. Nel luglio 2005 la NASA lanciò lo Shuttle Discovery, che doveva raggiungere la Stazione spaziale internazionale per testare tutte le modifiche apportate alla navicella, per migliorarne la sicurezza. .

Il secolo XXI

L'alleggerimento della tensione politica internazionale e la crisi economica dell'ultimo decennio del sec. XX hanno pesantemente influito sui programmi spaziali di tutti i Paesi industrializzati. Il settore che ne ha risentito di più è stato quello della ricerca e dell'esplorazione dello spazio, mentre minori problemi si sono avuti nel campo delle utilizzazioni economiche, come per esempio, l'impiego dei satelliti per le telecomunicazioni. In particolare in Russia la penuria di fondi ha provocato una drastica diminuzione dei lanci e, nel 2001 alla distruzione della stazione russa Mir; per problemi sia finanziari sia di vetustà (ha operato in orbita per 15 anni invece dei 5 previsti al momento del lancio), il complesso orbitale è stato fatto rientrare nell'atmosfera con una manovra controllata. Per motivi analoghi il progetto statunitense Freedom di una stazione spaziale nazionale è stato via via ridimensionato, tanto che gli Stati Uniti hanno dovuto rinunciare a un progetto esclusivamente nazionale per puntare, invece, sulla collaborazione internazionale con il progetto della Stazione Spaziale Internazionale, in un primo tempo denominata Alpha. Anche l'Europa, e per essa l'agenzia spaziale ESA, ha dovuto cancellare numerosi programmi come, per esempio, quello della piccola navetta spaziale Hermes, mentre altri programmi hanno incontrato difficoltà nella fase di avvio, come per esempio, nel caso del fallimento del primo lancio del vettore di nuova generazione Ariane. Questo fallimento, ha portato all'allungarsi dei tempi per il lancio della missione Rosetta. L'aumento dei costi causato dal ritardo di Rosetta ha poi portato alla cancellazione dell'importante missione Eddington. All'Europa spetta, comunque, il primato nel lancio di satelliti commerciali, primato che, però, nel primo lustro del sec. XXI cominciava a essere insidiato da nuovi potenti vettori statunitensi e dalla nascente industria spaziale cinese, con gli affidabili e flessibili vettori Lunga Marcia. Tra il 1998 e il 2002 il programma di costruzione della Stazione Spaziale Internazionale ha visto la messa in orbita di numerosi moduli che compongono il villaggio spaziale, ma la costruzione ha subìto un blocco praticamente totale tra il 2003 e il 2005 a causa della sospensione dei voli della navetta statunitense. In questo frangente, si è però rivelato prezioso l'apporto russo, che con i suoi taxi e i suoi cargo spaziali ha assicurato i voli umani da e per la navetta e i necessari rifornimenti ai due astronauti che si davano il cambio in permanenza in orbita. Contemporaneamente al notevole impegno per la Stazione Spaziale Internazionale, la NASA_ ha continuato a cercare un successore per gli shuttle con programmi che prevedono un veicolo totalmente riutilizzabile, senza booster esterni e senza il grosso serbatoio a perdere come nelle attuali navette. L'obiettivo della NASA è di mettere a punto una nuova generazione di veicoli spaziali 10 volte più sicuri, con garanzie di protezione dell'equipaggio 100 volte maggiori e costi pari a un decimo di quelli attuali. Tuttavia, anche in questo caso, come per i ritardi prodotti dal primo fallimento del vettore europeo Ariane 5, il disastro della navetta Columbia, oltre al rallentamento per l'attività della Stazione Spaziale Internazionale, ha portato alla cancellazione dell'ultima missione di manutenzione al Telescopio Spaziale Hubble, che ne ha decretato la fine inopinata molto prima del previsto. D'altra parte, dal 1996, dopo decenni di inattività, c'è stata una forte ripresa delle esplorazioni interplanetarie – per lo studio di pianeti, ma anche di comete e asteroidi – con sonde automatiche di massa ridotta e con strumenti per scopi limitati, realizzate e lanciate a costi relativamente bassi nell'ambito del programma Discovery. Le prime sonde sono partite nel 1996 con destinazione Marte, nell'ambito di un programma di studio che si proietta in tutto il primo decennio del sec. XXI. Al successo della Mars Pathfinder, che, nel 1997, ha portato il robot semovente Sojourner sulla superficie marziana, sono seguiti due fallimenti consecutivi nel corso del 1999 con la perdita di due sonde marziane sulle quali gli statunitensi facevano grande affidamento. Riconsiderata tutta la filosofia del better, faster and cheaper che aveva guidato l'attività della NASA negli ultimi anni del sec. XX, nel 2001 l'attività di esplorazione di Marte è ripartita con la sonda orbitale Mars Odyssey 2001. Questa ha preso a lavorare alacremente intorno a Marte dove continuava le sue scoperte la Mars Global Surveyor. Intanto, a partire dal gennaio del 2004, i due robot Spirit e Opportunity inviati dalle Mars Exploration Rover A e B hanno lavorato a lungo sul suolo di Marte. Negli stessi anni, gli Stati Uniti hanno anche ripreso l'esplorazione dei pianeti interni, inviando la sonda MESSENGER verso Mercurio. Contemporaneamente, la sonda europea Mars Express, in orbita attorno a Marte, ha continuato a mietere successi, a partire dal 2004, nell'esplorazione del pianeta rosso. Parallelamente allo sviluppo del grande vettore Ariane 5, che ha subito recuperato il primo fallimento, l'ESA ha continuato con successo vari programmi spaziali nei settori della ricerca scientifica (Hipparcos, Ulysses, ISO (Infrared Space Observatory), SOHO, Cluster, XMM-Newton, INTEGRAL), delle telecomunicazioni (Olympus, Artemis, DRS Data Relay System), dell'osservazione della Terra (Meteosat, ERS ed Envisat) e dell'esplorazione del Sistema Solare (missioni per Saturno, Marte, Mercurio e Venere oltre che verso le comete). Inoltre, l'ESA ha continuato a mantenere i suoi impegni nella realizzazione della Stazione Spaziale Internazionale. Con il sec. XXI, anche la Cina si è affacciata nel settore dei voli spaziali abitati. Il programma è iniziato con due voli di prova (nel 1999 e nel 2001) di una capsula Shenzhou simile alle Sojuz russe e destinata ad accogliere un equipaggio. Nei due voli di collaudo, le capsule sono restate in orbita rispettivamente 21 ore e una settimana. Il centro di direzione e controllo aerospaziale di Pechino ha organizzato il monitoraggio, che si è avvalso anche di quattro navi dislocate in diversi punti del mondo. La Cina ha poi realizzato un nuovo vettore più potente, destinato alle necessità del nuovo programma spaziale che prevede non solo di inviare in orbita i primi astronauti, ma anche la creazione di una stazione spaziale entro il 2010. Il primo volo spaziale umano cinese è avvenuto il 15 ottobre 2003 quando è stata lanciata la capsula Shenzou V, con a bordo l'astronauta Yang Liwei; la capsula è rimasta in orbita 21 ore, compiendo 14 orbite intorno alla Terra, mentre nel 2005 è andata in orbita la Shenzou VI con a bordo due astronauti. Nel luglio del 2005 la sonda Deep Impact ha lanciato il proiettile Impactor contro la cometa Tempel 1, per studiarne la composizione. La missione ha avuto un esito positivo, permettendo di acquisire informazioni preziose riguardo, per esempio, alla nascita del nostro sistema solare. Nel 2006 la NASA lanciava la sonda New Horizons verso il sistema doppio di Plutone e Caronte, mentre la sonda Venus Express (ESA) entra nell'orbita di Venere.

Tipologia dei veicoli spaziali

I veicoli spaziali possono essere classificati in gruppi ben distinti. Il primo è formato dai satelliti artificiali, fortemente differenziati tra loro in base alle molteplici funzioni che sono in grado di svolgere e caratterizzati quindi dalle apparecchiature che portano e dalle orbite che percorrono. Le sonde spaziali sono invece i veicoli destinati a esplorazioni a largo raggio; possono essere equipaggiate con un elemento separabile (lander) in grado di posarsi (ed eventualmente ripartire) sul suolo di altri corpi celesti; un'altra porzione può restare in orbita attorno al corpo celeste oggetto dell'esplorazione (orbiter); alcune sonde sono in grado di rientrare dopo la missione. Tali veicoli sono muniti di apparecchiature atte a effettuare rilevamenti scientifici, nonché riprendere e teletrasmettere immagini di corpi cosmici naturali più o meno lontani. Le stazioni orbitali, di grandi dimensioni, sono destinate a permanere in un'orbita terrestre a lungo e a ospitare un equipaggio di scienziati e di tecnici impegnati in programmi diversi (studio e osservazione della Terra; studi e rilevazioni astronomiche e sulle radiazioni cosmiche; fisiologia e biologia a gravità zero; fisica e tecnologia in condizioni di vuoto cosmico ecc.). In futuro tali stazioni diventeranno la base di partenza per le missioni di esplorazione umana di Marte e, lontano nel tempo, anche di altri pianeti del Sistema Solare.

Problemi tecnici

L'astronautica presenta una serie di problemi tipici, risolti con tecniche in continuo sviluppo. Il primo è costituito dal lancio che richiede razzi vettori di grandi dimensioni, pluristadio, teleguidati o a guida automatica, muniti di dispositivi per la correzione della traiettoria su comando da Terra. Il lancio a sua volta necessita di basi attrezzate per l'approntamento dei vettori con il loro carico utile, la conservazione e il carico dei propellenti, i sistemi per i controlli effettuati durante i “conteggi alla rovescia” tipici della fase preparatoria del lancio, il tracking, cioè l'insieme delle operazioni radio per il controllo e la correzione delle traiettorie, nonché i sistemi per mantenere i collegamenti via radio con i veicoli lanciati. Il rientro a Terra dei veicoli, o parte di essi (capsule o moduli), richiede un altro complesso di tecniche per la correzione dell'orbita di discesa, la teleguida e il telecontrollo durante la discesa, lo smaltimento del calore durante l'attraversamento degli strati densi dell'atmosfera, il rallentamento prima dell'atterraggio. Gli studi tendono a utilizzare l'atmosfera come mezzo sostentante aerodinamico durante la discesa. Problemi già risolti, anche se destinati a uno sviluppo tecnico rilevante, possono considerarsi: l'attracco nello spazio, con guida diretta e teleguidata; l'orientamento automatico con riferimento al Sole o a una stella; la correzione dell'orbita o della rotta. È stato pure risolto, in maniera straordinariamente efficiente, l'insieme dei problemi inerenti i collegamenti via radio, per teletrasmissione di dati, informazioni, immagini riprese con tecniche diverse, telecomandi e altro, mediante antenne direzionali e relativi sistemi di orientamento automatico, anche su distanze di milioni di chilometri. La strumentazione di bordo e le apparecchiature specializzate, destinate a particolari ricerche e operazioni tecnologiche, vengono studiate e installate caso per caso. In particolare nelle sonde destinate a posarsi e operare sul suolo di altri pianeti la tecnica costruttiva deve tener conto di condizioni ambientali (temperatura, pressione, irraggiamento solare, sbalzi di temperatura ecc.) assolutamente diverse da quelle terrestri. Pertanto sono necessari materiali, strutture, impianti di bordo in parte differenti da quelli utilizzati per scopi analoghi sulla Terra. Inoltre occorre mantenere condizioni di temperatura e di pressione sensibilmente costanti, su valori vicini a quelli terrestri o comunque prestabiliti, onde garantire il funzionamento regolare di tutti gli apparati di bordo. Questi due peculiari aspetti tecnici debbono, per i veicoli con equipaggio umano, coesistere e integrarsi a vicenda. Il fondamentale problema di mantenere un “microclima” adatto all'uomo è stato risolto in maniera soddisfacente: si è in grado oggi di ottenere un condizionamento dell'aria assolutamente sicuro (due o anche tre impianti onde garantire la vita a bordo anche in caso di avaria a un impianto), con assorbimento dell'anidride carbonica, immissione di ossigeno, controllo dell'umidità relativa. Sono indispensabili schermi per il filtraggio della radiazione solare e della radiazione cosmica (effettuati sulla Terra dall'atmosfera), radiazioni micidiali per gli organismi viventi posti nel vuoto cosmico. Occorre che gli astronauti si esercitino ogni giorno con attrezzature ginniche speciali, onde evitare il sopravvenire di decalcificazione ossea, atrofia muscolare e scompensi circolatori al rientro a terra. Sono progettati da tempo sistemi a “doccia chiusa” per la pulizia personale e “forni chiusi” per il riscaldamento dei cibi, che non lascino passare goccioline e fumi nell'ambiente.

Rapporti con il progresso scientifico e tecnico

I veicoli spaziali sono oggi strumenti che consentono applicazioni di grande interesse tecnico e scientifico; sono divenuti praticamente indispensabili per il moderno modo di vivere. Non sarebbe possibile convogliare la massa enorme delle telecomunicazioni d'ordine tecnico, commerciale, politico, personale senza passare per i satelliti per telecomunicazioni (v. Molnija, Intelsat). I satelliti meteorologici consentono previsioni a breve-media scadenza, permettono ad aerei e navi di evitare perturbazioni pericolose e di predisporre difese, evacuazioni e altro in caso di arrivo di tifoni o tsunami. Altri satelliti costituiscono riferimenti per la navigazione; altri ancora “controllano” la Terra, cioè seguono temperatura e andamento delle correnti marine; controllano la profondità dei grandi fiumi e permettono di pilotare i programmi di dragaggio e di evitare straripamenti e alluvioni; rilevano lo stato di degradamento del terreno coltivato, permettendo di pilotare azioni di concimazione, correzione, arricchimento; consentono di individuare precocemente il dilagare nelle zone boschive di parassiti e malattie e farvi fronte; sono utilizzati per studiare a fondo l'attività solare, che ha sempre un'influenza diretta sulle condizioni della ionosfera e su quelle meteorologiche ecc. I satelliti artificiali e le stazioni orbitali hanno messo in rilievo le conoscenze limitate in possesso dell'uomo sulla Terra, la sua evoluzione geologica, l'atmosfera e la ionosfera. Studi sistematici in tal senso hanno importanza sempre più rilevante persino agli effetti delle prospezioni petrolifere e minerarie in genere e quindi, sulla distanza, ripercussioni pratiche anche economiche tali da ripagare ampiamente quanto speso per i satelliti stessi. A ciò si aggiunge lo studio, sempre più interessante, dei legami tra attività solare e condizioni sulla Terra, rilevabili solamente da apparecchiature poste fuori dall'atmosfera. La possibilità di studiare lo svolgersi di fenomeni fisici e fisico-chimici nel vuoto completa molte branche della scienza e consente di sviluppare nuove tecnologie dell'alto vuoto, con conseguenze pratiche rilevantissime. Lo stesso vale per gli studi e i rilevamenti nel campo dell'astronomia, effettuati al di fuori dell'atmosfera, che costituisce sempre un filtro, per di più non del tutto trasparente e uniforme, e limita quindi l'osservazione da Terra. Il vantaggio tecnologico, cioè l'utilizzo per scopi pratici “terrestri” di quanto approntato per i veicoli spaziali, è ingente. La metallurgia delle altissime temperature messa a punto per i vettori e le strutture dei veicoli ha consentito progressi essenziali nei motori per aerei, nelle caldaie, nei forni, negli utensili da taglio, nelle strutture di aerei supersonici (acciai speciali, superleghe al cobalto, leghe al titanio, carburi, azoturi, siliciuri metallici, materiali metallo-ceramici ecc.). La metallurgia delle basse temperature, nata per i serbatoi e gli impianti criogenici dei vettori e di bordo, ha reso possibile abbassare i costi degli impianti refrigeranti industriali, permettendo anche il trasporto economico di grandi quantità di gas liquefatti (specie metano, ossigeno, azoto) e consentendo un'estensione imponente della surgelazione. Televisione, elettronica industriale, radiotecnica utilizzano in gran copia componenti miniaturizzati e antivibranti, laser, radio ricetrasmittenti di nuovo tipo progettati per l'astronautica. Le apparecchiature per la produzione di energia, soprattutto elettrica, come le celle solari, le pile a combustibile, le sorgenti di energia elettrica a radioisotopi e altri dispositivi sono già utilizzati per impieghi pratici d'uso corrente. I sistemi automatici di rilevazione e teletrasmissione delle condizioni dell'organismo degli astronauti e di animali da esperimento (pressione arteriosa, funzionamento del cuore, attività respiratoria, attività elettrica della corteccia cerebrale, composizione del sangue ecc.) sono adottati nei grandi ospedali, permettendo da una sala centralizzata di controllare le condizioni di più malati garantendo tempestività d'intervento. Poiché il costo delle imprese spaziali è elevatissimo, le attività in campo astronautico, oltre che a scopo scientifico, specialmente in campo astronomico e cosmologico, vengono generalmente indirizzate a fini aventi una precisa rilevanza economica. L'utilizzazione dei satelliti ha infatti reso possibile la creazione di una nuova categoria di servizi altamente remunerativa (trasmissioni radio-televisive, indagini sull'inquinamento, rilevamenti climatici, nuovi prodotti in microgravità ecc.).

Bibliografia

Autori Vari, La grande avventura dello spazio, Novara, 1967; K. J. Ball, G. F. Osborne, Space Vehicle Dynamics, Oxford, 1967; K. Gatland, Navi spaziali, Torino, 1970; H. Young-B. Silcock-P. Dunn, Il prezzo della Luna, Milano, 1970; J. Strong, Flight to the Stars, New York, 1971; J. W. R. Taylor, Rockets and Spacecraft, Londra, 1971; M. F. Foresta, M. Pigliucci, La via delle stelle, Milano, 1987.

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