Flyby - Introduzione al volo spaziale

Introduzione al volo spaziale

Le sonde, i satelliti artificiali e le navette spaziali vengono attualmente portati al di fuori dell'atmosfera terrestre con veicoli di lancio a propellente chimico, che forniscono loro la maggior parte della velocità necessaria per gli scopi delle varie missioni: sia che si tratti di stazionare in un'orbita terrestre, sia che si voglia esplorare il resto del Sistema Solare o andare oltre.

Per lanciare un corpo nello spazio vincendo l'attrazione terrestre occorre fornirgli una velocità superiore alla cosiddetta velocità di fuga, che è pari a circa 11,2 km/s. Una volta liberatosi dell'attrazione gravitazionale del nostro pianeta, il corpo viaggia su un'orbita eliocentrica, le cui caratteristiche dipendono dalla direzione e dalla velocità con cui è stato espulso nello spazio. L'assenza di agenti frenanti consente al corpo di mantenere inalterata la velocità raggiunta nella fase di lancio.

Traiettoria di trasferimento di Homhann Walter Homhann fu il primo a studiare le orbite che permettevano a una navicella lanciata dalla Terra di raggiungere gli altri pianeti del Sistema Solare. Nel 1925 egli mostrò che era possibile raggiungere il pianeta prescelto percorrendo un'arco di ellisse con il perielio e l'afelio (i punti dell'ellisse, rispettivamente più vicino e più lontano dal Sole) tangenti alle orbite del pianeta di partenza e di quello di arrivo.
Ma risultò presto chiaro che i soli pianeti plausibilmente raggiungibili con queste orbite di trasferimento si limitavano a Venere, Marte e Giove. Ciò a causa del troppo tempo necessario per raggiungere la maggior parte dei pianeti e della elevata velocità di lancio richiesta. Anche oggi la spinta fornita dai più potenti razzi che siamo in grado di costruire non consente, da sola, di raggiungere gli obiettivi più lontani, se non con sonde molto più leggere di quelle attuali.

Le numerose missioni nello spazio profondo effettuate negli ultimi trent'anni sono state possibili, nonostante ciò, grazie ad una tecnica di volo introdotta negli anni Settanta, che ha consentito di ampliare quasi senza limiti il raggio e gli obiettivi di una missione spaziale. Questa tecnica è il gravity assist, che tradotto alla lettera significa "aiuto gravitazionale", con riferimento a quello di un pianeta nei confronti della sonda.

Grazie a questa tecnica - nota in italiano anche con il nome di "effetto fionda" - non è più necessario raggiungere direttamente il pianeta prescelto, ma è sufficiente dirigersi verso il pianeta più vicino su una traiettoria di trasferimento di Homhann. A quel punto si può sfruttare l'incontro ravvicinato (flyby, in inglese) con il pianeta per modificare la velocità della navicella e per indirizzarla (direttamente, oppure attraverso un'opportuna combinazione di gravity assist) verso il suo obiettivo finale.

Si noti che, mentre per un gravity assist è necessario un flyby, ci può essere un flyby senza gravity assist: in tal caso si tratta semplicemente di un "sorvolo", il quale non comporta la sia pure temporanea entrata in orbita della sonda intorno al corpo che si vuole esplorare. D’ora in avanti, comunque, come viene spesso fatto dai media useremo la parola flyby non più nel suo significato letterale ma quale comoda abbreviazione di gravity assist flyby, cioè di "flyby con aiuto gravitazionale"