Gennaio 1966. Con la morte improvvisa del “costruttore capo” Sergej Korolev, l’Unione Sovietica è costretta a rifondare il programma spaziale. Il settore dell’esplorazione di Venere viene assegnato a Georgij Babakin, un esperto ingegnere elettrotecnico che aveva iniziato la carriera negli anni Trenta con gli apparati radio e radar prima di passare alla missilistica.

Gli scienziati sovietici vogliono studiare l'atmosfera, la superficie e le caratteristiche geografiche di Venere: si aspettano un mondo ricco di sorprese sotto le fitte nubi che ne ostacolano l'osservazione. Ma i primi tentativi si rivelano una lunga serie di delusioni. Venera 1 e Venera 2 non riescono a completare la missione: la prima perde i contatti durante il viaggio, la seconda smette di funzionare poco prima di raggiungere il pianeta. Le missioni successive, sotto la guida di Babakin, riescono a entrare nell’atmosfera venusiana, ma vengono schiacciate dalla pressione e dal calore prima di raggiungere il suolo: la pressione è pari a quella degli oceani terrestri, mentre la temperatura è quella della fumarola di un vulcano.

Con Venera 7 il gruppo guidato da Babakin cambia approccio e materiali e punta tutto sulla robustezza: il nuovo modulo di atterraggio è una sfera corazzata in titanio, anziché in lega di alluminio e magnesio, progettata per resistere a una pressione di 180 atmosfere e a una temperatura di 540 gradi. Lo spessore delle pareti varia dai 9 ai 25 millimetri, molto di più che su un’auto blindata. La capacità della batteria viene aumentata e per guadagnare minuti preziosi il lander verrà raffreddato fino all’ultimo secondo prima del distacco dal veicolo di crociera. Il paracadute, un multistrato di fibra di vetro e acrilico, viene deliberatamente rimpicciolito per accelerare la discesa e evitare che la sonda si “cuocia” prima ancora di arrivare al suolo. Una scommessa rischiosa ma inevitabile.

Dato che il modulo di atterraggio è diventato più pesante, viene alleggerito al massimo quello interplanetario, eliminando tutti gli strumenti scientifici tranne un contatore di particelle. Non basta ancora. Anche così il carico supera la portata del lanciatore Molniya-M, che viene quindi potenziato aggiungendo 140 chili di propellente.

Per rispettare le scadenze dopo aver rivoluzionato il progetto, Babakin e i suoi collaboratori lavorano a ritmi estenuanti, spesso fino a quattordici ore al giorno. Venera 7 viene lanciata il 17 agosto del 1970 e arriva a destinazione il 15 dicembre.

Il giorno dell’atterraggio la tensione è alle stelle. Dopo il frenaggio aerodinamico, si apre il paracadute che in un primo tempo regge bene, ma durante la discesa un guasto fa precipitare a terra la sfera di titanio a sessanta chilometri all’ora. La stazione di controllo in Crimera riceve soltanto rumore di fondo.

Sembra un altro fallimento. Tuttavia i nastri della stazione di terra continuano a registrare e dopo una settimana il radioastronomo Oleg Rzhiga li analizza di nuovo e con sua sorpresa scopre 23 minuti di trasmissioni debolissime, a meno dell’un per cento dell’intensità prevista, ma ancora decifrabili. Gli specialisti deducono che il lander è rimbalzato al suolo ed è caduto su un fianco con l’antenna puntata lontano dalla Terra. È la prima volta che una sonda fa un atterraggio (più o meno) morbido sulla superficie un altro pianeta e trasmette dati alla Terra.

Il piccolo lander ha superato nuvole di acido solforico, un urto che ucciderebbe sul colpo i passeggeri di un’automobile, temperature che fonderebbero il piombo e perfino lo zinco, e pressioni a cui non resisterebbe un sottomarino. Ma non si è rotto.

I pochi dati ricevuti confermano le peggiori aspettative. La temperatura è di circa 475 gradi e la pressione di 92 atmosfere, con venti di dieci chilometri l’ora. L’ambiente venusiano è un inferno dantesco, ma Venera 7 dimostra che può essere studiato. Le missioni successive approfondiranno la conoscenza del pianeta misurando i livelli di illuminazione, analizzando la composizione del suolo e, a partire da Venera 9, inviando le prime fotografie mai scattate dalla superficie di un altro pianeta.

Ma Babakin non le vedrà. Morirà l’anno successivo, a soli cinquantasei anni, anche lui prematuramente come Korolev e il suo maestro Semën Lavochkin. I frutti del suo lavoro saranno raccolti da altri, ma il suo contributo all’esplorazione di Venere non sarà dimenticato.

@astronomia

Fino ad alcuni anni fa le orbite geocentriche dei satelliti erano divise in tre categorie a seconda della quota: orbita bassa o LEO, dall’inglese “low earth orbit”, tra i 400 e i 2000 km di quota, orbita geostazionaria o GEO, a circa 36.000 km di quota, e orbita media o MEO, alle quote intermedie.

Da alcuni anni sono iniziate le sperimentazioni di satelliti in orbita bassissima o VLEO, dall’inglese “very low earth orbit”. Il predecessore di questa categoria è stato il satellite europeo GOCE, mirato ad analizzare le variazioni del campo gravitazionale terrestre e operativo tra il 2009 e il 2013 a una quota intorno ai 250 km.

Lo ha seguito il satellite giapponese SLAT, che tra il 2017 e il 2019 è stato attivo a quote decrescenti fino a quella più bassa di 167 km. Ma già nel 2016 il satellite cinese Lixing-1 era stato mantenuto per pochi giorni in un’orbita poco ellittica compresa tra i 124 e i 140 km. È possibile che altri satelliti di cui non sono a conoscenza siano arrivati a quote ancora più basse.

Queste sperimentazioni sono state avviate perché la quota bassissima offrirebbe diversi vantaggi: in particolare immagini più nitide, utili per varie applicazioni, dall’agricoltura alla meteorologia e alla sorveglianza militare, e comunicazioni più veloci, vantaggiose per telefonia e internet.

Tuttavia l’orbita bassissima presenta anche diversi inconvenienti ed è per questo che non si è ancora diffusa su larga scala. Il bilancio tra vantaggi e svantaggi è infatti complesso e dipende dal rapporto tra distanza da terra, velocità periferica e densità dell’atmosfera.

Anche se lo spazio comincia convenzionalmente a 100 km di quota, la densità dell’atmosfera diminuisce gradualmente man mano che aumenta la quota, ma non si azzera nemmeno nelle orbite basse come quella della Stazione Spaziale Internazionale, dove anzi esercita una significativa resistenza aerodinamica che un po’ alla volta fa scendere i satelliti a quote inferiori. Per questa ragione la ISS e tutti i satelliti in orbita bassa hanno bisogno periodicamente di manovre di “reboost” che li riportano alla quota corretta ma consumano propellente. Il consumo di propellente aumenta drasticamente al diminuire della quota: nel 2011, quando la ISS è salita da una quota di 350 a una di 400 km, il propellente consumato per le manovre di reboost è diminuito da 8,6 a 3,6 tonnellate l’anno.

Nell’orbita bassissima la resistenza è così alta che i motori devono essere azionati costantemente, un po’ come quando si va in bici controvento e bisogna continuare a pedalare solo per mantenere la velocità. Perciò se i satelliti in orbita bassissima usassero la propulsione chimica esaurirebbero molto rapidamente il propellente. È preferibile usare la propulsione elettrica, che dà una spinta molto bassa ma ha un’altissima efficienza, perciò si può usare più a lungo. Inoltre alcuni ricercatori stanno sperimentando propulsori che raccolgono l'atmosfera rarefatta, la riscaldano con microonde ad alta potenza e la espellono come propellente.

D’altro canto, il fatto che le orbite degradino così in fretta significa che anche i detriti ritornano rapidamente a terra, perciò il problema dell’accumulo di detriti che affligge l’orbita bassa non sarà altrettanto grave nell’orbita bassissima.

La poca distanza da terra crea altri due fenomeni contrastanti: da un lato aumenta la risoluzione delle immagini, ma dall’altro diminuisce l’area coperta da ogni satellite, perciò per garantire una copertura globale del pianeta servono più satelliti. Inoltre la velocità è maggiore, perciò c’è meno tempo per trasmettere i dati alle stazioni di terra. Infine, diventa importante la forma dei satelliti: per esempio non si possono usare pannelli solari molto grandi in direzione perpendicolare al moto perché farebbero troppa resistenza aerodinamica, perciò la potenza elettrica disponibile è generalmente inferiore.

Ulteriori difficoltà tecniche sono le stesse dell’orbita bassa ma in forma più accentuata, come l’abbondante presenza di ossigeno in forma atomica, molto corrosivo e richiede protezioni ad hoc.

Insomma, i satelliti in orbita bassissima non sono una tecnologia miracolosa ma un settore promettente, che potrebbe avere sviluppi interessanti nei prossimi anni.

@astronomia

Quiz del lunedì. Qual è stata finora la quota più bassa di un satellite operativo in orbita intorno alla Terra?

Appuntamento a domani per la discussione delle risposte, non suggerite e non cercate su internet!

#QuizTime
@astronomia

Le missioni spaziali non hanno soltanto sviluppato nuove tecnologie, ma hanno finito per diffondere una diversa visione del mondo, anche attraverso le immagini. La Terra vista dallo spazio appare sola, minuscola e insignificante nell’immensità dell’universo. L’astronomo Carl Sagan ha spiegato bene come quell’immagine ridimensioni le ambizioni e la vanità degli esseri umani e sottolinei la necessità di prenderci cura gli uni degli altri.

Ma due secoli fa Giacomo Leopardi anticipò tutte queste riflessioni, prima dei viaggi spaziali e addirittura prima delle fotografie, soltanto con la forza del proprio pensiero. La famosa fotografia della Terra scattata dalla sonda Voyager da 6 miliardi di chilometri di distanza corrisponde perfettamente alla sua descrizione. Ancora oggi chi sopravvaluta l’importanza dell’umanità e propone una visione trionfalistica del progresso scientifico farebbe bene a leggere “La ginestra” e gli altri scritti di Leopardi.

@astronomia

Qual è secondo te il problema più grave che ci possiamo aspettare nel futuro dell'esplorazione spaziale?

@astronomia

Poche settimane fa, durante la diretta dell’ultimo lancio di Starship, SpaceX ha annunciato due nuove missioni commerciali con equipaggio, una intorno alla Luna e una intorno a Marte. La seconda ha suscitato più scalpore: dovrebbe avere come comandante Chun Wang, miliardario delle criptovalute che ha costruito la propria fortuna grazie a uno dei primi grandi sistemi di mining Bitcoin in Cina. Nel 2025 Wang ha già partecipato alla missione Fram2 di SpaceX in orbita bassa polare, finanziando personalmente il viaggio pur di ottenere il ruolo di comandante. La nuova missione dovrebbe durare circa due anni, con un sorvolo di Marte e il successivo rientro verso la Terra.

Trovo sorprendente la mancanza di senso critico con cui è stato accolto l’annuncio. Per ora Starship non ha ancora completato un volo in orbita bassa senza equipaggio, anche se ci è andata vicino. Ma dovrà superare molti altri traguardi prima di poter pensare a missioni interplanetarie, un obiettivo enormemente più ambizioso se consideriamo che la Luna è circa mille volte più distante dalla Terra dell’orbita bassa e Marte è oltre cento volte più distante della Luna.

Anche se i progressi sono evidenti, lo sviluppo di Starship è ancora in corso e non si può sapere con certezza quando sarà terminato. Il rifornimento in orbita, necessario sia per le missioni lunari sia per quelle verso Marte, è un’operazione estremamente delicata che non è ancora mai stata collaudata e potrebbe riservare sorprese e ritardi. Non si sa ancora con precisione quante tonnellate di propellente Starship riuscirà a portare in orbita bassa, ma per “fare il pieno” a una navetta diretta verso Marte potrebbero servire più di dieci lanci di rifornimento.

Anche quando questi passaggi saranno completati, SpaceX sarà ancora ben lontana dall’obiettivo dichiarato. Una missione con equipaggio intorno a Marte comporta infatti difficoltà tecniche formidabili.

Prima di tutto occorre un funzionamento estremamente affidabile dei sistemi di supporto vitale e il trasporto di grandi quantità di risorse come cibo, ossigeno e acqua. Il riciclo dell’acqua e dell’ossigeno sulla Stazione Spaziale Internazionale è arrivato ormai a percentuali piuttosto alte, che richiedono comunque rifornimenti periodici, mentre le tecniche per la coltivazione sperimentale di piccole quantità di ortaggi non sono ancora pronte per l’uso quotidiano. La capacità di carico di Starship potrebbe in teoria permettere il trasporto di risorse non riciclabili sufficienti per tutta la missione. Tuttavia, un viaggio di circa due anni richiederebbe di gestire i sistemi di supporto vitale con un’affidabilità quasi assoluta, senza possibilità di soccorso dalla Terra. È plausibile che servirebbero molte missioni preparatorie più brevi prima di affrontare un volo di questo tipo e che tali collaudi richiederebbero diversi anni.

La distanza dalla Terra e le limitazioni delle risorse mediche renderebbero inoltre molto difficile trattare eventuali emergenze gravi di tipo medico o tecnico. Mentre le comunicazioni con la Luna avvengono quasi in tempo reale, con pochi secondi di ritardo, i segnali radio diretti verso Marte possono impiegare fino a circa 22 minuti per la sola andata. Nei periodi di congiunzione solare, quando il Sole si trova tra i due pianeti, possono verificarsi blackout delle comunicazioni della durata di circa due settimane.

Gli astronauti si troverebbero per tutto il viaggio in condizioni di microgravità, con conseguente perdita di massa ossea, atrofia muscolare e problemi cardiovascolari. Finora il record di permanenza nello spazio appartiene a Valerij Poljakov, rimasto in orbita per 437 giorni consecutivi. Una missione marziana di questo tipo potrebbe durare circa 700 giorni, con conseguenze fisiologiche difficili da quantificare.

Lascio per ultimo il problema più grave. Durante un viaggio così lungo gli astronauti sarebbero esposti alle radiazioni prodotte dagli eventi solari e dai raggi cosmici galattici. Le prime si verificano in maniera ciclica e con intensità variabile; possono anche risultare mortali, ma si schermano piuttosto bene se si ha abbastanza massa a disposizione. I raggi cosmici galattici invece colpiscono continuamente l’equipaggio e, pur non essendo immediatamente pericolosi, aumentano nel lungo periodo il rischio di tumori e altre malattie degenerative. Poiché sono formati da particelle pesanti e molto energetiche, non si possono schermare nemmeno con protezioni molto massicce. Al momento non è ancora chiaro come questo problema sarebbe risolto in una missione con equipaggio verso Marte.

Insomma, non credo che l’annuncio prefiguri realmente una missione umana verso Marte nel giro di pochi anni. A mio parere il suo orizzonte temporale è molto più breve: ha a che fare con l’imminente quotazione in borsa di #SpaceX.

@astronomia

RE: https://poliversity.it/@destinazione_stelle/116680035495027518

I satelliti geostazionari e la fantascienza