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Crocco Grand Tour

Versione del 26 giu 2009 alle 13:52 di Harlock81 (discussione | contributi) (→Paternità della scoperta dell'effetto fionda: chiarisco l'importanza del ruolo di Minovich)

Crocco "Grand Tour", conosciuta anche come Crocco Mission e Crocco's Multiplanet Trajectory[1] (Traiettoria Multiplanetaria di Crocco), è una proposta di missione esplorativa Terra-Marte-Venere-Terra, avanzata nel 1956 dal pioniere italiano dell'astronautica Gaetano Arturo Crocco nel corso del VII Congresso della International Astronautical Federation (IAF, Federazione Astronautica Internazionale) svoltosi a Roma.[2]

Schema semplificato del Crocco "Grand Tour". In nero è indicata la traiettoria prevista da Gaetano Crocco per il veicolo spaziale, in blu, rosso e verde sono rappresentate rispettivamente le orbite della Terra, di Marte e di Venere. È indicata la posizione dei pianeti al momento del lancio (con i rispettivi simboli astronomici) e i punti di rendevous.

Antefatti

Nella prima metà del Novecento era ancora in discussione la possibilità di visitare altri pianeti ed alcune regioni del sistema solare apparivano inaccessibili. Infatti, la richiesta di spinta necessaria per una missione interplanetaria risultava superiore alle disponibilità offerte dei motori a razzo dell'epoca ed a quelle dell'immediato futuro.[1] Walter Hohmann all'inizio del secolo aveva calcolato la traiettoria di trasferimento di minima energia, con propulsione a razzo, tra due orbite circolari. Un viaggio Terra-Marte-Terra effettuato eseguendo un trasferimento alla Hohmann avrebbe richiesto una lunghissima missione con un viaggio di andata e uno di ritorno di 259 giorni più 425 giorni di permanenza sul Pianeta Rosso in attesa di un allineamento adeguato.[2]

Gaetano Crocco valutò quindi l'opzione di un viaggio di andata e ritorno senza sosta su Marte, che avrebbe richiesto un dispendio energetico inferiore, perché effettuato con una sola accensione dei motori per imprimere la velocità di fuga necessaria a raggiungere il pianeta, sfruttando poi il moto in caduta libera del veicolo per reindirizzare l'astronave verso la Terra. Gli obiettivi scientifici sarebbero stati raggiunti con un osservazione della superficie marziana effettuata mediante un telescopio in grado di distinguere morfologie naturali da costruzioni artificiali. Tuttavia, anche questa soluzione comportava un tempo di volo di qualche anno prima del ritorno a Terra, a meno di non utilizzare manovre a razzo per modificare la traiettoria che però avrebbero ridotto o annullato la desiderata riduzione del carburante necessario alla missione.[3]

Il Grand Tour

Crocco, quindi, cercò e individuò un'orbita che rispettasse le seguenti caratteristiche:

  • intersecasse l'orbita della Terra;
  • intersecasse l'orbita di Marte;
  • avesse un periodo orbitale di un anno.

Scegliendo opportunamente la finestra di lancio, una tale traiettoria avrebbe permesso ad un veicolo lanciato dalla Terra di sorvolare Marte e tornare sulla Terra esattamente un anno dopo. Inoltre, una tale traiettoria avrebbe intersecato per ben due volte l'orbita di Venere e, nuovamente, scegliendo opportunatamente i tempi, sarebbe stato possibile combinare nella stessa missione un sorvolo ravvicinato (fly-by) di Marte e di Venere.

Tuttavia, Crocco si rese conto che le perturbazioni gravitazionali impartite da Marte e da Venere avrebbero potuto destabilizzare l'orbita ed impedire il desiderato rendezvous con la Terra, ma piuttosto che rinunciare, risolse il problema in modo innovativo proponendo di programmare opportunamente i fly-by in modo che la spinta gravitazionale ricevuta da Venere potesse bilanciare gli affetti di quella ricevuta da Marte e quindi mantenere il veicolo sull'orbita desiderata.[4][1] Presentò anche un profilo di missione, che prevedeva un viaggio Terra-Marte di 113 giorni con sorvolo del Pianeta Rosso; un viaggio Marte-Venere di 154 giorni, con sorvolo del pianeta e opportuna correzione della traiettoria grazie alla spinta gravitazionale verso la Terra; un'ultima tratta Venere-Terra di 98 giorni.[2] Come prima data utile per la missione Crocco propose il giugno 1971.

Paternità della scoperta dell'effetto fionda

Gaetano Crocco, quindi, comprese il concetto dell'effetto fionda,[5] ma si limitò ad utilizzarlo per la stabilizzazione dell'orbita.[4] Alcuni articoli presenti in letteratura attribuiscono la paternità della scoperta della fionda gravitazionale (gravity assist o swing by in inglese) a Gaetano Crocco,[6][7] dal momento che programmò delle manovre che, sfruttando il campo gravitazionale di un pianeta per rallentare o aumentare la velocità del veicolo spaziale, ne avrebbero modificato contestualmente la traiettoria. Tuttavia, fu il matematico statunitense Michael Minovitch nel 1961 ad intuire che utilizzando l'effetto fionda a scopo propulsivo, sarebbe stato possibile evitare altre forme di propulsione, se non quelle necessarie a raggiungere il primo obiettivo[8] ed a proporre delle traiettorie innovative che di fatto hanno aperto il sistema solare all'esplorazione robotica.[1] È generalmenete a quest'ultimo che la maggior parte della comunità scientifica riconosce la paternità della scoperta.

Vale la pena osservare che una missione equivalente alla Crocco Grand Tour, ma che avesse sfruttato l'effetto propulsivo della fionda gravitazionale, avrebbe dovuto prevedere dopo il lancio dalla Terra, un trasferimento alla Hohmann dall'orbita del nostro pianeta a Venere, da lì, grazie ad una spinta gravitazionale del pianeta, raggiungere Marte, utilizzarlo per decelerare il veicolo e tornare quindi sulla Terra. Per percorrere tale traiettoria, basterebbe un eccesso iperbolico al lancio (una misura dell'energia associata ad un'orbita di allontanamento dall'attrattore primario, in questo caso la Terra) di 3,5 km/s a fronte degli 11,7 km/s necessari richiesti per l'immissione sulla traiettoria proposta da Crocco.[9]

L'importanza dell'intuizione di Crocco fu tale che negli anni seguenti la NASA, nell'affidare ad istituti di ricerca od industrie il progetto di viaggi su altri pianeti, raccomandava di basare lo studio sulla “Crocco Mission” adattando al caso le swing-by maneuvers descritte da Crocco nella sua memoria[senza fonte].

La prima sonda di produzione occidentale a subire l'effetto fionda fu la Pioneer 10, che nel dicembre 1973 sorvolò Giove; la spinta subita durante il sorvolo ravvicinato del pianeta spostò la sonda sulla traiettoria di fuga che le ha permesso di raggiungere i confini del sistema solare.[10] La prima sonda interplanetaria ad aver eseguito una manovra di fionda gravitazionale, cioè ad aver sfruttato l'effetto fionda per dirigersi verso un secondo obiettivo, è stata la Mariner 10,[11] che dopo un gravity assist con Venere, eseguì tre sorvoli di Mercurio.[12]
Ancor prima infatti che la Pioneer 10 incontrasse Giove, il matematico italiano Giuseppe Colombo, intuendo che il gravity assist potesse essere utilizzato anche per rallentare un veicolo spaziale, suggerì all'Agenzia spaziale statunitense di sfruttare il campo gravitazionale di Venere per far perdere velocità ad una sonda e raggiungere così Mercurio.[13] Tale missione, difinita la "Missione Impossibile",[10] fu portata a termine appunto dalla Mariner 10, nel 1974-75.[12]

Note

  1. ^ a b c d Pagine 12 e 13 di: (EN) Richard L. Dowling, Kosmann, William J.; Minovitch, Michael A.; e Ridenoure, Rex W., The origin of gravity-propelled interplanetary space travel (IAA paper no. 90-630) (PDF), 41st Congress of the International Astronautical Federation, Dresda, 6-12 ottobre 1990. URL consultato il 23-06-2009. Errore nelle note: Tag <ref> non valido; il nome "Dowling" è stato definito più volte con contenuti diversi
  2. ^ a b c Crocco, G. A., 1956.
  3. ^ Crocco, G. A., pag. 228-229, 1956.
  4. ^ a b

    «Riassumendo, in questo articolo abbiamo descritto la possibilità teorica di un viaggio esplorativo Terra-Marte-Venere-Terra della durata di circa un anno, mostrando come le perturbazioni [gravitazionali] causate dall'avvicinamento a Marte possono essere neutralizzate, allo scopo di raggiungere infine la Terra, dalle perturbazioni causate dall'avvicinamento a Venere.»

    (Crocco, G. A., pag. 252., 1956.)
  5. ^

    «[Le] perturbazioni [gravitazionali di Venere] possono costituire per il pilota un'opportunità eccezionale di manovre gratuite, cioè senza consumo di carburante.»

    (Crocco, G. A., pag. 239., 1956)
  6. ^ (EN) H.J. Stewart, Solar electropropulsion development and recent astrodynamic analyses raise new prospects for sending spacecraft throughout the solar system on scientific exploration (PDF), in Astronautics & Aeronautics, dicembre 1966, pp. 26-31. URL consultato il 25-06-2009.
  7. ^ (EN) Richard H. Battin, Highlights 1978 - Astrodynamics (PDF), in Astronautics & Aeronautics, vol. 16, n. 12, dicembre 1978, pp. 36-37. URL consultato il 25-06-2009.
  8. ^ Minovitch, 1961.
  9. ^ Dowling, R. L. et al., pag. 12, 1990.
  10. ^ a b (EN) Let gravity assist you..., in Space Science, ESA Portal. URL consultato il 23-06-2009.
  11. ^ David P. Stern, Giuliano Pinto (traduttore), La "fionda" planetaria, in "Dagli astronomi alle astronavi". URL consultato il 23-06-2009.
  12. ^ a b (EN) Mariner 10, su nssdc.gsfc.nasa.gov, National Space Science Data Center (NSSDC), NASA. URL consultato il 23-06-2009.
  13. ^ (EN) Mariner Venus-Mercury Mission, in The Voyage of Mariner 10, NASA History Office. URL consultato il 23-06-2009.

Bibliografia

Voci coorelate

Collegamenti esterni

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