Come parcheggiare satelliti nello spazio

_45759358_orbit2_466in

La notizia che l’ESA ha mandato in orbita due satelliti e’ passata un po’ in sordina in questi giorni in Italia. Come sempre quando si parla di scienza, ricerca e soprattutto spazio.

In breve si tratta di Herschel e Planck. Herschel e’ il piu’ grande telescopio orbitale mai costruito, piu’ grande del vecchio Hubble. Dovra’ leggere l’infrarosso e le prime fasi dello sviluppo dell’Universo. Per poter vedere anche i piu’ deboli segnali infrarossi il suo specchio viene refrigerato a -273 Celsius con elio superfluido.

Planck invece si occupera’ della Radiazione Cosmica di Fondo, ovvero quello che rimane della prima radiazione subito dopo il BigBang. Parliamo di un lancio di 1.9 miliardi di euro, il piu’ costoso della storia dell’agenzia spaziale eruopea (ESA).

La cosa piu’ interessante e’ sicuramente dove gli scienziati hanno deciso di “parcheggiare” i satelliti. Non staranno in orbita intorno alla Terra, ma verranno parcheggiati in orbita intorno al punto di Lagrange. Per me e’ una novita’ perche’ non ne conoscevo l’esistenza, ma in breve si tratta di punti dello spazio tra due corpi (Sole e Terra, o Terra e Luna) dove le forze gravitazionali si equilibrano. O punti dello spazio appena fuori dal campo gravitazionale di un corpo dove i satelliti possono essere lasciati orbitare. Herschel e Planck verranno parcheggiati intorno a L2, sul lato buio della Terra. In realta’ mentre capisco benissimo i campi gravitazionali e il fatto che un oggetto possa stare in equilibrio in questi punti “di nessuno”, quello che non comprendo e’ come si possa orbitare intorno ad uno di questi punti. Intorno a cosa girano? Al vuoto? Ecco se qualche fisico, astronomo o altro mi puo’ aiutare lo ringrazierei tantissimo. 😀

Annunci

28 commenti

Archiviato in scienza, spunti di lettura e scrittura

28 risposte a “Come parcheggiare satelliti nello spazio

  1. juhan

    Fabristol sei eclettico! passi dalla SF all’astronomia. Però al liceo cosa facevi durante le lezioni di fisica? 😉

  2. Beh passare da SF all’astronomia non e’ cosi’ difficile. Piu’ che altro passare dal papa ai satelliti… 😉

  3. ilferrista

    la spiega del metalmeccanico è questa:
    orbita sul cerchio definito dall’intersezione delle due sfere di forza gravitazionale equilibrando la forza centrifuga con il vettore della forza gravitazionale esercitata da entrambi i campi.

  4. ilferrista

    intese le due sfere come schema di funzionamento, non come rappresentazione geometrica dei campi gravitazionali.

    te l’ho detto che sono un metalmeccanico, eh.

  5. Claudio

    Mi stupisco del tuo stupore, mai visto Gundam? 🙂
    http://www.gundamofficial.com/worlds/uc/background/maps.html
    Comunque le orbite Halo o quelle di Lissajous non sono orbite (proprio perché non c’è niente attorno a cui orbitare), ma percorsi che si ripetono ciclicamente sotto le azioni di entrambi i corpi, con leggi abbastanza complesse da farmi dire “bello, mi fido”. Anche ciò che succede nel punto di Lagrange è un po’ più complicato: le forze di attrazione non si equilibrano, ma sommandosi danno proprio la componente di accelerazione che servirebbe ad un corpo posto nel punto L. ,dotato della velocità del punto L.(che ha una sua traiettoria intorno al corpo più grande), per rimanervi (cioè per seguirlo nel suo moto). Uff, scusa la precisazione inutile …
    Ferrista: guardati le orbite di Lissajous, che seguono la curva omonima 😛 comunque l’intuizione che devi equilibrare la forza centrifuga con la risultante delle forze di attrazione equivale un po’ a quello che ho detto io 🙂

  6. Scusate un attimo: quindi le due forze gravitazionali di due corpi (Sole e Terra) si equilibrano più che altro perché si sommano! Insomma io mi immaginavo un “buco” di non forze… scusate se non uso termini tecnici, da metalmeccanico. 😀
    Quindi c’è gravità in quel punto e grazie alla forza centrifuga del satellite è possibile farlo girare intorno al punto di Lagrange.
    Ho capito bene?

    Non sapevo di Gundam, pur avendolo visto più volte.

  7. juhan

    @ Claudio
    Non si finisce mai di imparare, anche con Gundam 😀 .
    Hai qualche notizia riguardo Jeeg? Perché il mio cane si chiama così, anche se etimologicamente il nome viene da gigante, con ortografia corrotta.

  8. Eccomi, vediamo se riesco a fare il saputello.

    I punti lagrangiani, di per se’, sono tutti instabili. Anche nella situazione piu’ semplice da capire, quella del punto L1 che e’ in equilibrio in mezzo ai due corpi perche’ le loro forze gravitazionali sono uguali e contrarie, e’ comunque in equilibrio instabile perche’ anche un piccolo spostamento verso uno o l’altro corpo (verso il Sole o la Terra) fara’ prevalere la forza di gravita’ dell’uno o dell’altro corpo, che continuera’ ad allontanarlo dalla posizione di equilibrio (la direzione ortogonale alla congiungente i due corpi invece e’ effettivamente una direzione di equilibrio stabile).
    Per gli altri punti lagrangiani la “spiegazione” e’ un po’ piu’ complicata, ma come si vede dalla figura sulla pagina di wikipedia, il gradiente del potenziale (la forza gravitazionale) e’ comunque sempre volto ad allontanare il corpo dal punto di equilibrio.

    Detto tutto questo, pero’, attenzione attenzione, la situazione nei punti lagrangiani troiani e’ ulteriormente complicata — lo ammetto, non lo sapevo, l’ho letto sulla pagina di wikipedia in inglese — dalla forza di coriolis.
    Ebbene, la presenza ulteriore di questa forza ha l’effetto di rendere stabili, in un senso particolare del termine, questi punti di equilibrio L4 ed L5 a patto che il rapporto fra le masse dei due corpi (sole/terra) sia almeno 25. Dico “in un senso particolare del termine” perche’ i punti L4 ed L5 non sono davvero dei punti di equilibrio stabile nel senso tradizionale di essere dei “minimi di potenziale”. Quel che succede e’ che esistono delle “orbite stabili” (nel senso di attrattore in teoria dei sistemi dinamici) a forma di fagiolo che “girano” attorno ai punti L4 ed L5.

  9. alecon

    è inutile riguardarsi jeeg…..mi pare proprio che non abbia mai messo piede nello spazio

  10. Ops, ma… mi accorgo ora dal disegno che Plank e Herschel starebbero viaggiando verso L2, non verso L4 o L5…

  11. Allora.

    Sempre grazie a en.wiki, scopro che i due satelliti orbiteranno presso L2 lungo orbite di Lissajous che, a differenza delle orbite di Lyapunov, non giacciono sull’eclittica (il piano su cui la terra ruota attorno al sole). Inoltre le orbite di Lissajous, a differenza delle “orbite areola” (halo orbit), non sono periodiche.

    Ad ogni modo, resta confermato che i punti L1, L2 ed L3 sono instabili: i tre tipi di orbite citate sono il complesso risultato dell’interazione gravitazionale dei due corpi maggiori (terra e sole) e dunque non sono facilmente spiegabili in termini di semplice forza centripeta verso un qualche punto (nelle halo orbit addirittura l’orbita è significativamente distante dal “vero” punto L2…) e necessitano comunque di manovre attive di stazionamento (i satelliti dunque non resterebbero lì se ogni tanto non ricevessero una spinta opportuna che le mantiene in orbita).

  12. Claudio

    Hronir : infatti le “halo” intorno a L1 e L2 sono instabili (c’è bisogno ogni tanto di dare un’aggiustata, in gergo stationkeeping).
    Perchè vengono utilizzati L1 e L2 che sono instabili?
    1) perchè sono posti interessanti.
    In L1 te ne stai davanti al sole senza niente davanti (SOHO è stato messo qua)
    In L2 ti puoi dedicare all’osservazione dello spazio esterno tenendoti il sole alle spalle.
    Date un’occhiata alle due sonde e vedrete che sono fatte per avere il Sole sempre da un lato. Questa configurazione è comoda perchè, una volta raggiunto l’equilibrio termico, non vi sono più fluttuazioni che potrebbero generare disturbi (come scorrimenti dovuti alle dilatazioni termiche).
    2)Si preferiscono i punti instabili perchè quelli stabili, nel tempo, hanno raccolto un sacco di detriti e sono quindi posti pericolosi. L4 e L5 di Giove-Sole hanno creato i gruppi di asteroidi noti come Achei e Troiani, nel loro piccolo quelli Terra-Luna le Nubi di Kordylewski. Metti qualcosa là e una sassata a qualche km al secondo non te la leva nessuno 😉

  13. Sì, e poi stiamo comunque discutendo di punti di equilibrio, benché instabili: ti servono, sì, opportune manovre di stazionamento, ma sono relativamente poche/poco-onerose perchè si sfrutta cmq la “calma” di un punto di equilibrio.

    E in effetti non avevo pensato all’affollamento che può esserci in L4/L5… 🙂

  14. Claudio

    Giusto per ciaccolare un po’…
    Un’altra cosa interessante dei punti lagrangiani è che è possibile studiare traiettorie di minimo energetico che li attraversano, in modo da minimizzare il consumo di propellente.
    Genesis, dopo essersene stata in L1 Terra Sole a raccogliere particelle di vento solare, è tornata sulla Terra passando per L2 (e si è quindi schiantata nel deserto grazie al paracadute che non si è aperto ..).
    C’è un certo interesse (trad: una certa produzione di speculazioni) per utilizzare L1 e L2 Terra Luna per il futuro ritorno sul nostro satellite (minimizzando la quantità di propellente e quindi il peso al lancio).
    Se mai riusciremo a costruire qualcosa di concreto nello spazio terrestre, gli insediamenti nei punti lagrangiani godranno di collegamenti agevolati, senza bisogno di tutta quell’energia che dobbiamo spendere noi che stiamo in fondo al pozzo.
    In effetti viene da chiedersi perchè molta fantascienza ha bisogno di ipotizzare viaggi verso stelle lontane quando ci sono un sacco di “posti” vicino alla Terra, anche se non cè (ancora) niente 😉

  15. che bello! ho una conferenza di fisici nel blog! 😀

  16. Claudio

    no, misero ingegnere che non ha voglia di leggere dei documenti,stamani, scusa 😦

  17. scusa di che?
    io sono felicissimo! 😀

  18. Be’, dipende dalla fantascienza: è vero, se prendi StarTrek o Guerre Stellari (oddio, su questo blog forse dovrei usare toni più rispettosi per questo genere di fantascienza…), ma se prendi qualcuno di serio come Arthur C. Clarke, tra satelliti geostazionari, ascensori spaziali e, appunto, stazioni spaziali nei punti lagrangiani, avrai pane per i tuoi denti 🙂

  19. Claudio

    Clarke è abbastanza il mio tipo, infatti 🙂
    Niente contro Star Trek o Guerre Stellari, non sono per immischiarmi in guerre di religione 😛

  20. juhan

    @ hrönir
    Ci sono anche Douglas Adams (Guida Galattica per Autostoppisti) e Mel Brooks (Balle Spaziali) 😀

  21. Attenzione a quello che dite!

    😀

  22. Nikkey

    Dico la mia, anche se le mie conoscenze in tema di spazio sono limitate ad una infarinatura per comprendere concetti come la fascia di Clarke (Clarke belt).

    Le forze gravitazionali provenienti ad esempio da terra e sole formano immaginiamo due sfere che “sfumano” nello spazio. L´intersezione tra le due sfere dove la forza di attrazione verso un terzo corpo e´nulla, non avviene in un punto, ma in un orbita circolare.
    O forse in tutta l´area del cerchio.

    Saluti.

  23. Nikkey

    Col senno di poi, mi accorgo che il punto di zero attrazione gravitazionale e´uno solo (L2), e che in tutto il piano prima descritto la risultante delle gravita´attira un terzo corpo verso il punto L2, di conseguenza e´possibile che un corpo ci orbiti intorno.
    Non mi e´chiaro pero´perche´non si metta semplicemente il o i satelliti in L2, “fermi”.
    Ciao.

  24. E’ stato uno dei miei dubbi fin dall’inizio. Credo che non sia un equilibrio perfetto e che un oggetto posto in L2 lentamente verrebbe attratto dalla Terra, forse.
    Oppure i telescopi hanno bisogno di spostarsi continuamente per vedere nuove parti di galassia e il movimento orbitale ti permette di avere visuali diverse ogni volta. boh…

  25. Mi pare di capire che Claudio ne sappia molto più di me di queste cose, quindi mi limito solo a qualche commento che magari lui può approfondire meglio.

    Un punto a cui bisogna prestare attenzione, anche nel leggere la figura con le linee di potenziale su wikipedia, è che la situazione non è statica. Se sole e terra fossero fermi e anche il satellite in L2 fosse fermo, non ci sarebbe molto da dire: il satellite verrebbe attratto dal sole *E* dalla terra e non farebbe altro che cadere verso la terra e il sole.

    Il punto è che
    1) la terra si muove attorno al sole,
    2) un qualsiasi satellite (al di là del metterlo in L2 o meno) non viene mai piazzato in un punto preciso, ma messo in orbita. Ad esempio, perchè un satellite sovrasti un preciso punto sulla superficie terrestre, deve essere messo in orbita geostazionaria; molto più spesso i satelliti girano molto più vicini alla terra dell’orbita geostazionaria e stanno su orbite polari.

    Tenendo a mente queste cose, il vantaggio dei punti lagrangiani è proprio che vi ci si può mettere in un satellite “fisso”. Nel senso che un satellite in L2 non deve girare freneticamente attorno alla terra in 24h (geostazionario) o ancora più velocemente, ma se ne resta lì in orbita *attorno al sole*, stando a braccetto col moto di rivoluzione della terra. Come detto, L2 non è cmq un punto di equilibrio stabile, c’è bisogno di manovre di stazionamento, ma sono relativamente poco costose e i vantaggi che citava Claudio sono così grandi da rendere la cosa conveniente.

  26. Anche tu hai ragione. 😀

  27. Claudio

    Dunque, non sono un esperto di meccanica del volo spaziale (anche se l’argomento interessa il mio lavoro in questo momento), però per quanto riguarda mettere qualcosa “esattamente” in un punto lagrangiano:
    1) Immaginate di essere davanti a una collina perfettamente liscia, con una pallina in mano e di doverle dare un colpetto in modo tale da farla arrivare in cima e farcela restare. Grosso modo quello che si deve fare con un satellite per metterlo in L1 o L2.
    2) La pallina è il satellite e dobbiamo centrare con lui ( o meglio, col suo baricentro) un punto. L’idea di metterlo esattamente nel punto è il limite (non raggiungibile) di quello che è possibile fare.
    3)Anche se riuscissimo a mettere il satellite nel punto lagrangiano, in modo da farcelo arrivare con velocità relativa nulla, perfettamente in equilibrio, non elimineremmo la necessità dello stationkeeping.
    Infatti, se siamo ad esempio in L1terra-sole, possiamo essere a posto con l’attrazione di questi due corpi, ma purtroppo c’è anche la Luna :-), per non parlare della pressione della luce proveniente dal sole. Insomma, non ci sarebbe verso di stare in pace comunque e prima o poi verremmo scacciati dalla cima della collinetta.
    4)Infine, per quanto riguarda L2 Terra-Sole, c’è un problema in più: il cono d’ombra della Terra, che pone un vincolo alla distanza minima che il satellite deve tenere da L2 (che si trova sulla congiungente Terra-Sole). Niente Sole, niente energia per la missione.

  28. Pingback: Prime immagini dell’Herschel « Fabristol

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...