Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Cavalcare il vento solare

Il 7 maggio scorso è stato lanciato dallo spazioporto di Kourou un vettore Vega che ha seminato su varie orbite una manciata di piccoli satelliti. Uno di essi, denominato ESTCube-1, è veramente piccolissimo, misura infatti 10x10x11,35 cm. e pesa poco più di un chilo. In altre parole, si tratta di un tipico cubesat, ed è stato presentato come il primo satellite estone. Una volta salutati i simpatici studenti e tifosi Estoni come nuovi membri della costituenda spacefarer civilization, abbiamo archiviato la notizia e siamo andati a dormire, come sembra abbiano fatto perfino al Corriere della Sera. Salvo essere risvegliati di soprassalto, qualche ora dopo, dal frastuono dei corni da guerra dei blog spaziali americani: loro sì che avevano la vera notizia! E cioè che lo scatolino chiamato ESTCube-1 era in realtà il primo di una serie di test che avrebbe portato alla realizzazione, da parte di un consorzio d’imprese in area ESA, di un prototipo di vela solare elettrica nel giro di qualche anno. (RF)

 E-sailLo scatolino contiene un tether lungo 10 metri, cioè un cavo in alluminio dello spessore di soli 50 micron, che verrà srotolato molto lentamente nello spazio. Fatto questo, il tether riceverà una carica elettrica positiva grazie all’impulso di un cannonne elettronico e comincerà a interagire con gli ioni della magnetosfera terrestre. Lo studio di queste interazioni è alla base della teoria della vela solare elettrica e verrà approfondito nel corso di un secondo esperimento previsto per l’anno prossimo e denominato Aalto-1, in cui verrà usato un tether lungo 100 metri.

Pekka Janhunen, del Finnish Meteorolgical Institute, che guida fin dal 2006 il gruppo misto di scienziati estoni e finlandesi che si sono dedicati al progetto di vela solare elettrica, spiega che, una volta esaurita la fase di ricerca preliminare nella magnetosfera terrestre, sperano di arrivare entro il 2016 a varare un primo veicolo propulso da una vera vela solare elettrica in grado di produrre spinta utilizzando il vento solare e non la pressione della luce solare come fanno le tradizionali vele fotoniche tipo Ikaros.

Szames_sail La configurazione base di una E-sail dovrebbe comprendere un centinaio di tether da 25 micron, lunghi ciascuno 20 km. e un cannone elettronico ad alimentazione solare, in grado di mantenere l’intero sistema elettricamente carico ad un potenziale positivo pari a 20 kv. Con questi valori la vela, se applicata a un carico utile di una tonnellata, in un anno può raggiungere la velocità di 30 km/s, più del doppio di quella della sonda New Horizons, attualmene in rotta verso Plutone. Con carichi utili minori, missioni del genere potrebbero essere portate a termine in cinque anni raggiungendo velocità dell’ordine di 100 km/s. L’intensità del vento solare è variabile ma mediamente è cinquemila volte più debole di quella della radiazione solare che viene utilizzata dalla vela fotonica. Ciononostante la vela elettrica è ancora competitiva: un tether di 20 km arrotolato nel suo rocchetto pesa poche centinaia di grammi, costa pochissimo, è facile da dispiegare nello spazio, ma sopratutto è capace di produrre intorno a se, per svariati chilometri quadrati, un campo elettrico in grado di intercettare il vento solare. Inoltre Janhunen descrive nel suo sito tecniche e metodi per smorzare e contenere la variabilità nella densità e velocità delle particelle del vento solare, che costituisce il più serio problema al suo utilizzo.

 Molte interessanti missioni sono difficili da eseguire per veicoli con propulsione a razzo, sopratutto a causa ell’eccentricità o inclinazione delle orbite o della lontananza dei bersagli, la cosa invece non costituisce un problema per le vele solari che producono una spinta continuata e non necessitano di propellente. Tali considerazioni valgono tanto per le vele fotoniche che per quelle elettriche e sull’argomento i lettori possono leggere anche l’articolo Dopo Ikaros, dove? Segue una lista di possibili missioni ideali per le vele solari:

  • Pianeti, lune e asteroidi del Sistema Solare interno. E’ possibile ogni genere di missione: fly-by, rendez-vous, sample return, mining, deflection, ecc.

  • Asteroidi del Sistema Solare esterno (Cintura di Kuiper, Troiani di Giove, Centauri, Famiglia Hilda e altri). In pratica sono possibili solo missioni di fly-by: data la grande distanza dal Sole, la vela non riceverebbe abbastanza energia per decelerare ed eseguire manovre in prossimità del bersaglio.

  • Pianeti e lune del Sistema Solare esterno. Si potebbe costruire una grande astronave-madre a vela, capace di trasportare parecchie sonde specializzate (orbiter, lander, rover, jumper, ecc.) da sganciare in prossimità di bersagli predeterminati. tab1 (Tabella della durata del volo verso i giganti gassosi, calcolata per tre diversi carichi utili)

  •  Missione Data Clipper. Al giorno d’oggi non è difficile costruire strumenti scientifici che raccolgano una gran quantità di dati in poco tempo, e le nuove tecnologie di immagazzinamento rendono possibile il loro stoccaggio in dispositivi minuscoli, leggeri ed economici. Ciò che manca, invece, è la larghezza di banda per il download dei dati su distanze interplanetarie. Si potrebbero quindi costruire dei piccoli veicoli spaziali a vela solare dedicati a riportare fisicamente i dati in prossimità della Terra, da dove possano essere trasmessi con poca spesa, consentendo così di ridurre notevolmente i costi per le telecomunicazioni nel bilancio della missione.

  •  Viaggi interstellari. Janhunen ha ammesso in passato di non vedere nessuna applicazione della e-sail in questo campo, se non una sola, importantissima: decelerare quando l’astronave entra in contatto con il vento solare della stella di destinazione.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

  •  IEEE Spectrum, ELECTRIC SPACE SAIL TO GET ITS FIRST TEST, by Rachel Courtland
  • POSSIBILITIES OPENED BY ELECTRIC SOLAR WIND SAIL TECHNOLOGY  by Pekka Janhunen et al. – Finnish Meteorological Institute, Helsinki
  •  Centauri Dreams, ENTER THE ELECTRIC SAIL, by Paul Gilster on May 8, 2013
  •  Centauri Dreams, TO RIDE THE SOLAR WIND, by Paul Gilster on May 9, 2013

 Credits: Alexandre Szames, IAF/IAC, Finnish Meteorological Institute, Pekka Janhunen

 

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27 maggio 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , , , , , , | 2 commenti

Difesa Planetaria, anno zero

anno zero riassuntiva15 febbraio 2013: i fatti, brevemente.

(fare doppio click per allargare la foto).Un piccolo asteroide (circa 50 metri di diametro medio), chiamato 2012 DA14 segue una rotta che lo porta a passare a soli 27.000 km. dalla Terra, ben dentro l’orbita geostazionaria occupata dai satelliti per le telecomunicazioni. Tuttavia, dalle rilevazioni effettuate, il rischio di impatto appare molto basso. Ma ecco che, mentre l’attenzione di tutti gli osservatori, e i loro strumenti, sono rivolti verso il piccolo asteroide, entra improvvisamente in scena, con grandi effetti pirotecnici, un ospite del tutto inaspettato. Si tratta di un meteorite che fa il suo ingresso nell’atmosfera sopra la città russa di Chelyabinsk, situata grosso modo tra gli Urali e il confine col Kazakhstan, alle 9:20 del mattino ora locale. Al contatto con l’atmosfera, l’oggetto viene scosso da una serie di fragorose esplosioni, e, alla quota di 20.000 metri circa va definitivamente in mille pezzi, che si spargono tutto intorno in una vasta area. Il capannone di una vecchia fabbrica e lo stadio della locale squadra di hockey vengono distrutti, nonché centinaia di finestre, le cui schegge di vetro sono responsabili della maggior parte dei 1200 feriti registrati a fine giornata. Fortunatamente nessuno è rimasto ucciso. Si stima che il bolide avesse le seguenti caratteristiche: di poco inferiore ai 20 metri di diametro, 10.000 tonnellate di peso, capace di rilasciare un’energia pari a 500 kilotoni di TNT. Velocità e rotta erano incompatibili con quelle dell’asteroide 2012 DA14, quindi il meteorite non aveva con esso nessun rapporto, si è trattato di due eventi del tutto indipendenti, avvenuti lo stesso giorno per puro caso.

 Va da se che un sistema di difesa planetaria credibile dovrebbe essere frutto degli sforzi di un vasto schieramento internazionale; la sua direzione, i costi, e le responsabilità verrebbero condivise tra gli associati. Potrebbe essere necessario emendare i trattati internazionali attualmente in vigore, laddove escludano senza eccezioni l’uso di armi atomiche nello spazio, che invece potrebbe rivelarsi indispensabile in casi estremi. Ma sopratutto bisognerebbe che la classe dirigente e l’opinione pubbblica si rendessero conto che è ora di cominciare ad elaborare una strategia di sfruttamento metodico delle risorse del Sistema Terra-Luna per gettare le basi, entro fine secolo, di un vero e proprio sistema industriale basato nello spazio (ISRU) e largamente indipendente dalla Terra, in profonda sinergia con l’architettura della Difesa Planetaria. Già dall’anno scorso sono attive due piccole società, la Planetary Resources e la Deep Space Industries (DSI), decise a inaugurare le prime miniere extraterrestri. Infatti, oltre alla Luna, gli asteroidi che si muovono nelle vicinanze della Terra (i cosidetti NEO) potrebbero ospitare impianti minerari, da cui ottenere innanzitutto acqua e gas da usare come propellente per razzi. Se potessimo disporre di questi due elementi direttamente nello spazio invece di portarli in orbita da terra, i costi di lancio subirebbero un tracollo che renderebbe praticabili ipotesi fino a oggi ritenute troppo costose.

 (nella foto: Edward Lu e Russel Schweickart)Ed+Rusty Allora lo sviluppo di tecnologie di deflessione sarebbe utile non solo per evitare che qualche NEO entri in collisione con la Terra, ma anche per portarlo a muoversi su traiettorie più convenienti dal punto di vista dello sfruttamento minerario, per esempio intorno alla Luna o a uno dei punti di librazione. Allo stesso modo, Difesa Planetaria e industria spaziale hanno bisogno di una catalogazione completa dei NEO, e di aumentare e sistematizzare le conoscenze sulla loro composizione geologica. I privati stanno già preparando le sonde automatiche per le prospezioni: DSI, che usa tecnologia cubesat per tenere bassi i costi, assicura che nel 2015 sarà in grado di far volare i prototipi dei suoi Fireflies e Dragonflies.

 La catalogazione e la sorveglianza dei NEO è una faccenda lunga e dispendiosa. Edward Lu, che dirige la Fondazione B612 insieme a Russel Schweikart (due ex-astronauti), ritiene che siamo arrivati quasi al limite delle capacità del nostro sistema di telescopi. A suo parere, l’obiettivo stabilito dal Congresso degli Stati Uniti nel 2005, e cioè scoprire il 90% degli asteroidi di diametro medio superore ai 140 metri entro il 2020, sarà disatteso. L’unico telescopio spaziale che avrebbe i numeri per riuscire nell’impresa è il NEO Survey, progettato dalla Ball Aerospace, per il quale l’azienda costruttrice non è mai riuscita a ottenere in passato un finanziamento dalla NASA, né ci riuscirebbe ora, in un momento delicatissimo in cui l’Agenzia è stretta tra riduzioni di bilancio e la realizzazione del JWST, il nuovo mega-telescopio spaziale da 8 miliardi di dollari.

 Anno Zero orbite(nella foto: il cerchio verde è l’orbita della Terra, quello blu l’orbita dell’asteroide 2012 da14, mentre la grande ellisse blu è ila traiettoria della meteorafare doppio click per allargare la foto)  Ed ecco venuto il momento delle ONG, delle fondazioni, delle associazioni no-profit che sono ovviamente private, ma che raccolgono i loro finanziamenti da donatori e filantropi, un po’ come fanno certi ospedali e musei. Da questo ambiente emerge la già citata B612, che all’inizio della sua attività si occupava sopratutto di tecnologie di deflessione (era loro l’idea del “trattore gravitazionale”). Negli ultimi tempi, però, Lu e Schweickart hanno cambiato strategia, accettando come obiettivi primari la catalogazione dei NEO in base alle indicazioni del Congresso e sopratutto la copertura della cosidetta zona cieca che gli attuali telescopi non riescono a penetrare. Ciò dipende dalle caratteristiche delle traiettorie seguite dagli asteroidi per avvicinarsi al nostro pianeta. Infatti, se tale traiettoria è esterna all’orbita della Terra, l’oggetto sarà visibile nel cielo notturno e il suo movimento prevedibile con largo anticipo. Se, al contrario, la traiettoria di avvicinamento è interna, l’oggetto si muoverà nel cielo diurno, del tutto invisibile ai telescopi ottici basati al suolo.

 Si può ben dire che l’inversione di rotta di B612, annunciata alla fine di giugno 2012 e seguita di lì a poco da un accordo con Ball Aerospace sul quale ritorneremo tra un momento, non poteva essere più tempestiva! Infatti la NASA ha eseguito una ricostruzione completa della traiettoria del bolide di Chelyabinsk. Questo si trovava originariamente nella Cintura degi Asteroidi, dalla quale era stato strappato dal campo gravitazionale del Sole e immesso in un’orbita ellittica intorno a esso. Quando si è abbattuto su Chelyabinsk, il meteorite si trovava in rotta di allontanamento dal Sole, cioè si muoveva col Sole alle spalle, totalmente invisibile ai telescopi nella piena luce del mattino.

 Sentinel1(nella foto: come lavorerà Sentinelfare doppio click per allargare la foto) La zona cieca va dunque eliminata e il catalogo dei NEO realizzato nei tempi previsti. La Fondazione B612 e Ball Aerospace, riunite le forze, propongono il Sentinel, un telescopio equipaggiato con uno specchio da 50 cm. e una fotocamera a campo largo operante nel medio infrarosso, in pratica il NEO Survey rivisitato. Sentinel verrebbe lanciato nel 2017-2018 da un vettore Falcon-9 della Space-X, e posto in un’orbita simile a quella di Venere da dove, volgendo lo specchio sempre in direzione opposta al Sole, potrebbe scansionare metà della sfera celeste ogni 26 giorni, senza nessuna zona cieca. B612, inoltre, si è garantita l’appoggio della NASA, che metterà a disposizione i suoi impianti di telecomunicazione e il personale tecnico necessari per raccogliere ed elaborare i dati provenienti da Sentinel.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

 Planetary Resources Ltd

Deep Space Industries Ltd

B612 Foundation

Articoli da The Space Review: 

  • A private effort to watch the skies – by Jeff Foust
  • Asteroid mining, boom or bubble? – by Jeff Foust
  • The three D’s of planetary defense – by Jeff Foust
  • It’s time for a real policy on asteroids – by Peter Garretson
  • Skyfall: will a Russian meteor and an asteroid flyby change our minds about the NEO threat? – by Jeff Foust

13 marzo 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Difesa Planetaria, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 2 commenti

Difesa Planetaria: le api-laser al lavoro

ABLAZIONE (s.f.) fusione o evaporazione superficiale di un corpo sottoposto a elevata temperatura. (Il Nuovo Zingarelli)

Se si sottopone ad ablazione un’area circoscritta e opportunamente individuata sulla superfice di un asteroide, si crea nel vuoto un getto di materiali (gas e microparticelle), che, elevatosi con violenza dall’area surriscaldata, fornisce all’asteroide una spinta in senso contrario. Nel nostro caso, l’ablazione viene ottenuta utilizzando uno sciame di piccoli robot, equipaggiati con generatori laser (le api-laser), in grado di muoversi in formazione e concentrare i loro raggi sul punto prescelto della superficie dell’asteroide, fino a innescare l’ablazione e a sostenerla per periodi lunghi, mantenendo i raggi collimati. Tanto basta per annoverare quello delle api-laser tra i più promettenti metodi a bassa spinta per la deflessione degli asteroidi, da utilizzare per la Difesa Planetaria o per scopi scientifici. Infatti, l’uso dell’ablazione garantisce da qualsiasi rischio di frammentazione del bersaglio, nonché dalla necessità di sbarcarvi sopra. Per alimentare il generatore laser è sufficente l’energia solare, e il fatto che il materiale ablato sia stato parte dell’asteroide stesso offre agli scienziati inedite possibilità di analisi geologica anche degli strati immediatamente sotto la superficie.

Naturalmente ogni tecnologia ha i suoi punti deboli. Quelli dell’ablazione risiedono sopratutto nel comportamento del materiale ablato, che, invece di concentrarsi nel getto, tende a spargersi tutto intorno alla zona illuminata, come in una nuvola a forma di cono, contaminando ogni superficie esposta, comprese le ottiche dei laser. Queste superfici subiranno una degradazione e le prestazioni dei laser verranno attenuate? E’ necessaria un’intensa attività di laboratorio per fare chiarezza su questi e altri problemi, come per esempio la formazione ed evoluzione del getto e i risultati dell’ablazione quando applicata su materiali diversi.

Il progetto “Laser Bees” è il punto di arrivo di un lungo lavoro sull’ablazione realizzato da diversi ricercatori, a partire da Melosh e Nenchomov, che nel 1993 proponevano l’uso di un unico specchio di enormi dimensioni (fino a 10 km di diametro), facente funzione di collettore solare per raggungere le alte temperature necessarie per innescare l’ablazione. Campbell e Phipps nel 1997, e nel 2005 Park e Mazanek, proposero addirittura di vaporizzare l’asteroide bersaglio con un mega-laser alimentato da un reattore nucleare. Infine Vasile e Maddock, nel 2009, proposero per la primia volta il progetto di uno sciame, ma con “api” equipaggiate con specchi collettori. Più recentemente i due ricercatori hanno aggiornato il progetto aggiungendo il laser. Il gruppo di lavoro è diretto dal prof Massimiliano Vasile e si avvale della struttura dell’Advanced Space Concepts Laboratory dell’Università di Strathclyde, in Scozia. Il progetto “Laser Bees” è frutto di una collaborazione tra l’Institute of Photonics dell’Università sopracitata e il Power, Systems and Energy Group dell’Università di Glasgow, e riceve anche finanziamenti dalla Planetary Society americana, nonché un entusiastico supporto in termini di immagine e pubbliche relazioni.

In quanto al prof. Vasile (nella foto), la sua brillante carriera lo segnala come uno degli scienziati italiani dello Spazio attualmente più attivi. Nato nel 1970, consegue sia la laurea che il dottorato in Ingegneria aerospaziale al Politecnico di Milano. Dal 2001 al 2003 è ricercatore presso l’ESA/ESTEC, in Olanda, ed è uno dei primi a entrare a far parte dell’Advanced Concepts Team (ACT). In seguito è assistente e docente al Politecnico di Milano. Nel 2008 si trasferisce in Scozia, dove insegna prima all’Università di Glasgow e poi in quella dello Strathclyde, alla quale è tuttora assegnato.

ROBERTO FLAIBANI

fonte: LASER BEES – A Concept for Asteroid Deflection & Hazard Mitigation

credits: University of Strathclyde, University of Glasgow (UK)

29 ottobre 2012 Posted by | Astronautica, Difesa Planetaria, Scienze dello Spazio | , , | Lascia un commento

Viaggio al fuoco della Lente Gravitazionale del Sole

Comunicato Stampa n.9

Il dott. Gregory Matloff è Professore Emerito al Dipartimento di Fisica del New York City College of Technology, CUNY, a Brooklyn, New York, USA. E’ inoltre membro dell’Accademia Internazionale di Astronautica (IAA) e della British Interplanetary Society (BIS). Greg ha pubblicato più di 100 relazioni scientifiche e tecniche, mentre come autore o co-autore ha firmato 9 libri di astronomia e astronautica, incluso The Starflight Handbook (Wiley, 1989) e Solar Sails (Springer 2008). Tra il 1999 e il 2007 ha collaborato con il Marshall Space Flight Center della NASA come consulente per la propulsione spaziale e la Difesa Planetaria dall’impatto di asteroidi. Il dott. Matloff interverrà mercoledì 26 alle 12:00 con una relazione dal titolo “A Solar/Nuclear Mission to the Sun’s Inner Gravity Focus”, dove si prospetta la possibilità di raggiungere il fuoco della Lente Gravitazionale del Sole con una sonda automatica a propulsione mista nucleare/solare. Si tratta dell’ormai nota missione FOCAL, proposta dal nostro dott. Claudio Maccone.

La Lente Gravitazionale è un fenomeno naturale di grande potenza che ha effetto sull’intero spettro elettromagnetico. La Lente Gravitazionale del nostro sole  (GLS) potrebbe diventare in futuro lo strumento principe per l’osservazione astronomica e le telecomunicazioni interstellari. Da molti anni a questa parte, il dottor Claudio Maccone è il massimo studioso di questo fenomeno e propugnatore della missione FOCAL, che ha come primo obiettivo di raggiungere il cosidetto fuoco del “sole nudo”,  situato a 550 Unità Astronomiche (UA) dal Sole, ben oltre l’orbita di Plutone (40 UA). Da lì la sonda continuerà ad allontanarsi lungo l’asse focale fino alla distanza di 1000 UA, sfruttando per le sue osservazioni le prestazioni della GLS. Niente di costruito dall’Uomo è mai arrivato così lontano, nemmeno l’intramontabile Voyager 1, che ha da poco superato le 110 UA. Ma varrebbe davvero la pena di andarci, perchè le prestazioni promesse dalla GLS sono assolutamente eccezionali. La Natura ci offre, a poco più di tre giorni-luce dalla Terra (a tanto equivale, infatti, la distanza di 550 UA) uno strumento d’indagine di ineguagliabile potenza.  In questi ultimi anni la comunità scientifica ha finalmente dato segno di aver preso coscienza delle potenzialità della GLS e del valore dal lavoro di Maccone, tant’è che FOCAL viene ora considerata la più importante tra le cosiddette missioni antesignane del volo interstellare.

Joseph Breeden ha ottenuto il dottorato di ricerca dall’università dell’Illinois per il suo lavoro sulla Teoria del Caos in Astrofisica, con ricerche specifiche sulle dinamiche caotiche degli ammassi globulari di stelle. Nella sua carriera ha utilizzato le dinamiche non-lineari e l’analisi dei dati per molte applicazioni scientifiche e finanziarie inclusa la “dendrocronologia” (l’analisi dei cerchi di accrescimento annuale degli alberi), le proiezioni sul numero dei partecipanti per il SETI@home, le previsioni sulla crisi dei mutui negli Stati Uniti e le previsioni sull’andamento dei raccolti. Nel 2010 ha pubblicato il libro intitolato Reinventing Retail Lending Analytics e oggi guida la Prescient Models. L’intervento di Joe Breeden si terrà mercoledì 26 alle 12:20 e avrà per titolo: “Gravity Assist via Near-Sun Chaotic Trajectories of Binary Objects”

Ulteriori informazioni sono disponibili su http://www.sanmarinoscienza.org

Per assistenza e foto in alta definizione rivolgersi a : agenda@sanmarinoscienza.org

Con il patrocinio di: Segreteria di Stato per il Turiso e lo Sport; Segreteria di Stato per la Cultura; Università degli Studi – Repubblica di San Marino. INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica.  COSPAR – Committee on Space Research.

Organizzatori: San Marino Scienza.  CVB – Convention & Visitors Bureau – San Marino.  IAA – International Academy of Astronautics.

Collaboratori scientifici: UAI – Unione Astrofili Italiani. Radiotelescopi di Medicina. SETI ITALIA – Team G. Cocconi. IARA – Italian Amateur Radio Astronomy. FOAM13 – Fondazione Osservatorio Astronomico Messier 13.  Carnevale della Fisica.  Scientificando. Associazione Culturale Chimicare. Carnevale della Chimica. Il Tredicesimo Cavaliere.

Sponsor: Banca Agricola Commerciale – San Marino.  Asset Banca – San Marino.

17 settembre 2012 Posted by | 4th Symposium IAA - SETI, Astrofisica, Astronautica, missione FOCAL, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI, Volo Interstellare | , , , , , , , , | 3 commenti

Le geometrie invisibili del Sistema Solare

Nel sistema Terra – Luna esistono cinque punti chiamati L1, L2, L3, L4, L5, ma più noti col nome di punti di librazione o di Lagrange. Il nome indica la caratteristica che li rende interessanti: in quei cinque punti, infatti, le forze gravitazionali e rotatorie esistenti tra la Terra (corpo principale), la Luna (corpo secondario) e un terzo corpo si bilanciano, in modo che quest’ultimo possa “librarsi” immobile nello spazio rispetto ai primi due. Il terzo corpo deve avere massa trascurabile su scala planetaria, quindi può benissimo essere un’astronave, una stazione spaziale o anche un asteroide. Si tratta di una versione semplificata del “prolema dei tre corpi”, che si ripropone ovunque, per esempio tra il Sole e ciascuno dei suoi pianeti, e tra un pianeta e ciascuno dei suoi satelliti. E’ più facile mantenere in librazione un oggetto facendogli seguire un’orbita ad aureola intorno al punto L (halo orbit), che ha una ulteriore funzione stabilizzatrice, e riduce ancora il già basso dispendio di carburante necessario a mantenere la posizione. Questo è il motivo principale per cui tali punti sono considerati locazioni privilegiate nello spazio. Ma non il solo. Nell’articolo precedente “Il Grande Risiko Lunare è incominciato” abbiamo analizzato L2 e il suo valore strategico, ora ci occuperemo degli altri punti di librazione.

Prossima destinazione: L1

L1 si trova a circa 60.000 km sopra al centro della faccia visibile della Luna, una posizione ideale per ospitare una infrastruttura abitabile dove svolgere una quantità di utili operazioni, tra cui l’assemblaggio delle future missioni verso i NEO e Marte, e il coordinamento delle attività sulla superfice della Luna. Da L1, infatti, è possibile interagire in telepresenza (cioè in tempo reale) con dei robot operanti sulla superfice della Luna, mentre ciò non è fattibile dalla Terra a causa del ritardo-luce di circa 3 secondi, dovuto alla maggiore distanza che intercorre tra i due corpi celesti, mentre è ormai un fatto assodato che lavorare in telepresenza in ambienti estremi è più efficiente e meno costoso che eseguire un intervento umano diretto. Ma considerato il fatto che passare da LEO a GEO costa più di un viaggio L1 – GEO – L1 in termini di consumo di carburante, si apre la possibilità di eseguire svariate operazioni in orbita geostazionaria venendo proprio da L1: in GEO infatti orbitano in gran numero satelliti molto sofisticati per le telecomunicazioni, la meteorologia, lo spionaggio, che rappresentano investimenti per milardi di euro. Manutenzione, riparazione dei guasti, riciclo dei componenti ed eliminazione dei rottami sono operazioni che potrebbero essere eseguite periodicamente da veicoli pilotati, o da robot, magari guidati in telepresenza da un operatore a terra.

Dalla fine degli anni ’90 la progettazione di una infrastruttura da posizionare in orbita halo intorno a L1 è all’attenzione di coloro che si occupano di pianificare il volo umano nello spazio, e di mettere a frutto l’eredità della ISS. Il primo progetto, elaborato dalla NASA e chiamato  TransHab, viene presentato nel 2001, è  bocciato dal governo americano e subito acquistato dalla Bigelow Aerospace, una società che si occupa di turismo spaziale, ma serve se non altro a fare scelte definitive in merito a tecnologie e materiali, e ad alcune specifiche tecniche. In pratica si vuole una stazione di transito, in grado di rimanere operativa per almeno 15 anni, e di ospitare gruppi di 3-4 astronauti per periodi di qualche settimana, ma capace di condurre automaticamente una vasta serie di compiti. Infine, per contenere il peso, la parte abitabile della struttura verrebbe costruita utilzzando una resistentissima fibra gonfiabile. Nel 2004 l’amministrazione Bush presenta la sua “Visione per l’Esplorazione dello Spazio”, da cui prende vita il programma Constellation, che rimette, dopo 40 anni, la Luna al centro della strategia spaziale americana. Nel 2006 il neonato FISO (Future In-Space Operations) trasforma il TransHab alla luce della nuova architettura Constellation, chiamandolo “Gateway 2006”, ma la NASA lo boccia temendo di distrarre fondi dal progetto di esplorazione del polo sud lunare e del Bacino di Aitken. Ma nel 2009 il “Comitato per il riesame dei piani per il volo umano nello Spazio” presieduto da Norman Augustine elabora una nuova strategia chiamata “Percorso Flessibile” che tenta di armonizzare varie proposte in un unico progetto propedeutico alla missione verso Marte e promuove finalmente la costruzione di “Gateway 2010”, una nuova versione ridotta dell’originario TransHab, sempre su proposta FISO. Le principali specifiche tecniche sono riassunte nella tabella che appare all’inizio del paragrafo, dove i dati di TransHab figurano in seconda colonna, in terza quelli di Gateway 2006 e in quarta quelli di Gateway 2010, a cui si riferisce anche l’immagine qui sotto.

L1, L3: potenziare la Difesa Planetaria contro gli asteroidi pericolosi

La rete di rilevamento e controllo dei NEO, nota col nome di Spaceguard e parte del nascente sistema Difesa Planetaria, ha avuto un preoccupante “lato cieco” nel suo campo di osservazione fino al 2010. Ciò dipende dalle caratteristiche delle traiettorie seguite dai NEO per avvicinarsi al nostro pianeta. Infatti, se la traiettoria di un NEO in avvicinamento è esterna all’orbita della Terra, l’oggetto sarà visbile nel cielo notturno e il suo corso prevedibile con largo preavviso. Se, al contrario, la traiettoria di avvicinamento è interna, l’oggetto apparirà, per così dire, nel cielo diurno, cioè sarà del tutto invisibile ai telescopi ottici basati a terra, mentre rimarranno operativi solo i radar e i radar-telescopi, che però possono garantire solo brevi tempi di preavviso. Questa preoccupante situazione è stata affrontata nel 2010, quando a Spaceguard è stata assegnata una parte del tempo di lavoro di alcuni telescopi spaziali, per i quali, dato che operano fuori dall’atmosfera, il cielo è sempre nero senza distinzione tra cielo diurno e notturno. Ma si tratta d una soluzione di ripiego: tra gli addetti ai lavori si auspica il lancio di un vero e proprio “cacciatore di asteroidi”, uno strumento specializzato che potrebbe essere vantaggiosamente posto in orbita halo intorno a L1, da dove si può ottenere la scansione completa dello spazio interno all’orbita terrestre.

Se L1 ospiterà il quartier generale di Spaceguard, allora L3 potrebbe ospitare il braccio armato del sistema di Difesa Planetaria: batterie di missili intercettori capaci di deviare asteroidi di piccole dimensioni, ma non per questo innocui. Il progetto è stato presentato in ambito IAA dal dott. Claudio Maccone, ne abbiamo parlato in “Difesa Planetaria: come deviare un asteroide in rotta di collisione.

L1, L2 e la Superautostrada Interplanetaria

L1 e L2 sono di diretto interesse per capire la cosidetta Superautostrada Interplanetaria, perché rappresentano accessi speciali per destinazioni lontane. Il moto di un’astronave nelle vicinanze di questi punti è influenzato da una delicata interazione tra la sua velocità e il campo gravitazionale locale. Un’astronave può entrare in orbita intorno a L1 o L2 (o a qualsiasi altro punto di librazione), sebbene questi siano meri punti nello spazio ai quali non corrisponde nessun corpo celeste.

Dalle orbite attorno ai punti di librazione hanno origine superfici a forma di tubo. Per esempio, un’astronave con la appropriata velocità iniziale può essere lanciata lungo un traiettoria che la porterà in orbita attorno al punto di librazione SEL2 del sistema Sole-Terra (la traiettoria è segnata in verde nella figura qui accanto). L’insieme di tutte le traiettorie simili a questa forma un unico tubo della Superautostrada Interplanetaria. La proprietà fisica importante dei tubi è che qualsiasi cosa si sposti da un’orbita intorno a un pianeta a un’orbita di allontanamento da esso, deve percorrere quel determinato tubo. Un’astronave che percorre una traiettoria dentro questo tubo passerà attraverso SEL2 dirigendosi verso l’esterno del sistema solare (in blu nella figura), mentre una che percorre un’orbita esterna quel tubo si dirigerà verso il Sole (in rosso nella figura). Da notare che i tubi esistono sempre in coppia: per ogni tubo composto da traiettorie di avvicinamento ne esiste uno composto da traiettorie di allontanamento.

Le astronavi possono viaggiare lungo i tubi ma possono anche cambiare rotta entrando in un altro tubo, grazie a una piccola manovra effettuabile con un comune motore a razzo. Ma c’è un modo per farlo senza alcun dispendio di carburante, usando i naturali punti di scambio della Superautostrada Interplanetaria. Una traiettoria che va da un tubo a un altro senza usare carburante viene definitta “eteroclinica”, a significare che può condurre da un’orbita a un’altra naturalmente. Nella pratica, per entrare in una traiettoria eteroclinica, l’astronave usa abitualmente un po’ di carburante per eseguire piccole correzioni di rotta rese indispensabili dalla nostra imperfetta conoscenza della sua posizione e velocità. Esistono anche traiettorie eterocliniche che connettono tubi di due differenti sistemi e le intersezioni funzionano nei due sensi. Le intersezioni eterocliniche possono sembrare difficili da individuare perché richiedono una perfetta scelta dei tempi: quando sei nel tubo di partenza, devi trovarti al posto giusto al momento giusto ( e alla giusta velocità ) per poter saltare dentro un tubo di avvicinamento. Ma esistono procedure di calcolo per trovare tali traiettorie perfettamente calibrate, e il risultato può essere spettacolare.

Il sistema gioviamo è un buon posto per mettere alla prova queste idee perché ci sono quattro lune di grandi dimensioni che orbitano attorno a Giove: Io , Europa, Ganimede, Callisto, proprio come un piccolo sistema solare. Le lune si muovono lungo le loro orbite a differente velocità portando con se i propri tubi, ed è possibile programmare una rotta che porti l’astronave a orbitare intorno a ciascuna delle quattro lune “saltando” di tubo in tubo, e consumando una quantità irrisoria di carburante. Questo nuovo approccio alla progettazione delle missioni spaziali ha comunque il suo lato debole: le rotte eterocliniche devono essere percorse a velocità molto basse e spesso sono tutt’altro che dirette. I tempi di percorrenza si allungano a dismisura e ciò limita molto il campo di applicazione di questo metodo.

L4, L5: fantastici habitat spaziali

I cilindri di O’Neill, gigantesche strutture capaci di ospitare intere biosfere e migliaia di uomini, avrebbero dovuto librarsi in orbita halo proprio intorno a questi due punti. Non cercherò di descriverli, ci sono riusciti bene Arthur C. Clarke in Incontro con Rama e Wikipedia, e questo breve video vale più di mille parole….

FONTI

  • da  THE SPACE REVIEW:

K. Murphy: ML-1, the next logical destination

H.Thronson, D. Lester, T. Talay: Human operations beyond LEO by the end of the decade, an affordable near-term stepping stone

H.Thronson, T. Talay: “Gateway” architectures: a major “flexible path” step to the Moon and Mars after the International Space Station?

  • Da WHY DO MATH?

Shane Ross: Space travel, mathematics uncovers an interplanetary superhighway

  • il video “A 3D view of Rama object” è di
  • the Future In-Space Operations (FISO) working group

29 luglio 2011 Posted by | Astronautica, Difesa Planetaria, Scienze dello Spazio | , , , , , , , | 15 commenti

La Difesa Planetaria spiegata grazie all’asteroide Apophis

Quando viene scoperto un nuovo asteroide, gli astronomi rilevano i parametri fondamentali della sua orbita e li usano per sviluppare proiezioni di lungo periodo (fino a 100 anni nel futuro!) e verificare se esiste la possibilità di un impatto con la Terra. Se tale evenienza è possibile, si calcolano le coordinate dei potenziali punti di impatto che, riportati su una proiezione di Mercatore del globo terrestre, si dispongono lungo delle caratteritiche linee curve, orientate da ovest a est, chiamate “corridoi di rischio”. (La figura in alto mostra il corridoio di rischio dell’asteroide Apophis nel suo incontro con la Terra nel 2036 – courtesy Wikipedia). Mentre la larghezza del corridoio, nella realtà, misura poche decine di chilometri, la sua lunghezza dipende dall’accuratezza dei dati relativi all’orbita dell’asteroide: a una maggiore precisione corrisponde una diminuzione della lunghezza del corridoio, che, per successive approssimazioni, può ridursi fino ad un segmento lungo non più di un centinaio di chilometri, definibile come il “punto di impatto certo”. Una campagna di deflessione sarà quindi rappresentata nel nostro esempio come un tentativo di portare fuori mappa il punto di impatto certo, percorrendo il corridoio di rischio nell’una o nell’altra direzione. Ciò significa, in altre parole, che l’intruso si presenterà all’appuntamento con la Terra in anticipo o in ritardo, a seconda che la sua velocità sia stata aumentata o diminuita dalla deflessione, ma comunque fuori tempo per provocare un impatto.

Il corridoio di rischio preso ad esempio attraversa varie zone: quella asiatica, che copre una vasta area siberiana a bassa concentrazione di popolazione e infrastrutture; quella del Pacifico settentrionale, che coinvolge il Giappone, le coste siberiane e l’arcipelago delle Kurili. Il corridoio percorre poi l’area più critica: la costa occidentale del Messico, i paesi del Centro America, le coste della Colombia e del Venezuela (un’area densamente popolata), e infine entra in Atlantico e arriva fino alle coste dell’Africa Occidentale sahariana. Considerato che Apophis ha un diametro medio di 270 metri circa, i lettori possono servirsi del sito Impact: Earth per calcolare gli effetti immediati dell’impatto, mentre di quelli a lunga scadenza diamo notizia nella scheda Impatti in acque profonde

Con un corridoio di rischio così strutturato, la campagna di deflessione potrebbe tentare di polungare il corridoio stesso verso il Deserto del Sahara fino a bordo mappa, e oltre. Ci sono ottime probabilità che la deflessione abbia pieno successo, infatti possediamo già la tecnologia e i mezzi adatti a deflettere oggetti di diametro medio inferiore ai 400 metri senza usare armi nucleari, che comunque sarebbero sempre a disposizione in caso di necessità. Se la deflessione dovesse avere solo un successo parziale, a causa di un guasto, un errore umano, un evento imprevedibile, allora l’impatto avverrebbe molto probabilmente nelle acque dell’Atlantico o tra le dune del deserto africano.

Nel 2008 Rusty Schweickart, astronauta veterano noto come pilota collaudatore del LEM nella missione Apollo 9, a nome della Association of Space Explorers (ASE) presentò alle Nazioni Unite un progetto per dar vita alla struttura di comando e controllo per la Difesa Planetaria, articolata su tre organismi, IAWN, MPOG e MAOG, con le seguenti funzioni:

  • IAWN, un network che collega tutte le risorse hardware disponibili, come i telescopi terrestri e spaziali, radiotelescopi, radar, centri per l’elaborazione dati, al fine di scoprire asteroidi finora sconosciuti, raccogliere informazioni su di essi e verificare con nuove osservazioni i dati precedentemente raccolti sugli asteroidi già noti. Deve anche individuare eventuali possibilità di impatto e le risorse utili e le condizioni adatte per lanciare le necessarie campagne di deflessione.

  • MPOG, un organismo tecnico preposto alla progettazione e pianificazione delle campagne di deflessione richieste dal IAWN. Per ogni missione, deve anche elaborare preventivi e bilanci, progettare la catena di comando, individuare gli eventuali nodi decisionali critici e segnalarli al MAOG.

  • MAOG, un organismo politico che risponde direttamente al Consiglio di Sicurezza dell’ONU. Il suo compito è definire le regole e i protocolli attraverso i quali le nazioni del mondo possono esprimere la loro volontà nelle questioni attinenti la Difesa Planetaria. Tenuto conto delle indicazioni fornite dal MPOG, è inoltre compito del MAOG analizzare i nodi decisionali critici e fornire all’ONU risposte razionali. Per esempio, abbiamo visto che il modo in cui viene eseguita la campagna di deflessione comporta l’aumento o la diminuzione dei rischi transitori per i territori che sono attraversati dal corridoio di rischio. Decidere le modalità della deflessione è tipicamente compito del MAOG.

Oggi Rusty Schweickart è diventato co-presidente della Task Force sulla Difesa Planetaria, istituita dal NASA Advisory Council, e viene considerato uno dei leader di maggior prestigio nella comunità degli “asteroid-hunters”. In un suo recente articolo apparso sul New York Times, ha lodato l’impegno del Presidente Obama per far arrivare un astronauta su un asteroide entro il 2025 e ha dichiarato: “L’Ufficio per la Scienza e la Tecnologia della Casa Bianca ha appena raccomandato al Congresso di fare pressioni sulla NASA perché cominci a sviluppare un sistema completo di deflessione…. aggiungere al budget 2010 della NASA una cifra tra i 250 e i 300 milioni di dollari, e negli anni successivi una cifra di mantenimento tra i 50 e i 75 milioni annui, basterà per completare entro il 2020 l’nventario dei NEO che possono costituire una minaccia e per sviluppare e mettere alla prova la nostra tecnologia di deflessione.”

Negli ultimi giorni di ottobre si è svolta a Darmstadt, in Germania, una riunione preparatoria alla costituzione del MPOG, organizzata dall’ESA e da due ONG, la già nominata ASE e la Secure World Foundation. Al workshop, che è stato considerato un primo grande passo verso la costruzione di una struttura organizzativa per la Difesa Planetaria, ha partecipato numeroso il personale dei tre enti organizzatori e una folta delegazione della NASA. Si tratta del secondo wokshop interdisciplinare di questo tipo, il primo si è tenuto all’inizio dell’anno a Città del Messsico su iniziativa della Secure World Foundation e aveva all’ordine del giorno la creazione dello IAWN.

Fonti: ASE, Asteroid Threats: A Call for Global Response

21 novembre 2010 Posted by | Difesa Planetaria, Scienze dello Spazio | , , , , | Lascia un commento

Difesa Planetaria: come deviare un asteroide in rotta di collisione

Avvertenza: questo articolo è il seguito di “Asteroidi, consapevolezza del pericolo”. Ai lettori che non frequentano abitualmente il sito, si consiglia di leggere i due articoli nel giusto ordine cronologico.

Esistono molte tecniche per deviare, o meglio “deflettere”, un NEO dalla sua traiettoria, e sono raggruppabili in due categorie: quelle a impulso istantaneo, e quelle a impulso prolungato. Le prime consistono sostanzialmente nel colpire il bersaglio con un oggetto massiccio lanciato ad alta velocità: al momento dell’impatto l’intercettore trasferisce la sua “quantità di moto” al bersaglio, modificandone l’orbita (deflessione cinetica). Secondo alcuni, però, con l’attuale tecnologia questo metodo sarebbe inefficace contro oggetti di diametro superiore ai 400 metri. Esiste anche l’ipotesi di far detonare un ordigno nucleare in prossimità del NEO, oppure sulla sua superfice, o perfino al di sotto di essa. La conseguente vaporizzazione istantanea di una parte dell’asteroide creerà un getto di detriti e gas surriscaldati che lo spingerà in direzione opposta. Ma quando si ha a che fare con corpi celesti ancora semisconosciuti non è detto che le maniere forti siano le migliori: infatti, se il NEO dovesse frantumarsi, gli abitanti della Terra potrebbero trovarsi a che fare con uno sciame di grosse meteoriti del tipo “Tunguska”, cioè con un diametro compreso tra i 50 e i 140 metri, capaci di arrecare tutte insieme un danno maggiore.

Questa classe di oggetti desta in realtà una certa preoccupazione. La popolazione totale potrebbe variare tra 300.000 e 1.200.000 unità, di cui attualmente è noto solo l’1% circa. A causa delle loro dimensioni ridotte, questi NEO potrebbero in effetti sfuggire al rilevamento a lungo raggio, e apparire improvvisamente in prossimità della Terra, lasciando alla Difesa Planetaria pochissimo tempo per intervenire. Sull’applicazione delle tecniche di deflessione cinetica contro tali oggetti in condizioni di minimo preavviso, esiste uno studio del dott. Claudio Maccone, fisico-matematico italiano, nuovo Direttore Tecnico dell’IAA (International Academy of Astronautics) per l’esplorazione scientifica dello spazio. Maccone suggerisce di organizzare intorno alla Terra una sorta di perimetro difensivo integrato, costituito da almeno due piattaforme spaziali armate, da schierare in corrispondenza dei punti di librazione del sistema Terra-Luna (vedi punti lagrangiani), escludendo L2 (per non interferire col PAC), e privilegiando invece L1 e L3, i più adatti allo scopo perchè giacciono sull’asse Terra-Luna. Quando il NEO entra nel campo gravitazionale terrestre, da qualsiasi direzione provenga, assume naturalmente una traiettoria iperbolica che ha la Terra come fuoco e giace su uno, ed uno solo, dell’infinito numero di piani che attraversano l’asse Terra-Luna. Ed è su questo unico piano, che contiene a un tempo la Terra, l’intruso, e le batterie missilistiche schierate in L1 e L3, che si combatte la battaglia. Al momento più opportuno, le batterie lanciano i loro intercettori lungo una traiettoria ellittica che condivide un fuoco, la Terra naturalmente, con la traiettoria iperbolica seguita dall’intruso. In questo modo, in base al Teorema delle Coniche Confocali, gli intercettori colpiscono il bersaglio con un’angolatura di 90 gradi, ottimizzando così la deflessione.

Le tecniche di deflessione a impulso prolungato consistono nel sottoporre il bersaglio ad una forza di lieve entità per un lungo periodo di tempo (mesi, o perfino anni), così da poter scegliere con precisione quali dovranno essere le caratteristiche della nuova orbita dell’oggetto, a deflessione ottenuta. Ciò costituisce evidentemente un vantaggio rispetto alle tecniche a impulso istantaneo, largamente imprecise, ma richiede un lungo preavviso che attualmente può essere garantito solo per una minoranza di NEO, quelli individuati dall’ormai concluso programma Spaceguard, per intendersi. Il nuovo Spaceguard è già attivo e mira a portare, entro il 2020 – 2025, nel segmento dei NEO con diametro tra i 140 e i 1.000 metri, la percentuale degli oggetti noti dall’attuale 45% al 90%, e quella relativa al segmento inferiore (50 – 140 metri) dall’attuale 1% al 50%.

Tra le tante tecniche di deflessione a impulso prolungato proposte da scienziati di tutto il mondo, le più sponsorizzate sono due, denominate “Mirror Bees” e “Gravity Tractor”. La prima, ideata dallo Space Advanced Research Team dell’Università di Glasgow, diretto da Massimiliano Vasile, consiste nel provocare la vaporizzazione (ablazione) di una parte del NEO senza ricorrere alle armi nucleari, ma utilizzando uno sciame di piccole navi dotate di specchi per concentrare la luce solare sul territorio asteroidale prescelto, provocando così l’ablazione. Evitare il ricorso alle armi nucleari sarebbe già un bel vantaggio: non ci sarebbe nessun rishio di frantumazione indesiderata dell’asteroide e nessuna violazione del trattato internazionale che bandisce le armi nucleari dallo spazio extra-atmosferico. Inoltre, il numero di navi di cui sarebbe composto lo sciame potrebbe cambiare in funzione delle caratteristiche del bersaglio e dei tempi di preavviso.

Del tutto diversa, ma altrettanto originale, è la proposta che si rifà al concetto di “rimorchiatore gravitazionale” (Gravity Tractor), avanzata dalla B612 Foundation. L’ipotesi è che la pur blanda attrazione gravitazionale esercitata su di un NEO di 140 metri di diametro da una sonda con massa pari a una tonnellata, sia sufficente a imprimere piccole ma significative variazioni nella traiettoria dell’asteroide. Il rimorchiatore comunque non opererà da solo, ma insieme a uno o più intercettori che forniranno, tramite impatto, la maggior parte della spinta necessaria per realizzare la deflessione. Una volta deviato il NEO su una nuova traiettoria, il rimorchiatore metterà in atto le correzioni di rotta utili a evitare che l’asteroide attraversi una delle centinaia di “return keyhole”, piccole porzioni di spazio nelle vicinanze del nostro pianeta che, se attraversate dal NEO, lo condurrebbero su una traiettoria di impatto certo con laTerra in tempi facilmente calcolabili.

La creazione di un sistema di difesa planetaria, nei suoi aspetti politici e organizzativi, è un problema globale che dovrebbe coinvolgere sia i grandi paesi, dotati di una tecnologia spaziale e, sempre più spesso, anche di un arsenale nucleare, sia le nazioni minori: abitiamo lo stesso pianeta e condividiamo gli stessi rischi. Questo potrebbe essere il tema di un prossimo articolo, sollecitiamo i lettori a intervenire.

Fonti:  The Planetary Society,  NASA – JPL, B612 Foundation

20 settembre 2010 Posted by | Difesa Planetaria, Scienze dello Spazio | , , , , , | 4 commenti

   

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