Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Sprite: sonda spaziale ultraminiaturizzata

MasonPeck_NASA02Mason Peck (nella foto qui accanto), professore di ingegneria meccanica e aerospaziale della Cornell University era già noto per aver fondato lo Space Systems Design Studio e per il suo avveniristico lavoro sui dispositivi di aggancio magnetico per uso spaziale. Durante le sue ricerche sulla miniaturizzazione, creò la cosidetta “polvere intelligente”, sistemi di piccoli di sensori microelettromeccanici, in grado di misurare luce e temperatura, di registrare il movimento e la posizione, e perfino di rilevare sostanze chimiche e biologiche.

Il più recente dei suoi progetti si chiama Sprite, che Peck ama definire la sua personale astronave da tasca. Ma quando la produzione degli Sprite sarà a piena forza, il loro peso andrà dai 5 ai 50 milligrammi (mg) a seconda del modello e su un unico chip potranno trovare spazio, realizzati con materiali semiconduttori, tutti gli elementi necessari per una vera, anche se minimale, sonda spaziale da esplorazione: una radio, celle solari per l’alimentazione, condensatori per l’immagazzinamento dell’energia, sensori di carico per misurare l’impatto di particelle, sensori chimici, semplici spettrometri e telecamere CMOS, e tutta la capacità di memoria e la potenza di calcolo che si possono immaginare.

Pur non potendo ospitare un motore, né tanto meno stivare il propellente, lo Sprite può comunque navigare nello spazio. Infatti l’attuale tecnologia ci permette di costruire chip ultrasottili, nei quali il rapporto tra superficie e volume è tale che il momentum della radiazione solare può essere sfruttato vantaggiosamente. Sulla carta uno Sprite potrebbe raggiungere una velocità pari a 10 volte quella di Ikaros, la vela solare giapponese lanciata nel 2010.

sciame di sprites (Gruppo di Sprite in orbita terrestre)

Ma questa non è la sola forma di propulsione che potrebbe essere disponibile per gli Sprite. Se fossero dotati di carica elettrica, e Peck ha concreti progetti in questo senso, potrebbero manovrare in tutto il Sistema Solare come colonie di plancton spazzate dalle correnti oceaniche. avvalendosi della forza di Lorentz, che regola il movimento nei campi magnetici, nel nostro caso quelli che circondano i pianeti. E ancora: l’enorme campo magnetico di Giove, di intensità pari a 20000 volte quello terrestre, potrebbe essere usato per impartire ad una pattuglia di Sprite una velocità sufficiente a raggiungere Alpha Centauri in poche centinaia di anni. Infine, un’altra possibilità per lo Sprite di navigare all’interno del Sistema sarebbe quella di avvalersi dei campi gravitazionali dei pianeti, anziché dei loro campi magnetici, percorrendo la cosidetta Superautostrada Interplanetaria

Anche gli Sprite hanno i loro punti deboli. Il maggiore risiede probabilmente nella bassa potenza dei segnali radio che è in grado di emettere, e ciò si risolverà in una notevole lentezza delle comunicazioni con la Terra. Aumenterà probabilmente la possibilità di errori di trasmissione, anche per la difficoltà di rintracciare un debole segnale in mezzo al fragore delle interferenze naturali e artificiali. Inoltre sarà difficile creare tra gli Sprite una rete di comunicazione così efficiente da rendere loro possibile operare come sciami.

Sprite visione naturaleLo Sprite (eccolo nella foto accanto) è un piccolo oggetto sottoposto nello spazio a sollecitazioni di ogni tipo e intensità: radiazioni, temperature estreme, stress gravitazionali, chimici e termici, e non si intravvedono difese di nessun tipo adattabili ad esso. L’unica difesa risiede forse in ciò che appare proprio come il suo più grande pregio: il basso prezzo di produzione e i costi di lancio molto contenuti. Quindi la possibilità di fare largo uso della ridondanza: ad una previsione di forti perdite si risponde con l’invio di un numero di unità largamente superiore al necessario.

Tutto è piccolo negli Sprite, salvo il loro numero, che rende possibile costruire grandi reti composte da migliaia, ma anche milioni di sensori, capaci di produrre istantanee 3D dello spazio-tempo, qualcosa che nessuna grande sonda o apparato presente nel Sistema Solare è oggi in grado di fare.

Un primo tentativo di portare in orbita un set di Sprite è fallito  un anno fa, ma si sta preparando un secondo tentativo. Guardate il video Kicksat.org per maggiori informazioni.

ROBERTO FLAIBANI

 

 

FONTI:

Titolo originale: “Exploring Space with Chip-sized Satellites” by Mason Peck – published  July 28, 2011 on IEEE Spectrum

Titolo originale: “Sprites: A Chip-Sized Spacecraft Solution” by Paul Gilster – published July 17, 2014 on Centauri Dreams

 

28 giugno 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , | 2 commenti

Le astronavi-arca: un’intervista con Greg Matloff

La prima conferenza dedicata dalla British Interplanetary Society esclusivamente al tema delle astronavi-arca ci è sembrata una buona occasione per fare il punto della situazione con Gregory Matloff, che avevo descritto quando scrivevo Centauri Dreams (il libro) come ‘l’uomo rinascimentale degli studi interstellari.’ Forse più noto per il suo continuo lavoro sulle vele solari, è comunque un uomo dai molteplici interessi. Ha portato a un pubblico più vasto il problema della propulsione nello spazio profondo con il suo libro The Starflight Handbook (1989), che copre l’intera gamma delle opzioni interstellari, ma per oltre trent’anni ha continuato a produrre testi scientifici su temi che spaziano dai Collettori di Bussard alle missioni con propulsione a fasci di microonde. Di recente si è interessato all’espansione della biosfera umana nello spazio, un argomento trattato in libri quali Paradise Regained: The Regreening of Earth (Springer, 2009) e Biosphere Extension: Solar System Resources for the Earth, scritto con C. Bangs, di prossima pubblicazione. Questi ultimi titoli indicano che il suo interesse nei confronti delle astronavi-arca, che Matloff aveva per la prima volta coltivato in studi pubblicati sul  JBIS (Journal of British Interplanetary Society) nei primi anni ’80, continua a essere molto vivo, come l’intervista che segue confermerà (Paul Gilster, 17 agosto 2011).

PG: Greg, so che tu hai un intervento in lista per la conferenza sulle astronavi-arca che la British Interplanetary Society organizza a Londra, anche se non ti è possibile partecipare di persona. E so anche che sei stato scelto dai fratelli  Benford per fare un intervento nel quadro del “100 Year Starship Symposium”. Quando, nel 2004, ho cominciato a fare ricerche in questo campo per il mio libro Centauri Dreams, ho scoperto che sei stato uno dei primi a diffondere questa affascinante nozione, l’idea che una nave spaziale potrebbe diventare un immenso habitat in grado trasportare migliaia, o addirittura centinaia di migliaia di persone tra le stelle. (Nell’immagine: Gregory Matloff).

GM: Sono stato uno dei primi scrittori scientifici ad occuparsi dell’argomento. L’idea in sé risale agli anni ’30 o addirittura prima. Astronavi-arca sono citate in un saggio filosofico di J. D. Bernal, The World the Flesh and the Devil (1929). C’è poi uno straordinario romanzo di fantascienza di Olaf Stapledon intitolato Starmaker (1937). L’autore non solo parla di astronavi-arca, ma lascia intendere che le stelle stesse siano dotate di coscienza.

PG: Gli anni ’30 sono stati un periodo eccezionalmente produttivo sia per la scienza che per la fantascienza.

GM: Estremamente produttivo. C’era un gruppo letterario all’Università di Oxford che è diventato giustamente famoso. Ne facevano parte C.S. Lewis e J.R.R. Tolkien, e il lavoro di Stapledon era spesso oggetto di discussione. Mi sarebbe molto piaciuto esserci e ascoltare quei ragazzi mettere in giro le loro idee poco prima della II guerra mondiale, un periodo in cui tutti sapevano che cosa sarebbe successo da lì a poco. Doveva essere fantastico. L’idea dell’astronave-arca poi scompare, benché Tsiolkovsky la citi parlando di serre spaziali e cose del genere. Ma non la sviluppa veramente e, a quanto ne so, nessuno l’ha mai tirata fuori fino agli anni ’70.

(Nell’immagine John Desmond Bernal, fisico e cristallografo inglese, nel suo The World, The Flesh & The Devil (1929) ha studiato la presenza umana in astronavi-arca e ha esaminato la possibilità delle vele solari molto prima che diventasse pane quotidiano per gli articoli scientifici.)

Prima che Gerard O’Neill entrasse in scena, venne Dandridge Cole che parlava di “macrolife” e della possibilità di scavare asteroidi con lo scopo di creare habitat dove poter lavorare. Lo stesso Gerard O’Neill è importante perché riprende l’idea e la concretizza. O’Neill aveva persone importanti che lavoravano per lui, come per esempio l’astronauta Brian O’Leary, e Thomas Heppenheimer, che divenne un noto scrittore di tematiche spaziali, ed Eric Drexler, che diventò il co-fondatore del campo della nanotecnologia. Erano tutte persone molto brillanti e lavorarono con O’Neill sul tema delle colonie spaziali. Sull’argomento O’Neill ha citato Stapledon, che Arthur Clarke considera un vero e proprio visionario della fantascienza, riferendosi a Starmaker.

PG: Le astronavi-arca rappresentano ancora un tema nella fantascienza d’oggi?

GM: Negli ultimi trent’anni ho trovato riferimenti forse in un paio di brani. In  Heart of the Comet (1986), di Greg Benford e David Brin, c’è gente che  scava nella cometa di Halley per renderla abitabile. Il libro ipotizza inoltre la possibilità di  caricare l’essenza umana in un computer e cose del genere. La fantascienza sembra aver fatto molti passi indietro rispetto a quella degli anni ’20 e ’30. Sì è andati nella direzione di una fantascienza militare da una parte e del fantasy dall’altra. Entro in libreria a cercare fantascienza, ben disposto a comprare, ma difficilmente c’è qualcosa che mi attira, persino da Barnes & Noble. Trovo la cosa piuttosto deprimente.

Guardarsi dentro: prospettive e conseguenze

PG: Tutto questo sembra molto lontano dall’intensa visione degli anni ’30.

GM: Proprio così. Probabilmente ora faremo esplorazione verso l’interno invece che verso l’esterno. Un libro che abbiamo acquistato di recente è How the Hippies Saved Physics, di David Kaiser (2011). Parla di persone che hanno cominciato ad applicare la meccanica quantistica alla coscienza umana. E’ venuto fuori che C (la moglie di Matloff – n.d.e.) e io conoscevamo bene uno di loro, Evan Harris Walker,  scomparso qualche anno fa. Era molto preso da questo approccio. Credo che quello che è successo è che l’esplorazione interiore, probabilmente a causa degli anni ’70, ha sostituito l’esplorazione esterna nella mente di molte persone. Potrebbe avere un senso: infatti negli anni ’70 si pensava che si potesse fare esplorazione prendendo una pillola o qualcosa del genere. In seguito imparare a farlo attraverso la meditazione e lo yoga è sembrato più facile che finanziare un progetto da miliardi di dollari per lanciare un gruppetto di persone nello spazio profondo.

PG: Proprio come è più facile configurare un sistema di realtà virtuale. Forse stiamo andando sempre nella stessa direzione.

GM: Penso di sì. Effettivamente, circa due anni fa, nell’ottobre del 2009, C e io siamo andati a un incontro di singularity people (i seguaci  dello scrittore Vernor Vinge, che ritene l’Umanità muoversi in direzione di una “singolarità digitale”, dove i computer sono diventati così intelligenti che gli Umani non riescono più a capire cosa fanno e le macchine delle prossime generazioni saranno completamente al di là della loro comprensione – n.d.e.). Eravamo ospiti di Greg Benford. Era molto interessante sentire quei brillanti matematici che parlavano di realtà virtuale infilandoci dentro la coscienza umana. E’ un pensiero attraente. Ma è più attraente del SETI? E’ più attraente dell’idea di andare veramente a colonizzare nuovi mondi o di estendere la biosfera al di là della Terra — non saprei! E’ un argomento che affronto continuamente con gli studenti. Alcuni sono molto più interessati all’esplorazione interiore che a quella esterna e io non ho nessuna risposta al problema, tranne che spero che estenderemo la biosfera, perché, a  mio avviso, si tratta di un obiettivo di consapevolezza tecnologica. E’ una cosa che possiamo fare e dovremmo farla piuttosto che lasciare tutti quanti continuare a vivere dentro a una scatoletta. Ma magari verrà fuori che io e te siamo in minoranza su questo argomento.

(Nell’immagine Olaf Stapledon, un punto di riferimento fondamentale per C.S. Lewis e J.R.R. Tolkien. Influenzò le successive opere di Lewis, che infatti furono scritte in parte come risposta alle idee dello stesso Stapledon).

Le ragioni per costruire un’astronave-arca nel breve periodo

PG: Può darsi, ma penso che il concetto di astronave-arca sia in qualche modo l’espansione della biosfera portata alle estreme conseguenze. Perché si tratta di navi gigantesche. Ma quanto sono grandi concretamente?

GM: Ci sono varie stime per quanto riguarda le dimensioni di una astronave-arca. Se parliamo di un’arca interstellare, che è un po’ come vivere in un sottomarino, allora potrebbe avere le dimensioni di un sottomarino. Questo lo diceva Edward Gilfillan negli anni ’70 autore di Migration to the Stars, 1975). Era un professore emerito del MIT. Ma le colonie di O’Neill hanno molto più senso. Le più piccole peserebbero sulla Terra quasi mezzo milione di tonnellate. Potrebbero accogliere intorno a diecimila persone e avrebbe la dimensione massima di circa un chilometro. Volendo costruirne una più grande, in grado di ospitare una popolazione di centomila unità, si parlerebbe di qualcosa con una massa tra i 5 e i 50 milioni di tonnellate. Ho dimenticato il numero esatto, ma si tratta del modello 3 di O’Neill, una cosa di circa dieci chilometri di lunghezza, vale a dire approssimativamente le dimensioni di Manhattan.

PG: Si tratta effettivamente di costruzioni enormi. Ma quali sono le motivazioni che ci potrebbero indurre a realizzarle?

GM: Secondo O’Neill (nell’immagine: Gerard K. O’Neill) il motivo principale sarebbe stato la possibilità di approvvigionare la Terra di energia. Pensava che saremmo dovuti partire per scavare miniere sulla Luna, e anche sugli asteroidi più vicini, per procurarci il  materiale per costruire satelliti dedicati a raccogliere energia solare e spedirla sulla Terra. Ed è proprio quello che farebbe la popolazione di questi habitat spaziali molto prima di migrare altrove. Purtroppo, la tecnologia lo ha in un certo senso superato in questo campo. O’Neill ha progettato i suoi habitat negli anni ‘70, quando i moduli fotovoltaici avevano un’efficienza forse del dieci percento e uno spessore di circa un millimetro o qualcosa del genere. Per realizzarli sarebbe servito un sacco di materiale. Ora l’efficienza è salita al 30 percento e parliamo di circa 10 o 20 micron. Sulla vela solare giapponese IKAROS si stanno mettendo alla prova alcuni di questi moduli fotovoltaici ultrasottili. Qui si parla di qualcosa che è spesso circa 20 micron e ha un’efficienza di certo superiore al 10 percento.

PG: E i test hanno avuto successo.

GM: Sì, un grande successo, e naturalmente si spera che poi non venga fuori che  i materiali si degradano con il tempo. Il capo del gruppo giapponese IKAROS ha fatto un intervento ad Aosta, ma purtroppo non aveva ancora dati sulla degradazione di queste vele. E’ vero che è passato solo un anno, ma finora stanno funzionando alla perfezione. Quindi potrebbero funzionare benissimo in ambiente interplanetario. Dal punto di visto dell’energia questa è un’ottima cosa, perché significa che, in particolare con il Falcon 9 Heavy, se le cifre di Elon Musk sono esatte, potremmo riuscire a lanciare satelliti per raccogliere energia solare in orbita geosincrona persino se sono stati costruiti direttamente qui sulla Terra. E che questi, se hanno una durata considerevole e una buona efficienza, potrebbero addirittura rivelarsi remunerativi. Vedremo come si mettono le cose. Tutto ciò è ottimo dal punto di vista dell’energia terrestre, ma in un certo senso rappresenta una battuta d’arresto per le colonie di O’Neill. Nel frattempo sta nascendo qualcosa di totalmente inatteso: il turismo spaziale. A guardarlo bene è un fenomeno molto interessante. Già qualche migliaio di persone si sono prenotate per la Spaceship II di Richard Branson, spendendo  circa 150.000 dollari a testa per sperimentare dieci o quindici minuti di assenza di peso. Altri, non ho idea di quanti siano, si stanno prenotando, al costo di un milione di dollari, con Robert Bigelow, che vorrebbe costruire un hotel spaziale attraverso la sua Bigelow Aerospace. A questo punto qualcuno potrebbe osservare che se si prende un hotel spaziale e lo si vuole gestire in maniera efficiente ed economica al di sopra dell’orbita bassa, bisogna aggiungerci una serra per coltivare almeno una parte del cibo. E forse bisognerebbe studiare qualche maniera per proteggerlo dai raggi cosmici al di là della magnetosfera, usando campi magnetici oppure schermature massicce. Se così fosse, i moduli gonfiabili di Bigelow o gli hotel dello spazio potrebbero cominciare ad avvicinarsi alle dimensioni di una astronave-arca.

PG: Pensiamo sempre alle astronavi-arca come a una realtà che sarà possibile tra moltissime generazioni, ma quello di cui stiamo parlando in realtà non è poi così distante.

GM: No, tutte queste cose stanno succedendo a notevole velocità. E, secondo me, molti ne sono scontenti perché hanno in mente il vecchio modello di sviluppo spaziale, in cui tutto è in mano al governo, con pochissimi benefici per il volgo. Ma è sempre possibile che un singolo individuo, molto ricco e in cima alla scala economica, decida di finanziare questa impresa così come i ricchi  finanziarono il Rinascimento 500 anni fa.

Trasferirsi nel cosmo

(Nell’immagine: l’interno di Rama, un’astronave-arca aliena, descritta da Arthur Clarke nell’omonimo romanzo. Appare in tutto e per tutto simile al Cilindro di O’Neill modello 3).

PG: E’ un’idea affascinante. E quindi è di crescita organica che stiamo parlando. Quando ci avventuriamo nello spazio per qualsiasi ragione, cominciamo a costruire in piccolo quel tipo di habitat che potrebbe alla fine diventare piuttosto grande, delle dimensioni delle strutture di O’Neill. E poi si giunge a un punto in cui la gente è stata in uno di questi habitat abbastanza a lungo da considerarlo un modo di vita privilegiato. C’è la possibilità allora che qualcuno dica: “restiamocene nel nostro habitat e andiamo a esplorare le stelle”?

GM: Gli studi fatti sulle astronavi-arca nei primi anni ’80 da gente come Alan Bond, Tony Martin, o io stesso, indicano che possiamo parlare di viaggi millennari, che durano un paio di migliaia di anni usando motori a impulso di fusione o vele solari ad alto rendimento che vengono dispiegate vicino ai soli. E forse ci sono altri sistemi da prendere in considerazione, per esempio la vela elettrica. Naturalmente, una volta che c’è una popolazione che abita lassù o è abituata a vivere nello spazio profondo, un gruppo di individui senza legami con la Terra, qualcuno a un certo punto potrebbe anche decidere di traslocare ad Alpha Centauri, o a Tau Ceti o in qualsiasi altro posto. Gli abitanti delle astronavi-arca potrebbero diventare un inedito genere di migranti, che viaggiano tra le stelle e scelgono di non abitare in nessuno dei pianeti con cui entrano in contatto, limitandosi a fare rifornimento e proseguire. E’ uno scenario che ricorda la fantascienza degli anni ’70, per esempio gli Esterni di Larry Niven, una delle razze aliene del suo Ciclo dello Spazio Conosciuto. Gli Esterni fanno esattamente questo: si spostano in astronavi-arca, e trovano poco elegante viaggiare a una velocità superiore di uno o due percento a quella della luce.

PG: Questo mi piace moltissimo, perché è un capovolgimento totale del modo di pensare comune. Cerchiamo tutti di andare più veloci possibile e, al tempo stesso, abbiamo tutti la percezione degli orizzonti a breve termine. Qui invece si dice: perché tanta fretta? Se non ci arriviamo in questa generazione, forse potremo arrivarci nella prossima, o forse tra un centinaio di generazioni.

GM: Proprio così. Ed è quello che fanno. Se ricordo bene, la ragione per la quale i terrestri avevano sviluppato l’hyperdrive in quelle storie, è che si tratta di un oggetto di scambio. Gli Esterni non sono interessati a cose del genere,  ma le scambiano per ottenere quello che veramente desiderano. Indubbiamente l’hyperdrive è una tecnica interessante; permette a chi lo vuole di andare più veloce, ma per noi il viaggio in sé è quello che davvero conta.

PG: Mi piacciono molto le storie di Niven di quell’epoca. Adesso che mi ci fai pensare mi viene voglia di rileggerne alcune.

GM: Certo! Sono fantastiche. E più ci penso e più la fantascienza è signficativa per la scienza. La fantascienza visionaria è molto, molto importante. Gente come Clarke, Asimov, Stapledon. Asimov afferma che le prime migrazioni dalla Terra avvengono grazie alle astronavi-arca, che lui chiama interstellar arks.

PG: In quali libri?

GM: Nel Ciclo della Fondazione dice che le rovine di alcune di queste arche sono scoperte vicino a pianeti in orbita intorno a varie stelle, tra cui uno o due pianeti nel sistema di Alpha Centauri, e non sanno da dove queste provengano. Una delle ipotesi è che fossero originarie di Sol, 50.000 anni prima. Ma la documentazione è andata smarrita.

L’astronave-arca e la vela

(Nell’immagine:: una vela solare fotonica in formato “eliogiro” a sezioni indipendenti)

PG: Greg, anche se non vai a Londra per la conferenza sulle astronavi-arca, so che un vi verrà presentato un tuo articolo sul tema della propulsione a mezzo di vele. Puoi dirci qualcosa sull’argomento?

GM: Per quanto riguarda le vele le cose stanno così: ora sappiamo che le vele solari sono l’unico tra i sistemi di propulsione per i viaggi interstellari suggeriti fino ad ora che può essere usato per accelerazione, decelerazione e schermatura dai raggi cosmici strada facendo, perché le vele semplicemente si possono avvolgere intorno all’astronave. Quindi è uno strumento con triplice funzione, cosa che nessuno degli altri metodi possiede. E nel mio testo passo in rassegna molta della letteratura in cui si tratta di accelerazione e decelerazione e spiego che, al momento, il materiale più studiato per le vele è il berillio. A quelli della NASA proprio non va giù.

Les Johnson [NASA MSFC] era presente alla conferenza di Aosta, non ricordo se è quella in cui c’eri anche tu, e quando ho descritto come funziona una vela al berillio ha fatto una perfetta imitazione di Indiana Jones esclamando, “Oh no, perché proprio il berillio?” E non aveva tutti i torti. Se la NASA vuole costruire una sonda per la Nube di Oort, che sarà una piccola arca del ventunesimo secolo (e da qui a cinquanta o sessanta anni potrebbe realmente costruire un prototipo di veicolo spaziale capace di realizzare tanto un volo interstellare, quanto  l’esplorazione della Nube di Oort) ora come ora il berillio è l’unico candidato come materiale per la vela, ma purtroppo è anche altamente tossico. Secondo Les, se usiamo questo materiale dovremo affrontare enormi perdite e gravissimi problemi di sicurezza. Io ho capito il suo ragionamento, ma la tecnologia cambia molto in fretta. Ci sono oggi materiali come i nanotubi di carbonio e più recentemente il grafene. Sono interessanti perché il loro spessore può essere misurato in nanometri (cioè dell’ordine di un paio di molecole). Vele così costruite avrebbero riflettanza o assorbanza finite, cioè sarebbero molto robuste, anche se di massa minima. Si tratta naturalmente di vele fotoniche, quindi si può certamente immaginare di ridurre il tempo della traversata interstellare con la vela a qualcosa come un millennio, o forse ancora meno. Non so. Esiterei a dire che abbiamo scoperto già tutto.

PG: A dire il vero ricordo che Les diceva questo a proposito del berillio due anni fa ad Aosta. Ma tu sostieni che questi nuovi materiali saranno molto più sottili di tutto quello che si potrebbe fare con il berillio?

(Nell’immagine Les Johnson mostra un campione di materiale al carbonio per le vele solari del futuro)

GM: Penso che saranno al tempo stesso più sottili e più robusti di quello che stiamo facendo con il berillio e che potrebbero non essere tossici durante la lavorazionee . Ora come ora sono costosissimi. Procurarsi la quantità di grafene sufficiente a coprire un francobollo costerebbe qualcosa come 75 milioni di euro. E, di conseguenza, costruire un’intera astronave manderebbe in rovina il pianeta, anche se il pagamento fosse dilazionato per un secolo intero. Quindi il prezzo del grafene deve scendere, e di parecchio. Uno dei partecipanti al congresso di Aosta sosteneva che questo non è impossibile, anzi che è proprio quello che è successo all’alluminio. Quando venne per la prima volta riconosciuto come un metallo con grandi potenzialità commerciali, direi un secolo e mezzo fa, l’alluminio era notevolmente costoso. Ma poi furono sviluppati diversi processi commerciali e il prezzo cominciò a scendere vertiginosamente. E mentre scendeva vennero trovate sempre più applicazioni che contribuirono ad abbassarlo ulteriormente.

PG: Che tipo di missione prevederesti? Possiamo parlare di un passaggio vicino al Sole (per sfruttare l’effetto fionda gravitazionale n.d.e.), ma i nostri colonizzatori non sembrano avere una grande fretta, no?

GM: Effettivamente no. Utilizzando il grafene si potrebbe partire direttamente dall’orbita terrestre per arrivare a destinazione in un migliaio di anni. Perché è molto, molto sottile, dipende da come la sua riflettanza o assorbanza variano con la temperatura. In realtà non sappiamo ancora molto su questo materiale. Ma per il momento non possiamo fare ancora nulla di concreto: è un materiale nuovo di zecca, con cui è molto difficile lavorare. E’ costosissimo e ci sono solo una manciata di laboratori in tutto il pianeta in grado di produrlo. Quindi, ora come ora, è un materiale scientifico e non un materiale ingegneristico.

La vita all’interno del colosso

PG: Quando si parla di viaggi millenari entrano in gioco enormi questioni di ordine sociologico.

(Nell’immagine: Robert Heinlein)

GM: E’ vero: l’equipaggio dovrebbe affrontare interessanti questioni sociologiche. Come diventare una società capace di restare intatta così a lungo? Era interessante che Arthur C. Clarke non fosse ottimista per quanto riguarda la sociologia, mentre lo era per quanto riguarda la tecnologia. In un ciclo di romanzi iniziato con Incontro con Rama (1972), Rama è una astronave-arca aliena che arriva nel Sistema Solare e invita i terrestri a lanciare un’astronave e viverci con alcuni degli alieni. Alla fine alcune migliaia di terrestri accettano e devono decidere come vivranno sulla astronave-arca. Decidono che la loro sarà una società con molti eventi sportivi e quindi costruiscono varie strutture per ospitarli. Ma uno dei giocatori più bravi decide di prendere il potere. E organizza una squadra di individui che lavorano per lui e che riducono in schiavitù o massacrano tutti gli altri maschi mentre le donne diventano giocattoli sessuali, dando vita uno stato fascista di cui diventa il capo. Ma poi una delle donne si ribella e riesce a stabilire un contatto con l’intelligenza che controlla l’astronave-arca, che è l’intelligenza suprema dell’universo, ottiene aiuto e riesce a scatenare una rivoluzione coronata dal successo. Sì, d’accordo. In ogni circostanza quello che ci presenta nei suoi libri è pessimismo nei confronti della sociologia, come d’altra parte anche Heinlein in Universe e Common sense nei primi anni ’40. C’è una astronave-arca che viaggia tra la Terra e Proxima Centauri, ma tutte le strutture sociali si sfasciano, e col passar del tempo i viaggiatori si convincono che l’universo sia l’astronave-arca stessa. Queste due storie sono poi confluite nel romanzo Orphans of the Sky (in italiano Universo N.d.T.), pubblicato con questo titolo nel 1963. E’ una storia molto ben congegnata e quindi a un certo punto i protagonisti riescono a entrare nel sancta sanctorum, la stanza del controllo, vedono che cosa sono le stelle, scoprono la verità riguardo all’universo e proprio mentre stanno attraversando un sistema solare che probabilmente è il sistema di Proxima Centauri dove, guarda caso, c’è un pianeta abitabile. In qualche modo la navetta da sbarco può essere manovrata anche da non addetti ai lavori quindi riescono ad atterrare. Ok, Heinlein stava facendo l’impossibile per dare un lieto fine alla sua storia, ma in ogni caso la sociologia sarà un elemento di grande peso, perché non abbiamo mai avuto piccole comunità umane isolate per un periodo di tempo così lungo. Ci sono arrivate dal passato notizie a proposito di alcune esperienze di questo tipo, che hanno avuto esiti non proprio felici.

Una delle esperienze è stata quella dei Vichinghi che erano arrivati nel Vinland (l’odierna Groenlandia n.d.e.) e vi avevano insediato una piccola colonia (la vicenda è raccontata nella Saga of the Greenlanders). Una delle donne è Freydis, la figlia di Erik il Rosso, che decide che gli inverni sono troppo freddi. Vuole avere più caldo: perché deve avere solo un maschio da cui farsi fare le coccole? Quindi massacra tutte le sue sorelle in modo da avere tutti gli uomini per sé. Vivono in una piccola colonia e non hanno niente a che fare con gli altri abitanti della zona, cioè i nativi americani, che chiamano Skraelings. Questo potrebbe forse essere un esempio di colonia spaziale in cui le cose sono andate male e che si sta trasformando in tragedia.

PG: D’altra parte penso che una potenziale ragione di ottimismo sarebbe che una astronave-arca sufficientemente grande avrà una popolazione piuttosto numerosa, quindi una maggiore diversificazione può forse giocare in favore della sopravvivenza. Ma io credo che la cosa più giusta che hai detto è esattamente in sintonia con la conferenza dell’astronave dei cent’anni, e cioè che, mentre comunemente si pensa al volo interstellare come se fosse un problema di propulsione, un tale campo di ricerca richiede  in realtà un approccio multidisciplinare.

(Nell’immagine, l’interno di un cilindro di O’Neill modello 3, progettato come colonia spaziale per ospitare 100.000 persone).

GM: Verissimo. Hai detto bene, è importante avere una popolazione numerosa e credo che O’Neill ipotizzasse che un habitat spaziale, per essere autosufficiente, dovesse avere una popolazione di circa un centinaio di migliaia di unità, o almeno di svariate decine di migliaia. A questo punto bisogna chiedersi come la gente passerà il tempo. Se abbiamo una popolazione così numerosa, che cosa faranno tutti in mezzo alle stelle? Forse bisogna progettare una nave in modo tale che  la nave stessa non sia mai del tutto finita. Forse l’ecosistema ha sempre bisogno di aggiustamenti per poter funzionare. O forse si potrebbe lanciare una seconda nave piena di materiali da utilizzare al bisogno. Uscire fuori e andare a lavorare sulla seconda nave diventerebbe uno dei periodici episodi eroici di questa cultura chiusa. Penso al fatto che sembriamo sempre aver bisogno di eroi, se non in guerra, almeno nello sport. Guarda il numero di sport che il mondo industrializzato e sviluppato pratica oggi, e solo per mantenersi in salute. Questo potrebbe essere anche un modo per dare un ruolo nella società a coloro che altrimenti rischierebbero di trasformarsi in criminali.

Uno studio multidisciplinare

PG: Tutto ciò ci spinge a tener conto di sociologia, filosofia e storia, per osservare il comportamento umano in scenari ambientati in luoghi remoti.

GM: Sì. Mi piacerebbe moltissimo conoscere la storia degli inizi della civiltà minoica nei luoghi dove si trova la moderna Gaza. O quando  le popolazioni  minoico-micenee colonizzarono Mileto in Asia Minore. Mileto divenne una sorta di progenitore della Russia e di molti paesi dell’Europa dell’est, perché proprio da Mileto, circa dal 1000 a.C. in poi, cominciarono a partire coloni in gran numero, che costruirono insediamenti in tutta l’area del Mar Nero. Vorrei tanto sapere quanti di loro ebbero successo e quanti fallirono, che tipo di interazione c’era. Si facevano la guerra tra di loro? Combattevano contro le popolazioni indigene? Mi affascina molto anche la storia degli antichi Etruschi. Erano, ovviamente, fortemente influenzati dalla civiltà minoico-micenea, ma in che modo questo avveniva? Erano una colonia diretta? Probabilmente non lo sapremo mai. O erano popolazioni indigene che  si davano da fare per cercare di costruire le loro proprie città?

PG: Hai menzionato la possibilità di avere una seconda nave contenente risorse che la prima potrebbe sfruttare. Quella della seconda nave è comunque una buona idea perché proprio la natura umana ci dice che abbiamo bisogno di un vicino, un eventuale “altro da noi”.

(Nell’immagine: un libro da non perdere)

GM: C’è la possibilità di inviare una piccola flotta, invece di singole navi, soprattutto se si sta usando qualcosa come una vela solare fotonica o addirittura una vela elettrica, perchè la propulsione è sempre a costo zero, e la possibilità di partire potrebbe essere garantita a tutti quelli che lo richiedono. Potrebbero commerciare tra di loro, forse potrebbero organizzare competizioni politiche o atletiche, o addirittura alcune forme di guerra fortemente ritualizzate, come sappiamo che succedeva anticamente presso le popolazioni native americane. Potremo mettere alla prova qualsiasi tipo di modello sociale tramandatoci dalla storia.

PG: Questa discussione ci riporta a quella meravigliosa conferenza del 1983 intitolata “Interstellar Migration and the Human Experience” (le migrazioni interstellari e l’esperienza umana), in cui tu gestivi un gruppo multidisciplinare che si radunava per esaminare questo tipo di questioni, per esempio eventi quali la colonizzazione delle isole del Pacifico.

GM: Sì, è proprio quello che ha fatto Ben Finney. Purtroppo io in realtà non ero presente a quella conferenza, tenutasi a Los Alamos a 1983, e mi dispiace moltissimo. Non ho mai incontrato Ben Finney e vorrei molto farlo.

Titolo originale: “Worldships: A Interview with Greg Matloff”  scritta da Paul Gilster e pubblicata in Centauri Dreams il 17 agosto 2011. Traduzione italiana di Beatrice Parisi e Roberto Flaibani. Questo articolo prosegue una fase di collaborazione con Centauri Dreams, che ci auguriamo lunga e fruttuosa.

21 novembre 2011 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , , , , | 8 commenti

LightSail, la vela solare antesignana del volo interstellare

Nel video: Louis D. Friedman, direttore tecnico del Progetto LightSail, fa da guida nel laboratorio dove si costruisce il veicolo spaziale.

Archiviato il grande successo di Ikaros, e in attesa di informazioni su Ikaros-2, si riaccende l’interesse a proposito di LightSail, l’altro progetto di vela solare in fase di avanzata realizzazione. Il lancio della prima delle tre sonde previste è infatti programmato per la prossima primavera.

Ikaros e LightSail non potrebbero essere più diverse. La prima, coi suoi 315 chili di peso, è una vera e propria piattaforma per sperimentare una nuova generazione di tecnologie, materiali e procedure utili allo sviluppo di un inedito sistema di propulsione, un ibrido tra vela solare e motore elettrico a ioni, in grado di muoversi liberamente nell’intero Sistema Solare. LightSail, invece, viene presentata come un prototipo destinato allo studio del puro volo spaziale con vela solare, idealmente un passo avanti nella direzione del volo interstellare con piccoli carichi utili. E infatti la strumentazone installata su LightSail-1 è quella minima indispensabile, quasi esclusivamente dedicata al rilevamento di dati come l’assetto, l’accelerazione, la capacità di manovra, cosicché la sonda, in configurazione completa, dichiara alla bilancia solo 5 chili, meno del 2% di Ikaros. Oltre a questo, ci sono anche altri elementi che marcano la differenza tra Ikaros e LightSail: per esempio il metodo prescelto per eseguire il dispiegamento della vela. A differenza dei Giapponesi, che si affidano alla forza centrifuga generata da un movimento rotatorio impresso al veicolo spaziale, LightSail utilizza un sistema a motore sviluppato presso l’Air Force Research Lab.

Infine va segnalato che, una volta raggiunti gli obiettivi della sua missione principale, LightSail-1 eseguirà ricerche sull’uso della vela solare non in funzione propulsiva, ma come agevolatore nelle operazioni di rientro nell’atmosfera, cioè la tecnologia di Nanosail-D , un progetto NASA per l’eliminazione dell’ingente numero di rottami presente sopratutto nelle orbite basse, che sta creando gravi rischi alla navigazione spaziale.

Fonti:  The Planetary Report nn. 4, 5 – 2010.   Per il video si ringrazia The Planetary Society

22 ottobre 2010 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio | , , , , | 3 commenti

Dopo Ikaros, dove? Future missioni per le vele solari

Mentre Ikaros (figura a sinistra) ha dimostrato di saper catturare la radiazione solare e di accelerare sotto la sua pressione, ed è ora impegnato in una lunga serie di test di navigazione, dalla Planetary Society giungono notizie confortanti sul Progetto Lightsail. L’assemblaggio della prima delle tre vele procede nei tempi stabiliti, anche se non c’è ancora una data di lancio ufficiale. Comunque, se i voli di collaudo in orbita terrestre di Lightsail-1 e 2 dovessero rivelarsi dei successi senza ombre, allora si potrebbe installare su Lightsail-3 un’adeguata strumentazione per condurre ricerche e osservazioni del Sole, e inviarlo al punto L1 Sole – Terra. Ben più ambiziosa, invece, la missione prevista per Ikaros-2: raggiungere e studiare i cosidetti “Asteroidi Troiani”, situati ai punti L4 e L5 Sole – Giove. L’orbita del gigante gassoso viene considerata il limite operativo per le vele solari, al di là del quale la pressione della radiazione solare sarebbe insufficente a garantire buone prestazioni. Perciò il secondo Ikaros sarà molto diverso dal primo: la vela avrà un diametro di 50 metri e forma floreale (la cosidetta configurazione “heliogyro”) e la sonda sarà dotata anche di un motore a ioni, alimentato dall’energia elettrica generata dalla stessa pellicola fotovoltaica che viene sperimentata oggi sul primo Ikaros. Ma, dato che l’attenuazione della radiazione solare ridurrà l’efficienza della pellicola a solo il 4%, basterà questo a far funzionare il motore a ioni? Si vedrà, il lancio è previsto negli ultimi mesi del 2010 (leggi: intorno al 2019 – addendum 06/02/11). Si noti infine che la decisione di inviare sia Lightsail che Ikaros a posizionarsi su dei punti lagrangiani non è affatto casuale. Tali punti, infatti, sono tutt’altro che stabili, e la loro posizione può cambiare sotto l’influsso di forze diverse, obbligando eventuali sonde che volessero mantenersi in librazione a frequenti correzioni di posizione. Strutturalmente libere da ogni problema relativo al propellente, le vele solari sono quindi candidate ideali per missioni dirette ai punti lagrangiani.

Il campo magnetico terrestre fa da scudo al pianeta contro i raggi cosmici e il vento solare. Oltre ad essere dannoso per gli organismi viventi in superficie, nei periodi di intensa attività del Sole, i cui picchi si verificano ogni 11 anni circa, il vento solare può causare seri problemi a qualsiasi impianto non schermato e ai satelliti in orbita geostazionaria. Il campo si estende nello spazio formando la magnetosfera (figura a sinistra), che presenta una forma allungata, orientata costantemente verso il Sole, compressa nella zona giorno e molto allungata nella zona notte, e un’intensità sempre variabile. La magnetosfera è attualmente oggetto di studio della missione Cluster dell’ESA, composta da 4 sonde che volano in formazione, lanciate nel 2000 e operative almeno fino al 2012, e della sonda cinese Double Star. Geosail è il nome della missione ESA che dovrebbe proseguire le ricerche sulla magnetosfera, quando la costellazione Cluster non sarà più operativa, e nello stesso tempo costituire un completo test di collaudo per una vela solare. Un lanciatore posizionerà la sonda in orbita geostazionaria, dove la vela verrà dispiegata, e darà inizio a un lento processo di modifica della traettoria. In 6-18 mesi Geosail si trasferirà su un’orbita fortemente ellittica con perigeo a 70.000 km e apogeo a 147.000 e l’asse maggiore allineato con quello della magnetosfera, in direzione del Sole. E non basta: a causa del moto di rivoluzione della Terra, l’asse della magnetosfera cambia continuamente direzione per mantenere l’allineamento col Sole. Per mantenersi a sua volta in asse con la magnetosfera, Geosail dovrà compensare tali variazioni modificando la propria orbita in ragione di 1 grado al giorno circa. Una simile missione sarebbe improponibile per una sonda equipaggiata con motori a razzo, ma sembra invece tagliata su misura per una vela solare di modeste dimensioni, diciamo tra i 30 e i 50 metri di diametro, e una massa tra gli 80 e i 200 kg, uno scherzo a confronto dei 1200 kg di un Cluster, di cui la metà era rappresentata dal carico di carburante (fig sinistra: orbita Geosail)

Lo studio della magnetosfera viene considerato uno dei settori di punta della ricerca spaziale e Geosail non è l’unico progetto dedicato a esso. Una valida alternativa potrebbe essere, sempre in ambito ESA, il Progetto Constellation, che prevede di popolare la magnetosfera con ben 35 aquiloni solari di forma quadrata (figura a destra),con superfice pari a 25 mq e un carico utile di peso inferiore al kilo, comprendente un magnetometro, un sensore per le polveri spaziali, e rilevatori del plasma e dei protoni del vento solare. Piazzati nei punti strategici, gli aquiloni realizzeranno una rete in grado di monitorare costantemente la magnetosfera nei suoi valori di base, in tempo reale.

L’eclittica è l’orbita che la Terra percorre intorno al Sole, e l’equatore terrestre è inclinato rispetto ad essa di circa 23°. Quando si lancia un veicolo spaziale, generalmente il razzo vettore viene programmato per allinearsi col piano dell’equatore o con quello dell’eclittica. Se si vuole che il veicolo entri in orbita terrestre, sarà più economico sceglierne una a bassa inclinazione rispetto al piano equatoriale, per consentire al veicolo di utilizzare a proprio vantaggio il moto di rotazione della Terra. E’ convenzione, infatti, definire a inclinazione zero l’orbita che giace esattamente sul piano equatoriale, mentre il veicolo spaziale che la percorre si muove nel senso di rotazione del pianeta. Analogamente, se la destinazione si trova al di fuori del campo gravitazionale terrestre, muoversi sul piano dell’eclittica consentirà al veicolo di utilizzare a proprio vantaggio il moto di rivoluzione della Terra, per raggiungere la velocità di fuga. L’orbita con inclinazione pari a 90° viene chiamata Orbita Polare, mentre le orbite con inclinazione maggiore di 90° sono definite retrogade. L’aspetto interessante dell’Orbita Polare è che il satellite, mentre si muove tra i due poli, vede passare sotto di se letteralmente tutta la superfice del pianeta (figura a sinistra). Sebbene non possano esistere orbite polari geostazionarie, è certamente possibile piazzare dei satelliti al di sopra dei poli, anche se a grande distanza dal pianeta, e poi “compensare” con la vela in modo da mantenere invariata la posizione (missione Pole Sitter). Da lì si può controllare tutto l’emisfero corrispondente in tempo reale: niente di meglio per chi si occupa del monitoraggio delle risorse naturali, delle previsioni del tempo, della raccolta dati per qualsiasi operazione di mappatura e naturalmente per l’intelligence militare e quant’altro. Purtroppo però l’Orbita Polare è la più costosa da raggiungere: quei 90 gradi di inclinazione sul piano equatoriale annullano completamente il vantaggio dato dalla rotazione terrestre. Il problema può essere elegantemente risolto utilizzando il lanciatore per raggiungere un’orbita equatoriale di “parcheggio”, e da lì servirsi di una vela solare per regolare a piacere, e a costo zero, l’inclinazione dell’orbita.

La missione Solo-Sail (Solar Orbiter) mi sembra una delle più audaci tra quelle considerate realizzabili con l’attuale livello tecnologico della vela solare. In sintesi, dopo un volo diretto Terra – Sole della durata di 37 mesi, la sonda si inserisce in un’orbita molto ravvicinata (0,172 UA; 1UA=distanza Sole-Terra), in sincronia con l’equatore solare. Da lì, con un ulteriore volo di circa 20 mesi, Solo si sposta in orbita polare, quella definitiva. Per offrire le prestazioni richieste, la vela sarà di forma quadrata, con ciascun lato lungo 167 metri. Siccome in prossimità del Sole la vela dovrà operare a temperature vicine ai 300°C, limite operativo per molti materiali plastici, parte di essa dovrà ricevere un trattamento al cromo, per garantire il controllo della temperatura. In realtà esiste una “vera” missione Solar Orbiter, un confronto tra le due può essere istruttivo.

Vorrei precisare che tutti i dati qui riportati per illustrare le ipotetiche missioni ESA “sail propelled” provengono da una mia ricerca effettuata su materiale di pubblico dominio messo a disposizione dall’Agenzia stessa. Purtroppo ciò non significa che le missioni ne risultino a loro volta in qualche modo “ufficializzate”. Con l’eccezione di Geosail, che sta effettivamente in fase di studio, posso affermare di non avere né dati, né indizi che possano far pensare a un intervento concreto dell’Agenzia nel settore della vela solare prima del 2015. Ovviamente sarei lieto di essere smentito! E comunque annuncio fin d’ora la pubblicazione a breve termine di un secondo articolo sul tema del dopo Ikaros.

Per concludere, voglio presentare un libro che ho letto e riletto e che rappresenta per me un’abituale fonte di ispirazione. Si tratta di “Solar Sails – A novel approach to interplanetary travel”, di Giovanni Vulpetti, Les Johnson, Gregory L. Matloff, pubblicato in coedizione da Copernicus Books e Praxis Publishing Ltd. Il libro si rivolge a un pubblico non specializzato ed è scritto quindi in uno stile discorsivo, evitando, per quanto possibile, di utilizzare formalismi matematici, o cadere nel gergo tecnico-scientifico. Ho riportato qui di seguito l’indice del libro, sperando di fare cosa gradita ai lettori.

Parte Prima: motori spaziali passato e presente. 1) un’introduzione storica alla propulsione spaziale; 2) il razzo: come funziona nello spazio; 3) il razzo : problemi e limitazioni; 4) propulsione spaziale non a razzo; 5) l’opzione vela solare dall’oceano allo spazio

Parte Seconda: missioni per le vele solari. 6) principi di navigazione spaziale a vela; 7) cos’è una nave spaziale a vela; 8- vele contro razzi; 9) esplorare lo spazio con la vela solare; 10) cavalcare un raggio di luce

Parte Terza: costruzione di un astronave a vela. 11) progettare una vela solare; 12) costruire una astronave a vela; 13) progressi recenti; 14) progetti futuri

Parte Quarta: a vela nello spazio, alcuni aspetti tecnici 15) Sorgenti di luce nello spazio; 16) Utilizzare la spinta prodotta dalla pressione della radiazione eletromagnetica; 17) Traiettorie delle astronavi a vela;18) Vele nello spazio

Fonti e mmagini, courtesy ESA, NASA, The Planetary Society, JAXA

19 luglio 2010 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio | , , , , , , , | 5 commenti

Ikaros ce l’ha fatta!

JAXA, l’Agenzia Spaziale Giapponese ha rilasciato un comunicato stampa ufficiale per confermare il pieno dispiegamento della vela solare di Ikaros . E’ inziata anche la produzione di energia elettrica generata da una speciale “pellicola fotovoltaica” che copre parte della vela. Prime fotografie.

11 giugno 2010 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio | , | 4 commenti

Mentre Ikaros vola verso il Sole, a terra Lightsail accumula ritardi

Ikaros, una volta imboccata la traiettoria che lo porterà prima nelle vicinanze di Venere e poi in orbita solare, ha iniziato i preliminari per il dispiegamento della vela nello spazio. Se la delicatissima manovra avrà buon esito, ciò basterà per considerare l’intera missione come un successo parziale. Il primo passo è stato mettere in posizione le quattro aste di ancoraggio della vela. Il dispiegamento vero e proprio, ottenuto sfruttando l’energia centrifuga generata dal moto rotatorio imposto alla sonda, sarà ultimato entro la fine del mese corrente.

Mentre nel team di Ikaros si respira un’aria di frizzante ottimismo, Lightsail-1, ”l’altra” vela solare, è ancora ferma a terra e accumula ritardi su ritardi: qualche giorno fa la data di lancio presunta è stata rinviata per l’ennesima volta, ora si parla infatti del secondo trimelstre 2011. Il problema è sempre il solito: è difficile trovare un lanciatore affidabile, in grado di trasportare Ligthsail-1 in quell’orbita alta dove una vela solare dovrebbe operare al meglio. Ma le orbite alte sono le più costose da raggiungere e quindi raramente frequentate e Lightsail-1, un gioiello di nanotecnologia che una volta assemblato peserà solo pochi chilogrammi, sarà classificato come “carico utile secondario”, e dovrà condividere tanto il lanciatore che l’orbita di un “primario”. Certo, anche Ikaros è stato lanciato come “secondario” di Akatsuki, ma ambedue le sonde erano state progettate e costruite su incarico della JAXA. Nate, insomma, per essere lanciate insieme, mentre Lightsail-1, com’è noto, è un progetto della Planetary Society, una sorta di ONG dello Spazio, con un proprio programma di ricerca, autonomo e autofinanziato. Essere un outsider conferisce alla Planetary Society libertà d’azione in ogni campo, ma a un costo assai elevato, se vogliamo interpretare in questo senso le difficoltà nel reperire per Lightsail-1 un lanciatore decente.

Certo non come il Volna russo, il cui malfunzionamento causò nel 2005 la perdita di Cosmos-1, il predecessore di Lightsail. Un evento che molti ricordano, mentre temo che pochi conoscano i risultati dell’inchiesta ufficiale sull’accaduto: “In precedenza i missili Volna avevano avuto problemi simili. Un miglioramento era stato eseguito allora su alcuni di essi, ma sfortunatamente non su quello assegnato a noi, e tanto disinteresse non ci ha fatto certo piacere – si commentò all’epoca negli ambienti della Planetary Society – Non useremo mai più un Volna. Abbiamo imparato la lezione, ed è stata davvero una di quelle dure.”

5 giugno 2010 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio | , , , | Lascia un commento

I segreti di Ikaros

Il 17 maggio prossimo, intorno alle 22 (ora di Roma) dal Tanegashima Space Center, in Giappone, verrà lanciato il Venus Climate Orbiter.  Ma “Akatsuki”,  così è stata ribatezzata la sonda, avrà un illustre compagno di viaggio: Ikaros, il primo veicolo spaziale destinato  ad operare fuori dal campo gravitazionale terrestre grazie ad una vela solare. Per il primo mese, Akatsuki e  Ikaros procederanno sulla stessa rotta decelerando verso Venere, poi Ikaros aprirà la vela e proseguirà nella sua traiettoria intorno al Sole, mentre Akatsuki continuerà a decelerare fino a entrare  in orbita venusiana.

Quella di Ikaros è sostanzialmente una missione di collaudo. Il primo test consisterà nel dispiegamento della vela, un quadrato di 14 metri di lato, fino ad allora rimasta accuratamente ripiegata attorno al corpo centrale del veicolo. Si tratta di un’operazione delicatissima che verrà realizzata imprimendo alla sonda un movimento rotatorio. La forza centrifuga così generata farà prima srotolare la vela nello spazio, e poi la manterrà ben distesa, evitando il formarsi di pieghe o increspature, che ne  potrebbero ridurre le prestazioni.

Il secondo test riguarderà i materiali. La vela, infatti, dovrà resistere alle sollecitazioni meccaniche dovute al suo stesso utilizzo, alle temperature  estreme e alle enormi e repentine escursioni termiche che si verificano nello spazio, e infine all’incessante bombardamento di ogni tipo di radiazioni provenienti dal Sole. Per affrontare questo ambiente estremo, i  Giapponesi hanno deciso di realizzare la vela utilizzando una pellicola in resina poliammide spessa meno di 10 micron. Va segnalato che il Giappone controlla attualmente la fetta più grossa  del mercato di quel maateriale. Inoltre, un lato della vela è stato trattato con vapori di alluminio,  ottenendo così una superfice altamente riflettente. Ma non basta: un’altra porzione della vela è ricoperta da una pellicola ultrasottile a celle solari, capace cioè di generare elettricità tramite effetto fotovoltaico. Chissà che impatto avrebbe sul mercato dell’energia la produzione di un simile materiale, in quantità industriali e a  prezzi competitivi!

Il terzo test riguarda l’astronavigazione, ossia la capacità della vela di influire sul moto della  navicella: accelerare, decelerare, cambiare direzione, eccetera. A questo scopo, Ikaros monta due sistemi differenti. Il primo non è che un tradizionale motore a getto alimentato a gas, che consente di orientare opportunamente la vela rispetto alla posizione del Sole, e raggiungere così un’ampia capacità di  manovra, un po’ come i marinai della Terra orientano le vele rispetto alla direzione del vento. Il secondo sistema è invece del tutto diverso: è alimentato ad energia solare e usa una tecnologia che consente di opacizzare alcune parti della vela piuttosto che altre, ottenenendo così il controllo dell’orientamento della vela stessa.

Insomma, tanto di cappello agli ingegneri e agli scienziati del Sol Levante: se la missione  Ikaros andrà bene, passeranno alla storia come i pionieri di una tecnologia che rivoluzionerà l’astronautica.

Fonte: Jaxa

11 maggio 2010 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio | , | Lascia un commento

Vele solari

L’idea che un’astronave possa muoversi nello spazio interplanetario sospinta unicamente dalla luce del sole, mi ha sempre affascinato. I fotoni, le particelle elementari di cui è composta la luce, colpiscono la superfice riflettente della grande, sottilissima vela a cui la nostra ipotetica astronave è collegata, e generano una lievissima pressione. Lievissima, ma costante nel tempo. E questo, nello spazio dove non c’è atmosfera che provochi attrito, si traduce in una accelerazione continua che permette all’astronave di raggiungere velocità notevolissime, inarrivabili per i razzi a combustibile chimico oggi in uso. Oltre che veloce e senza problemi di rifornimento (il Sole continuerà ad emettere luce per qualche miliardo di anni ancora), la nostra astronave promette d’essere anche manovrabile, mostrando in questo sorprendenti analogie con le barche a vela. Infatti, variando l’inclinazione della vela rispetto al Sole si può influire sulla traiettoria dell’astronave e, prendendo qualche mano di terzaroli (ossia riducendo la dimensioni della vela), si può diminuire la velocità e di conseguenza la distanza dal Sole, e riuscire di fatto a muovere ”controvento”! (nella figura in alto, Cosmos-1)

Ovviamente, una vela solare funzionerà meglio dove è più intensa la radiazione elettromagnetica del Sole, e presumibilmente al di là dell’orbita di Giove le sue prestazioni cominceranno a diminuire. Il problema potrebbe essere risolto illuminando la vela dalla Terra con un raggio laser molto potente e preciso, che fornirebbe la spinta mancante. Ciò renderebbe possibile l’esplorazionne dei pianeti esterni e della Nube di Oort, e perfino il volo interstellare in un lontano futuro. Purtroppo con l’attuale tecnologia non possiamo ancora costruire un simile laser, ma piccole vele sperimentali sono invece alla nostra portata, anzi il via alle prime due missioni sarebbe imminente. Ma non si tratta di iniziative dell’ESA o della NASA, come ci si potrebbe aspettare, bensì dell’Agenzia Spaziale Giapponese e della Planetary Society, un ente privato con associati in tutto il mondo. La vela giapponese “Ikaros” dovrebbe partire con lo stesso vettore del Venus Orbiter “Akatsuki” entro maggio, ma non ho trovato conferme alla notizia. (Nella figura in mezzo: Ikaros)

Il progetto della Planetary Society, invece, si chiama “LightSail” e prevede tre missioni indipendenti , realizzate con sonde dotate di una piccola vela di 20 mq. Le prime due saranno voli di collaudo, mentre con la la terza si tenterà di raggiungere il Punto di Librazione Terra-Sole L2, da dove la sonda monitorerà le tempeste solari. Il progetto “LightSail” è diretto da Louis Friedman, uno dei maggiori esperti mondiali del settore. Per Friedman si tratta del terzo tentativo di far volare un simile veicolo. Nel lontano 1977 lavorava alla NASA ed era responsabile del progetto di una sonda a vela solare che avrebbe dovuto raggiungere la Cometa di Halley. Nel 2005 in qualità di Executive Director della Planetary Society, aveva dovuto assistere al fallimento della missione “Cosmos 1″ dovuto al malfunzionamento del lanciatore, un missile balistico di fabbricazione sovietica, modificato per l’occasione. Ancora non si sa nulla di preciso sul vettore prescelto, né sulla data del lancio di LightSail-1. Speriamo che arrivi la volta buona! (Nella figura in basso: Lightsail)

29 aprile 2010 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio | , , , , | 3 commenti

   

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