Dear Mr. President

Questo è un momento di grande entusiasmo,  mentre la sonda New Horizons continua a spedire i dati raccolti su Plutone e una nuova, ancor più importante missione ha ricevuto i primi finanziamenti in un coro unanime di consensi sia da parte del Congresso degli Stati Uniti che della pubblica opinione americana e internazionale. Si tratta del volo verso la luna di Giove chiamata Europa, per la prima volta, dichiaratamente e senza mezzi termini, alla ricerca della vita fuori della Terra. E proprio in questo momento, mentre il bilancio generale della NASA è in crescita, quello della sua Divisione per le Scienze Planetarie subisce, per il quarto anno consecutivo, una erosione ad opera dela Casa Bianca.

In questo frangente  la Planetary Society, organizzazione non govenativa ben nota ai nostri lettori, ha deciso di dare inizio a una di quelle campagne di sensibilizzazione e supporto per le quali va famosa: si tratta di una petizione rivolta direttamente al Presidente Obama per la difesa e l’incremento degli stanziamenti diretti alle Scienze Planetarie. Il testo proposto non è una richiesta di finanziamenti a favore della Planetary Society, anzi è del tutto condivisibile da parte di chiunque abbia a cuore la causa dell’esplorazione dello spazio, al di là di interessi nazionalistici e di parte, ed è inoltre parzialmente modificabile secondo i desideri del singolo proponente.

La NASA è la più solerte tra le agenzie spaziali nel rendere di pubblico dominio i dati raccolti nel corso delle proprie missioni, dando il buon esempio perfino all’ESA, spesso vittima delle baronie universitarie, che tendono a rallentare la diffusione dei risultati delle ricerche per i più vari motivi. E‘ invece parere largamente condiviso che anche in Europa e in Italia esistano personalità e strutture che potrebbero raccogliere il testimone della Planetary Society e dar vita a un forte servizio di advocacy. Invitiamo i lettori, oltre a firmare la petizione diretta al Presidente Obama, a commentare questo articolo e farci conoscere le loro opinioni in merito all’organizzazione di un simile servizio.

 

ROBERTO FLAIBANI

LightSail + Cubesat: il Sistema Solare sarà aperto a tutti?

Mentre i principi fondamentali della propulsione a vela solare erano noti già da lungo tempo, fin dall’epoca di Giulio Verne, solo recentemente la tecnologia dei materiali e di costruzione dei veicoli spaziali si è sviluppata abbastanza da rendere la vela solare un metodo di propulsione praticabile. La cosa è concettualmente molto semplice: costruisci una grande e leggerissima struttura (la vela), agganciala a un’astronave e lanciala nello spazio, dove la tenue pressione della luce del Sole può fare da propellente. Se la vela è grande abbastanza e l’altitudine sufficiente a far sì che non ci sia alcun effetto frenante dovuto all’atmosfera, la leggera ma costante accelerazione generata dalla pressione della luce del Sole può essere utilizzata per ottenere le altissime velocità di cui qualsiasi astronave ha bisogno per navigare nel Sistema Solare. Non c’è dubbio che i principi di fisica della vela solare funzionino. La sfida risiede nella loro applicazione pratica: costruire una vela sufficientemente grande, robusta eppure leggerissima, sistemarla ben piegata dentro l’astronave insieme a un affidabile meccanismo di dispiegamento, controllare l’orientamento del veicolo nello spazio (assetto) in modo che la vela possa essere usata per mandare l’astronave esattamente dove vogliamo. Fino a che queste capacità non saranno state messe alla prova e verificate, nessuna agenzia spaziale spenderà mai milioni di dollari per missioni che siano basate su questa tecnologia, a prescindere dai tanti potenziali benefici che promette. Ed è a questo punto che LightSail entra in gioco.

Il progetto LightSail è stato concepito circa cinque anni fa da Louis Friedman, Presidente uscente e co-fondatore  della Planetary Society, e da Tomas Svitek, della società Stellar Exploration, come metodo a basso costo di dimostrazione e convalida della tecnologia della vela solare. Gli obiettivi del progetto sono chiari: dispiegare e stabilizzare con successo una vela solare in orbita terrestre, dimostrare di saper controllare l’assetto del veicolo spaziale con sufficiente accuratezza, e usare la vela solare per modificarne intenzionalmente l’orbita. Per poter rappresentare un passo significativo verso future missioni, la vela deve essere abbastanza grande da fornire l’accelerazione richiesta, ma il sistema in generale deve essere piccolo e semplice per poter essere abbordabile economicamente.

Per fortuna, più o meno nello stesso tempo, il tipo di veicolo spaziale noto come Cubesat stava migliorando velocemente, fornendo una piattaforma ideale per la dimostrazione di LightSail. L’astronave è progettata come un Cubesat a tre unità (3U); consiste cioè in una colonna di tre cubi, ognuno dei quali misura 10 centimetri per lato. Tutte le funzioni, inclusa la vela e il meccanismo di  dispiegamento, sono sistemati in questo piccolo spazio. Mantenere il sistema piccolo e leggero abbastanza per entrare in un Cubesat 3U significa che una vela di dimensioni relativamente contenute, nel nostro caso 32 mq., può essere usata per fornire un’accelerazione utile. Se ne ottiene un veicolo spaziale a costo molto basso  eppure con elevate prestazioni, che darà un importante contributo alla tecnologia della vela solare. Sebbene ci siano state altre missioni equipaggiate con  vela solare, tra le quali la più nota è la giapponese  IKAROS, che nel 2010 dispiegò una vela solare nello spazio interplanetario eseguendo una serie di test, LightSail  sarà la prima del formato Cubesat. Con il loro profilo compatto e la componentistica standard, i Cubesat rientrano nella capacità di spesa di molte università e di altre organizzazioni; le grandi compagnie e le agenzie spaziali governative non saranno ancora per molto le sole a potersi permettere di costruire e lanciare satelliti. Ma a causa delle loro ridotte dimensioni, i Cubesat non hanno spazio per i motori a razzo e il relativo propellente che potrebbero permettere loro di viaggiare attraverso il Sistema Solare in maniera indipendente, e quindi non possono spingersi oltre le orbite terrestri . LightSail cambia tutto questo. Il matrimonio tra la vela solare e il paradigma Cubesat  è uno dei maggiori contributi di LightSail e della Planetary Society, sicuramente un passo avanti verso l’apertura del Sistema Solare a tutti.

Profilo di missione

LightSail sarà lanciato nell’aprile del 2016 come carico utile secondario del lanciatore Falcon Heavy, attualmente in sviluppo presso Space X. Una volta raggiunta l’orbita terrestre e distaccatosi dal vettore, LightSail, con la vela stivata al sicuro all’interno, verrà seguito e controllato lungo la sua traiettoria  per alcune settimane, allo scopo di determinarne accuratamente l’orbita e verificare che tutte le apparecchiature lavorino correttamente. Dopo circa quattro settimane dal lancio – l’esatto periodo di tempo non è stato ancora precisato – verrà dato il comando di dispiegare la vela solare. Ciò avverrà quando si avrà la certezza che il veicolo sarà in collegamento con una stazione terrestre di rilevamento, in modo da controllare il dispiegamento in tempo reale. Questo avverrà molto rapidamente: nel giro di un paio di minuti la vela sarà completamente estesa. A bordo, i sistemi noti come “torque rods” allineeranno automaticamente LightSail al campo magnetico terrestre e stabilizzeranno l’assetto del veicolo per la fase successiva, dedicata alla modificazione dell’orbita. Durante questa fase, il veicolo verrà riorientato due volte per ogni orbita, allo scopo di ottenere il massimo vantaggio dalla luce del Sole che colpisce la vela. Rettificando regolarmente il suo assetto durante un gran numero di orbite, mentre controlliamo accuratamente la dimensione, la forma e l’inclinazione dell’orbita sull’equatore terrestre, saremo in grado di confermare che la vela si sta comportando come previsto e sta eseguendo le attese modificazioni della traiettoria. Questo convaliderà pienamente il sistema e il processo di controllo dell’assetto. L’intera missione è pianificata per durare circa tre mesi, ma se il veicolo rimanesse efficiente non ci sarebbe motivo per non estenderla allo scopo di permettere ulteriori caratterizzazioni della prestazione dell’intero sistema.

Considerazioni sull’altitudine dell’orbita

Una delle limitazioni nell’uso della vela solare in orbita terrestre è che la pressione della radiazione solare deve superare l’attrito atmosferico preferibilmente da 5 a 10 volte per garantire un sufficiente margine operativo. Questo dipende in parte dal fatto che l’alta atmosfera è variabile: si espande o si contrae secondo il ciclo del sole, l’attività delle macchie solari, e altri fattori meno prevedibili. Un’altitudine orbitale di 800 chilometri è considerata di solito la migliore per la configurazione  LightSail. In effetti, una delle sfide che ha impedito in passato di completare la missione LightSail è stata l’impossibilità di trovare un passaggio a buon mercato per l’orbita degli 800 km. Come dire, non erano previste possibilità di lanci gratuiti.

Per evitare il collo di bottiglia e portare finalmente LightSail nello spazio, abbiamo dovuto fare un compromesso sull’altitudine dell’orbita, e l’attuale piano di missione  prevede di piazzare l’astronave a circa 720 km. d’altitudine. Calcoli preliminari dimostrano che durante la missione la pressione della radiazione solare supererà l’attrito dell’atmosfera di un fattore che va da 2,5 a 5, sufficiente per una dimostrazione di volo a vela solare. Modificheremo l’orbita in vari altri modi, non solo rispetto all’energia orbitale, che ci obbliga a lavorare direttamente contro l’attrito atmosferico, ma anche in relazione ad altri parametri che non ne sono così drammaticamente influenzati. La pianificazione e il rilevamento accurati dell’orbita ci permetteranno di dare una dimostrazione efficace della tecnologia, anche a questa quota leggermente più bassa.

I partner dell’astronave LightSail

La Planetary Society stava giusto cercando un modo di completare la missione a prezzi sostenibili, quando dal Georgia Institute for Technology ci fu offerta una formidabile opportunità che ha grandemente favorito la missione. Gli studenti del Georgia Tech hanno vinto una gara per costruire e lanciare una missione chiamata Prox-1, che darà dimostrazioni di nuove tecnologie per operazioni di prossimità tra due veicoli nello spazio. Per farla breve, loro avevano bisogno di un’astronave che facesse da partner per i loro esperimenti, LightSail aveva bisogno di un passaggio verso un’orbita alta, non servì quindi molto tempo per rendersi conto che le due missioni sembravano fatte l’una per l’altra.

Il nuovo piano della missione richiede che LightSail venga trasportato da Prox-1 e sganciato da esso una volta raggiunta l’orbita. Per varie settimane prima del dispiegamento della vela, Prox-1 prenderà immagini e telerilevamenti di LightSail da una distanza di sicurezza, mentre porterà avanti i suoi esperimenti di operazioni in prossimità. Quando tali esperimenti saranno completati, Prox-1 osserverà LightSail mentre dispiega la vela e conduce le sue prime manovre di assetto. Le immagini restituite da Prox-1 saranno estremamente utili per comprendere la dinamica del dispiegamento della vela, poiché saremo in grado di osservare la sequenza degli eventi in tempo reale oltre a ricevere i soliti dati via radio. Stiamo lavorando gomito a gomito con i ragazzi della Georgia Tech su questa missione combinata!

L’astronave LightSail

È una meraviglia di progettazione innovativa e di confezionamento intelligente. Due delle sue tre unità Cubesat sono dedicate all’avionica e a ospitare la vela. La terza contiene invece il meccanismo di dispiegamento, inclusi i bracci estendibili a cui la vela è agganciata, il motore di navigazione, l’antenna per le telecomunicazioni e altri componenti. Durante le procedure di lancio i pannelli solari sono ripiegati sopra la vela, aiutando a tenerla nella corretta posizione fino al dispiegamento. Prima dell’apertura della vela, l’intero sistema misura 10×30 cm., circa la metà di un tostapane. La vela è realizzata in Mylar (polietilene tereftalato, una resina termoplastica) e una volta pienamente dispiegata misurerà 32 metri quadrati. L’astronave è quasi completa e verrà sottoposta agli ultimi test entro la fine dell’anno.

Prove di volo

È risaputo che il modo migliore per ridurre i rischi in un progetto di volo spaziale è quello di avere a disposizione due astronavi uguali (il massimo della ridondanza ndt), e LightSail è tra questa eletta schiera di fortunati. Grazie a un po’ di intelligente pianificazione nelle prime fasi del programma, due copie quasi identiche del sistema di volo sono pronte per essere lanciate. Inoltre la NASA ci ha regalato  un’altra opzione di lancio, così che  speriamo di poter eseguire un test di volo completo nel maggio 2015, ben un anno prima della missione primaria. Questo lancio mira a un’orbita più bassa, inadatta per una dimostrazione di volo vera e propria, ma sufficiente per permettere la verifica dei sistemi di dispiegamento e di assetto, e delle altre funzioni chiave proprie del Cubesat, con molto anticipo sulla data primaria di lancio. Il sistema di test di volo è in corso di preparazione e sta per essere a sua volta messo alla prova, e se saremo soddisfatti dei risultati, tutto il materiale sarà stivato e spedito in attesa del lancio. Dopo che avrà lasciato le nostre mani, la prima tappa sarà la Naval Postgraduate School di Monterey in California, dove LightSail, insieme ad altri Cubesat, sarà montata su una struttura di schieramento, poi il tutto verrà mandato al sito di lancio presso il Kennedy Space Center in Florida. Una volta che la vela si sarà dispiegata nello spazio con successo, la missione di prova durerà solo qualche altro giorno ancora, ma noi avremo certamente acquisito nuove conoscenze sulle prestazioni dell’astronave che ci aiuteranno a cogliere il successo con la missione primaria, nell’aprile 2016.

Avete dato una mano perché tutto questo accadesse!

Dopo anni di pianificazione, sviluppo e prove, LightSail ha oggi una data di lancio fissata e un’astronave quasi pronta. Con un possibile test di volo nel maggio 2015 e  una data ufficiale di lancio nel 2016, in collaborazione  con la missione Prox-1 della Georgia Tech, LightSail è pronta a dare esaustive dimostrazioni su Cubesat e la vela solare, e a rendere disponibile la tecnologia per missioni a basso costo in tutto il Sistema Solare. Durante il volo, ambedue le astronavi dovrebbero essere visibili a occhio nudo, dando al pubblico una chiara visione di cosa la Planetary Society è stata capace di fare grazie al generoso apporto dei suoi associati e semplici sostenitori.

COSMOS-1: l’inizio

Il 21 giugno 2005, la Planetary Society lanciava Cosmos-1, la sua prima vela solare. Costruita in collaborazione con Cosmos Studios e assemblata dallo Space Research Institute russo, questa astronave assolutamente innovativa avrebbe dovuto essere la prima vela a volare intorno al mondo sospinta solo dalla luce del sole. Invece finì in fondo al Mare di Barents quando il suo veicolo di lancio, il missile russo Volna, non riuscì a separare il primo stadio dal secondo.
Per niente scoraggiati, e confortati dalla richiesta dei nostri associati di tentare ancora, abbiamo fatto tesoro dell’esperienza, prendendo nota di ciò che avevamo sbagliato – o fatto bene – e giurando di non arrenderci. Così, nove anni più tardi, eccoci pronti a mettere alla prova ancora una volta le nostre ali in Mylar. Rendiamo onore a Cosmos-1 e siamo grati a tutti coloro che hanno lavorato al progetto insieme a noi. È stato un altro primo passo per una organizzazione che ha già compiuto molti primi passi nel cercare di portare creativamente gli Uomini nello spazio.

 

Titolo originale : “Preparing to Sail” di Doug Stetson, pubblicato nel volume 34, numero 2, anno 2014, di “The Planetary Report”, a cura della Planetary Society, che ringraziamo anche per il materiale iconografico.

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI
Editing di DONATELLA LEVI

NASA: basta ai tagli di bilancio!

La Planetary Society di Pasadena in California, una delle maggiori organizzazioni non governative di livello mondiale dedicata alle Scienze dello Spazio, si sta impegnando in una dura battaglia per difendere il budget della NASA dai tagli proposti dal governo americano. In particolare l’azione è rivolta contro un taglio di oltre 200 milioni di dollari a carico del settore “Scienze Planetarie” dell’Agenzia, che renderebbe di fatto non più praticabile nessuna delle due missioni oggi ritenute di importanza cruciale per l’esplorazione del Sistema Solare. La prima sarebbe diretta verso Europa, la luna di Giove che si sospetta nascondere, celato sotto una spessa coltre di ghiaccio, un unico, immenso oceano d’acqua. La seconda missione prevederebbe il prelievo di campioni significativi del suolo e delle rocce marziane che andrebbero riportati sulla Terra per  una serie di esami e test di laboratorio impossibili da compiere con mezzi robotizzati sul pianeta d’origine.

La Planetary Society, fondata dal mitico Carl Sagan e da Louis Friedman, uno dei più grandi esperti di vele solari, si propone di premere sulla Casa Bianca e sul Congresso, raccogliendo almeno 25.000 email di protesta con una iniziativa a cui può partecipare chiunque, anche i non soci e coloro che non sono cittadini americani. Per aderire basta seguire questo link:

https://secure3.convio.net/planet/site/Advocacy?cmd=display&page=UserAction&id=153

compilate il questionario anagrafico con i vostri veri dati (email anonime non sono ammesse), il testo è già pronto e appare sulla destra del questionario. E non dimenticatevi di spedire (send)!