Volevo fare due chiacchiere – come in un vero bar – riguardo al comportamento degli oggetti nello spazio aperto, in particolare, dei satelliti, degli ormai pensionati shuttle o addirittura dei dischi volanti.
Ho pensato al fatto che la televisione e soprattutto i film di fantascienza che ritraggono navicelle spaziali e altre tecnologie futuristiche per viaggiare nell'universo, siano una forte fonte di misunderstanding su come effettivamente funzionino le cose, quindi, per schiarire le idee a chi pensa che Star Wars sia un documentario, intavolo questo monologo esplicativo.
Ho menzionato satelliti, shuttle e dischi volanti perché bene o male è a quelli a cui si pensa quando si parla di "navicelle spaziali" poiché muniti di motori e quindi potenzialmente aventi la possibilità di muoversi autonomamente fra gli astri.
In realtà un oggetto come un disco volante non può stare fermo a mezz'aria se non pompando spinta con dei motori della madonna :| basta pensare alla fatica che fanno i motori dei lanciatori dei satelliti, ovvero quei razzi a torre enormi che quando si accendono fanno tutto quel fumo, e devono solo portare al massimo due tonnellate di satellite in orbita... e 2 tonnellate sono importanti per un satellite, figuriamoci qualche centinaio di tonnellate di peso delle astronavi dei film... ovviamente sto escludendo il peso del corpo propulsivo che è molto maggiore del peso del cosiddetto payload, per forza di cose.
Per rafforzare la tesi secondo cui gli oggetti non possono muoversi così a piacere nello spazio bisogna prima introdurre il concetto, sempre chiacchierando, di orbita. L'orbita è un caso particolare di traiettoria di caduta di un oggetto su di un altro. Prendendola alla larga tutti sappiamo che ogni massa ha una forza di gravità: la terra ci attrae come noi attraiamo la terra. Adesso pensate alla terra in 2D come un cerchio e pensate ad un sasso come un puntino ad una certa distanza infinitesima dal cerchio, se lanciate il puntino parallelamente al terreno questo farà una traiettoria ad arco di parabola e andrà a cadere sul cerchio; se lo lanciate un po' più forte questo farà un arco di parabola più aperto, più largo, e andrà a cadere nuovamente sul cerchio; se lanciate il puntino con una velocità tale da far diventare l'arco di parabola così largo da non far cadere più il puntino sul cerchio, la traiettoria del puntino si richiude su se stessa. Questa è un'orbita, ovvero il continuo cadere di un oggetto attraverso una traiettoria chiusa.
Di orbite ce ne sono di quattro macrotipi sostanzialmente: orbita circolare, ellittica, parabolica ed iperbolica. Per ciò che voglio dire prendiamo ad esempio l'orbita circolare.
Bene, la velocità di un corpo che deve orbitare attorno, per esempio, alla Terra è ovviamente costante in un'orbita circolare ed è pari a radice di 398600km^3/s^2 diviso il raggio dell'orbita, (398600 è il parametro gravitazionale della Terra, ogni "massa" ne ha uno diverso); per esempio la velocità di un satellite in un'orbita bassa, a 300 km di quota circa, è di v=7.7258 km/s.
Potete immaginare quale quantità di moto (massa per velocità) abbia un corpo che si muove ad una velocità del genere.
Considerando che l'inerzia di un corpo, ovvero l'opporsi a cambiamenti di moto, è proporzionale alla sua quantità di moto risulta evidente dell'elevato dispendio di energia in termini propulsivi che esso ha bisogno per variare anche solo apprezzabilmente la forma dell'orbita (perché sempre di orbite si tratta).
Questo si traduce in costi enormi, si parla di miliardi di dollari/euro. Per questo i motori di un satellite (compreso il lanciatore al decollo) rimangono accesi generalmente per lo 0.5% forse di una missione (potrei aver esagerato in eccesso): per portare il satellite in orbita, per fare cambi di orbita con spinte relativamente impulsive e per mantenere l'orbita in vista delle perturbazioni terrestri (sostanzialmente causate dalla non sfericità terrestre); oppure in una missione interplanetare per portare il satellite in orbita attorno alla Terra, per portarsi in un'orbita di trasferimento interplanetare attorno al sole, per portarsi in orbita attorno al pianeta bersaglio e per attenuare la velocità all'atterraggio.
Mi sembra evidente adesso che non può esistere una navicella spaziale che si sposti a slalom, che si ferma e torna indietro se non nei film di fantascienza o se non consumando l'equivalente di pianeti in termini di risorse.
Per i curiosi questa è la traiettoria compiuta dalla sonda Cassini-Huygens per andare su Titano: una volta partita dalla Terra principalmente ha fatto due fionde gravitazionali su Venere, una sulla Terra, una su Giove e infine è arrivata da Saturno.
A questo progetto hanno contribuito anche miei diversi professori per conto dell'agenzia spaziale europea.
dunque in un sistema chiuso di corpi vige la conservazione della quantità di moto (massa per velocità), questo significa che se un corpo con una certa massa m che si muove con una certa velocità v, come ad esempio un proiettile, dovesse colpire un altro corpo con una certa massa M che invece sta fermo, i due corpi, dopo lo schianto uniti, avranno una massa m+M. La conservazione della quantità di moto dice che m*v+M*0=(m+M)*V dove V è la velocità finale dei due corpi uniti. Ovviamente V sarà minore di v.
