Mi piacerebbe conoscere i concetti fondamentali che stanno alla base del calcolo dell’orbita della Iss, espressa in altitudine e coordinate. Mi chiedo se in rete è reperibile sull’argomento un tutorial e/o le formule e/o il codice. Grazie.

La Stazione Spaziale Internazionale (denominata dalle iniziali in inglese ISS) è una sorta di navicella spaziale composta da vari moduli nei quali vengono svolti una serie di attività di ricerca scientifica. Essa è sorta dalla cooperazione di numerose agenzie spaziali tra le quali anche l’italiana ASI.

Dal punto di vista fisico l’ISS è una piattaforma di circa 400 tonnellate, con un carico utile di svariati milioni di euro e un equipaggio variabile tra 2 e 6 astronauti fissi, che si danno il cambio al massimo ogni 6 mesi. Il servizio navetta era per lo più eseguito dagli Shuttle. Dopo il pensionamento dunque sarà necessario riorganizzare un simile ruolo.

L’orbita che segue è approssimativamente circolare, con una quota compresa fra i 280 km ed i 460 km. L’altezza, non troppo considerevole, fa sì che in realtà l’ISS si trovi in piena termosfera dove è presente una residua atmosfera la quale trascina con sé la Stazione facendole perdere progressivamente quota ad un tasso di circa 100 m al giorno. Per ovviare all’inesorabile abbassamento di tanto in tanto vengono accessi dei razzi che servono per riportarla alla quota nominale. È importante mantenere sempre una certa quota anche perché, qualora dovesse scendere troppo, incontrerebbe strati via via più densi di atmosfera che la farebbero precipitare incendiandola.

Osservando il diagramma si vede che la Stazione ha un’altezza con profilo a dente di sega, L’accensione dei razzi le consente di raggiungere rapidamente una certa quota mentre il ritorno verso il basso è molto più lento, variabile a seconda della densità degli strati di atmosfera che attraversa ed assolutamente imprevedibile. Infatti la densità è influenzata da tanti fattori tra i quali ad esempio l’attività solare.

Quando si trovano attraccate navicelle spaziali (come ad esempio lo Shuttle) sono i razzi delle navicelle stesse a fornire la spinta necessaria, altrimenti deve provvedere con le proprie gambe, per così dire. La stazione difatti dispone di due motori posti sul modulo di servizio Zvezda, i quali vengono riforniti tramite delle navette russe, denominate Progress, ed europee denominate ATV.

Tanto per dare un esempio, nel gennaio 2007 la Stazione Spaziale si trovava a 340 km di quota. Nel marzo aveva perso 8 km così si decise di lanciare per la 59-esima volta un Progress. La conseguente accensione dei motori provocò una risalita di 5 km. In maggio aveva perso 4,5 km così il Progress 60 le fornì il combustibile sufficiente per una spinta di 5,5 km. A luglio aveva nuovamente perso 5,5 km e dopo il rifornimento del Progress 61 la navicella riprese 9,5 km. A ottobre ne aveva persi nuovamente 3. A questo punto era attraccata la Soyuz (missione TMA11) e fu la Soyuz stessa a spingere la Stazione più in su di 5 km.

Naturalmente il tira e molla continua. Non fosse per l’attrito con l’aria residua che si trova ad una manciata di centinaia di chilometri di quota la navicella seguirebbe un’orbita kepleriana intorno alla Terra, descritta in prima approssimazione dal cosiddetto problema dei due corpi, anche se le perturbazioni lunare e solare (oltre che in misura minore dagli altripianeti) la farebbero scostarsi alquanto dalla posizione predetta. Ciò che tuttavia la fa scartare più significativamente dall’orbita a due corpi rimane l’attrito atmosferico che, ripetiamo, è assolutamente imprevedibile nell’entità. Fornire dunque un codice per seguire passo passo l’orbita è improponibile. Possiamo dire solamente che, in prima battuta, l’ISS segue un’orbita ellittica con un’altezza media di 390 km ed un’eccentricità intorno a 1/55. L’inclinazione dell’orbita è di 52° e compie un’intera rivoluzione intorno alla Terra in 92 minuti, viaggiando ad una velocità superiore ai 27000 km/h, ma questi valori, possono variare a seconda delle necessità. Quando ad esempio deve agganciarsi alla Soyuz, che di regola orbita a quota maggiore, l’ISS è costretta ad elevarsi di più.

Un sito molto buono nel quale si può seguire l’andamento di quota e la posizione per poterla seguire a vista è il seguente: www.heavens-above.com. Dal menu principale c’è un link a “Height of the ISS”. Si apre un grafico, aggiornato con una certa assiduità. Anche il nostro è uno dei tanti presentati nel tempo da questo sito. Lo stesso sito permette anche di stabilire, una volta selezionata la località, la visibilità della Staziona Spaziale. Quando passa vicino allo zenit delle latitudini italiane è inconfondibile. Ha una velocità angolare di poco superiore a quella di un aereo ed una brillantezza bianca, intensa, superiore a quella di Giove e alle volte paragonabile con quelle di Venere. Spettacolo artificiale sì, ma sempre molto suggestivo.