Vorrei sapere in che modo viene assegnata una orbita ad un satellite, come esso la mantiene? può variare? Come viene gestito il “traffico” di questi numerosi oggetti nello spazio?

Le orbite
dei satelliti artificiali come quelle di qualsiasi corpo celeste possono
essere solo di pochi tipi in quanto frutto del complesso delle forze gravitazionali
in gioco. Proprio per questo motivo il modo migliore per muoversi nello
spazio è appunto quello di seguire orbite di 3 tipi diversi:
– Iperboliche
– Paraboliche
– Ellittiche (ed in casi particolari circolari)

I due primi
tipi di orbite sono traiettorie di tipo aperto che vengono generalmente
utilizzate per spostarsi nello spazio e raggiungere altri corpi celesti,
ma dopo un incontro ravvicinato con l’obbiettivo per allontanarsene indefinitamente.
Il terzo tipo è quello che generalmente viene utilizzato quando si vuole
inserire un satellite lungo una traiettoria che periodicamente lo riporta
a sorvolare l’obbiettivo … per l’appunto per mettercisi in orbita.

La scelta
di una o l’altra orbita e dettata esclusivamente da questioni energetiche,
infatti il principio che vige nei viaggi spaziali è quello di consumare
meno carburante possibile, compatibilmente con esigenze di tempi, spazi
percorsi e costi. Insomma, a livello teorico è possibile raggiungere un
altro pianeta con una qualunque di queste orbite ma i dispendi energetici
sono completamente diversi in ciascuno dei casi. In linea di principio,
cercando di essere il più discorsivo possibile (gli approfondimenti sono
rimandati alla bibliografia), più velocemente voglio raggiungere il mio
obbiettivo e maggiore deve essere il dispendio energetico e la quantità
di propellente da trasportarsi a bordo. Esposti questi concetti, è possibile
capire come per andare nello spazio è necessario conoscere nei minimi
dettagli la missione, infatti in base agli obbiettivi si sceglie la traiettoria
(orbita) fra le infinite possibili, che più si adegua alle nostre esigenze
di: costi, consumi, tempi, tipo di missione, etc…. Qualsiasi sia la missione
prescelta (attorno alla Terra o verso un altro corpo celeste), le più
moderne tecniche di navigazione spaziale, prevedono di procedere a piccoli
passi.

Mi spiego,
se devo immettermi in orbita attorno alla Luna, l’ultima cosa che si farebbe
sia per motivi di sicurezza, che di opportunità, è quello di lanciare
il nostro satellite direttamente verso quel corpo celeste. Infatti, anche
solo per inserire un corpo in orbita geostazionaria, ad un’altezza quindi
di 36.000Km, prima si lancia il satellite in orbita bassa, poi dopo alcuni
giorni ed aver verificato che l’orbita di partenza sia quella prevista,
si attende che il satellite sia nel punto previsto per accendere i motori
per spedirlo nell’orbita definitiva. In questo modo si ha molto più tempo
per decidere cosa fare se qualche cosa va storto. In modo del tutto analogo
si procede se si vuole inviare una sonda verso un altro pianeta, aggiungendo
a questi passaggi (che possono anche essere più di 2) anche quello successivo
che lo spinge su un orbita in direzione dell’obbiettivo ed infine se si
vuole immettersi in orbita attorno ad esso sono necessarie ulteriori correzioni
di rotta per diminuire il semiasse maggiore di traiettoria ellittica,
oppure per passare da una traiettoria iperbolica o parabolica ad una ellittica
(generalmente “frenando” la sonda).

Tutte le
orbite assegnate nelle fasi del lancio o in quelle di accensione dei motori,
vengono mantenute si puo’ dire indefinitamente se si viaggia lontano da
altri corpi celesti. In realtà l’attrazione gravitazionale di Terra, Luna
e degli altri pianeti crea delle perturbazioni più o meno rilevanti, inversamente
proporzionali al quadrato delle distanze dei corpi considerati (satellite-pianeta)
e direttamente proporzionale alle masse in gioco (Newton insegna). Quando
ci immettiamo in orbita attorno ad un altro corpo il problema si complica,
soprattutto se tale oggetto celeste è avvolto in un’atmosfera più o meno
densa. Infatti se ci riferiamo ad un orbita attorno alla Terra, se “voliamo”
in orbita bassa (200-1000Km) dobbiamo aspettarci che molto velocemente
la nostra orbita decada per la presenza di strati meno densi dell’atmosfera
che comunque influiscono sul satellite rallentandolo (per attrito) e di
conseguenza diminuendo il semiasse maggiore dell’orbita. In pochi anni
ci si aspetta che il satellite ricada sulla Terra. Satelliti di questo
tipo sono quelli militari, le stazioni spaziali ed eventualmente lo space
shuttle. Più aumenta il semiasse maggiore dell’orbita, più diminuisce
l’effetto frenante dell’atmosfera, in particolare esistono delle orbite
attorno ad un pianeta che sono molto più stabili delle alte che vengono
scelte a seconda dell’obbiettivo della missione.

In particolare
le orbite geostazionarie equatoriali sono molto interessanti perché permettono
ad ogni satellite inviato su tali orbite di mantenersi sempre puntato
su un punto fisso della Terra e quindi permettono servizi di tipo meteorologico
locale, televisivo e per telecomunicazioni. Orbite di questo tipo sono
particolarmente stabili e decadono o si modificano solo in tempi estremamente
lunghi. Non esistono organi internazionali a cui ci si deve rivolgere
se si vuole inviare un satellite in orbita a meno che l’orbita non sia
necessaria per gestire operazioni di tipo commerciale, normalmente comunque
di tipo geostazionario. In questo caso esistono alcuni organismi internazionali
che gestiscono il traffico commerciale, e soprattutto sovrintendono all’assegnazione
delle orbite.

Il problema
comunque non è per il momento così grosso come si potrebbe pensare, in
quanto si deve ragionare in uno spazio tridimensionale costituito da una
sfera di 30-40.000Km di diametro nel quale si muovono alcune migliaia
di satelliti che comunque hanno possibilità di collidere molto basse (anche
perché quando si decide di assegnare un orbita attualmente è possibile
verificare che non sia incongruente con quella degli altri corpi rotanti
attorno alla Terra). Per esempio se mettiamo su orbite circolari ad altezza
da terra crescente dei satelliti partendo da un altezza di 1000Km sino
a 36.000Km distanziati di 100metri potremmo inserire senza problemi ben
360.000 satelliti in orbita! E’ anche vero che le orbite sono molto più
complesse, non circolari (spesso si intersecano), e che talune orbite
o aree sono più trafficate di altre.

Il problema
più grosso, ma forse inaspettato per i profani, è in effetti è l’assegnazione
delle frequenze di trasmissione, che è regolamentato da leggi internazionali
e commissioni di coordinamento. Vedi: Regolamento
assegnazione Frequenze

La gestione dell’intenso traffico che sovrasta le nostre teste, non è
unitaria (ognuno fa per se) anche se attualmente alcuni organismi si stanno
rendendo conto di alcuni pericoli che si potrebbero prospettare a breve
come le possibili collisioni fra detriti orbitanti ed i satelliti. Il
NORAD americano in particolare ha attualmente sotto controllo tutti i
satelliti orbitanti attorno alla Terra ed è impegnato nel controllo e
nella catalogazione di tutti i detriti spaziali avendo sovvenzionato l’installazione
di strumentazioni di ricerca e controllo di detriti orbitanti di dimensioni
superiori a 10cm.

Alcuni Link
Utili:
Calculating the Satellite’s Orbit

Link Utili
sui satelliti:
http://www.amerisar.org/satlink.htm

NORAD Two elements:
http://www.accesscom.com/~iburrell/sat/dataformat.html

NASA/NORAD 2-line orbital elements:
http://fuse.pha.jhu.edu/pubinfo/docs_pub/elem.html

Cosa sono le Orbite Geostazionarie:
http://www.mmm.ucar.edu/pm/satellite/coverage.html

LIBRI:
Vladimir A. Chobotov, Orbital Mechanics, 1991, AIAA Education Series
James R. Wertz, Space Mission and Design, 1991, Kluwer Academic Publishers