Da poco è stata lanciata la sonda “Mars Express”, la quale raggiungerà Marte a fine anno. La mia domanda è questa: vista anche la velocità alla quale procede, che tipo di propulsione utilizza la sonda per raggiungere il pianeta in così “breve” tempo?


Per valutare il tempo di percorrenza di una sonda spaziale, bisogna tenere presente
almeno 4 fattori determinanti:

  • Il tipo di lanciatore usato
  • La spinta del motore durante la crociera
  • La traiettoria seguita per giungere alla meta
  • La distanza della meta

Per
quanto riguarda il secondo punto, c’è da dire che oggi le sonde
spaziali sono ancora limitate al una navigazione inerziale, vale a dire
che non hanno motori a bordo in grado di accelerarle in modo
significativo durante la navigazione, ma si limitano a seguire una
traiettoria libera, data solo dalla velocità impressa dal razzo in
partenza. I razzi a bordo delle sonde sono esclusivamente utilizzati
per il controllo d’assetto, per piccole variazioni di rotta o, nel caso
sia necessario immettersi in orbita attorno ad un altro corpo, per la
“frenata” finale, che serve a lasciarsi catturare dalla gravità del
pianeta.
Unica eccezione è la sonda Deep Space 1, che recava un motore a ioni.
Questo genere di motori è molto efficiente, ma fornisce una spinta
molto piccola, per cui è conveniente solo per viaggi molto lunghi,
della durata di diversi anni, in cui la piccola spinta può essere
sfruttata per lunghi periodi, in modo da ottenere una consistente
velocità finale. La Mars Express dunque non avrebbe potuto avvalersi
utilmente di un motore a ioni, oltre al fatto che questa tecnologia è
ancora agli albori, e verrà ospitata per la sua
prossima missione sulla sonda Contour.

In
mancanza di un motore a bordo, dunque, quello che più conta nella
navigazione interplanetaria è la spinta del lanciatore alla partenza.
Va comunque ricordato che i lanciatori molto potenti sono anche
estremamente costosi, e possono portare fino al raddoppio dei costi per
una missione. Così, in un periodo di tagli alle spese per le agenzie
spaziali, si tende spesso ad “accontentarsi” di lanciatori poco
potenti, allungando i tempi di volo. Nel corso di queste valutazioni,
ovviamente, va anche messo in conto che la gestione di una sonda
durante la crociera comporta costi aggiuntivi, sia in termini di
personale, che di affitto delle antenne per mantenere il collegamento
con la Terra.

Spesso,
e veniamo così al terzo punto del precedente elenco, è possibile
velocizzare il volo servendosi di rotte un po’ particolari: sorvolando
da vicino i pianeti principali è possibile sfruttarne la gravità per
far accelerare la sonda verso la meta finale. Questa tecnica, chiamata
“gravity assist” o “fionda gravitazionale” è ampiamente usata nelle
missioni verso il sistema solare esterno, in cui, in mancanza di
un’adeguata accelerazione iniziale, i tempi di percorrenza
diventerebbero di svariati
decenni.
Non è questo il caso della Mars Express, comunque, che percorre una
traiettoria diretta verso Marte. Va ricordato a tale proposito che la
traiettoria non è una retta, ma quello che si chiama “orbita di
trasferimento”, che in pratica è una porzione di ellisse.

La Mars
Express ci mette così poco a raggiungere Marte in virtù in parte di un
razzo piuttosto potente (la Soyuz-Fregat, che è la fusione tra il primo
stadio di una Soyuz russa ed un “upgrade” europeo nel secondo stadio,
chiamato Fregat) e soprattutto del fatto che Marte ad Agosto
raggiungerà ma minima distanza dalla Terra degli ultimi 20 anni.

orbita

Come si
vede nella figura, che riproduce in scala le orbite di Terra e Marte,
la Terra ha un’orbita quasi circolare, mentre quella di Marte è
piuttosto ellittica. Solo ogni circa 20 anni si verifica un
allineamento Sole-Terra-Marte nella porzione di orbita in cui Marte ha
la minima distanza dal Sole (e dunque dalla Terra). Questa situazione,
nota come “grande opposizione” costituisce un’occasione d’oro sia per
gli astrofili, per osservare il pianeta rosso di dimensioni
insolitamente grandi, sia per le agenzie spaziali, per mandare
esploratori automatici.

 

Per ulteriori informazioni sulla missione Mars Express:
http://sci.esa.int/marsexpress/
http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/