Quale approccio per andare sulla Luna?

Posted by articolidiastronomia on
22
Categories

Il 25 maggio 1961 J.F. Kennedy pronunciò il famoso discorso Abbiamo deciso di andare sulla Luna” al Congresso degli Stati Uniti che ha ispirato il popolo americano a unire gli sforzi per raggiungere l’obiettivo più ambizioso che l’Essere Umano abbia mai perseguito: mandare un uomo sulla Luna e farlo ritornare sulla Terra sano e salvo.

I believe that this Nation should commit itself to achieving the goal before this decade is out of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth.

J. F. Kennedy

Nel 1961 la NASA non aveva ancora alcuna idea precisa circa il modo mandare un equipaggio umano sulla Luna, ma il personale tecnico era già al lavoro per preparare una visione d’insieme del progetto. Uno delle prime questioni fondamentali che gli ingegneri avrebbero dovuto affrontare del programma Apollo era rispondere alla seguente domanda:

Con quale approccio mandare tre astronauti sulla Luna?

Locandina di un film di fantascienza del 1950

La risposta più semplice sembrava essere quella di lanciare un vettore dalla Terra abbastanza potente da atterrare direttamente sulla Luna, quindi lasciare la superficie lunare per il rientro in sicurezza sulla Terra. Questa modalità di volo venne chiamata ascesa diretta o Direct Ascent (DA). Si trattava di una modalità simile a quella che proponevano i film di fantascienza negli anni ’50 con un unico razzo vettore che si alza e atterra in verticale comandato dagli astronauti dalla cima del razzo.

Questa ipotesi richiedeva la costruzione di un vettore di dimensioni immense chiamato Nova (maggiori di quello che sarebbe stato il Saturn V). ed era sostenuta dallo Space Task Group, già responsabile delle capsule Mercury, e portava con sé vantaggi e svantaggi: era una soluzione semplice e quindi presentava pochi punti di criticità, ma costi proibitivi dato che avrebbe dovuto portare con sé tutto il necessario (compreso il carburante) per l’intera missione.

Un’alternativa alla DA era costituita dal lancio di due o più razzi vettori più piccoli in orbita bassa terrestre: una volta in orbita le varie parti venivano assemblate insieme tramite un’operazione di Docking e Rendevous finale prima di effettuare il trasferimento orbitale verso la Luna (TLI / Trans Lunar Injection). Questa seconda ipotesi venne chiamata Earth Orbit Rendevous (EOR) ed era sostenuta dal Marshall Space Flight Center in Alabama dove era impiegato Wernher Von Braun.

Per molti mesi queste furono le uniche due opzioni sul tavolo per il progetto Apollo, finché John Houbolt iniziò a lavorare ad una terza opzione: il Lunar Orbit rendevous (LOR) o rendevous in orbita lunare. Hoyboldt era un ingegnere che lavorava dal 1942 al Langley Research Center.

Dopo alcune esperienze con la British Royal Aircraft consegui’ un dottorato presso il Politecnico di Zurigo con una tesi sui problemi strutturali legati alle temperature nei voli ad alta velocita’. Nel 1958 inizio’ ad interessarsi di manovre orbitali e nell’anno seguente sviluppo’ l’idea.

Dr John Houbolt (1919 – 2014)

Gli attori principali del LOR erano i seguenti:

  • la navicella madre o modulo di comando (CM)
  • il modulo di servizio (SM) contenente i sistemi di controllo e sussistenza
  • il CM ed SM compone il CSM, modulo di comando e servizio
  • Il razzo a tre stadi Saturn V
  • il lander lunare (LM) a sua volta composto da un modulo di ascesa (DA) e discesa (DS)
Dr John Houbolt ed il LOR (Fonte: Getty Images)

L’approccio LOR consiste nei seguenti passi:

  • Dopo 13 minuti dal lancio il terzo stadio del Saturn V raggiunge l’orbita di parcheggio LEO per la verifica dei sistemi del CSM. In caso di problemi e’ ancora possibile il rientro a Terra.
  • Si riacendono i motori e si effettua la TLI (Trans Lunar Injection)
  • Dopo 3 ore dal decollo si apre a petalo l’ogiva del terzo stadio scoprendo il LM. Il CSM si allontana, vira di 180 gradi torna indietro, aggancia il LM e lo estrae.
  • Il terzo stadio viene abbandonato (messo in orbita eliocentrica), il CSM si riallinea nella direzione della traiettoria translunare.
  • Dopo circa 80 ore l’Apollo si insrisce in orbita circolare con perilunio di 111 Km. Il pilota ed il comandante si trasferiscono nel LM. Il LM si distacca dal CSM che rimane in orbita lunare.
  • Il LM inizia una serie di accensioni controllate e deorbita. La procedura di discesa e’ automatica con la possibilita’ di effettuare manualmente correzioni di rotta.
  • Gli astronauti quindi atterrano e proseguono con l’EVA. Viene utilizzato il DA del LM per la fase di ascensione e ricongiungersi al CSM.
  • Si effettua il docking e si abbandona il DA del LM ormai inutile e si entra in ETI (Earth Transfer Injection)
  • Correzioni di rotta, in prossimita’ della Terra si abbandona il SM e gli astronauti rientrano sulla Terra.

I vantaggi presentati dal LOR erano molteplici:

  • il veicolo con funzioni di allunaggio poteva essere molto più piccolo e specializzato solo per il suo scopo.
  • Una minore massa complessiva del vettore da progettare e quindi un minore consumo di carburante. In questo contesto il Saturn V di Von Braun era preferibile al progetto del Nova.
  • Il restante equipaggiamento necessario per il rientro sulla Terra rimaneva in orbita, al riparo dai problemi di allunaggio.
  • La discesa sul suolo lunare poteva iniziare da un’altezza più bassa e sicura piuttosto che da una velocità di arrivo più elevata se provenienti direttamente dalla Terra.
  • Più fattibile dei precedenti in quanto prevedeva la costruzione di veicoli più piccoli ed indipendenti. Questo significava che potevano essere costruiti contmporaneamente da appaltatori diversi. In tal caso i tempi di progetto erano più brevi e più verosimilmente entro la fine degli anni ‘60
Von Braun e altri membri della NASA in un meeting negli anni ’60. Sullo sfondo la traiettoria dell’Apollo 8

L’opzione LOR comportava anche molti costi aggiuntivi, perché introduceva una maggiore complessità, equipaggiamento e più personale da impiegare. Il Rendevous lunare era inoltre un’operazione molto critica: nessuno aveva ancora fatto un rendevous terrestre e, in caso di problemi era possibile fare rientrare gli astronauti secondo un’orbita balistica. Sulla Luna questo non era possibile: se il rendevous fallisce gli astronauti sono persi per sempre.

Nel dicembre 1960 alcuni ricercatori del Langley presentarono formalmente il progetto all’amministatore delegato della NASA Dr. Seamans il quale, nonostante ne riconobbe la validità, non ottenne l’approvazione ufficiale in quanto cosiderato un’opzione molto rischiosa. Per tutto il 1961 due comitati separati della NASA lavorarono alla valutazione delle prime due opzioni: AD (appoggiato dal Lundin Committee) e EOR (appoggiato dal Heaton Committee).

Houbold tenne altre presentazioni durante qell’anno sia nel corso dello Space Exploration Program a Washington sia al Golovin Commitee nell’agosto 1961, finché nel novembre 1961 Houbolt si decise scavalcando tutte le gerarchie di scrivere una lettera risolutiva a Seamans dove esortava la NASA a prendere in considerazione anche la sua opzione se si voleva andare sul serio sulla Luna.

Do we want to go to the Moon or not?

Dr. Robert Seamans

Due settimane dopo la NASA, si disse seriamente interessata a prendere in considerazione tutte le opzioni, anche la terza opzione, e in seguito gli operatori e i comitati (tra cui il Space Task Group) la appoggiarono. Anche Von Braun, sostenitore inizialmente dell’EOR cambiò idea ed appoggiò il LOR in quanto vista come l’unica opzione veramente fattibile per l’allunaggio in tempi brevi (entro la fine del decennio del 1960).

Diagramma con i tre approcci differenti per la missione di allunaggio

Solo il 12 luglio 1962, ben un anno dopo il discorso di Kennedy, Robert Seamans ed il neo amministatore NASA James Webb annunciarono a Washington la scelta del LOR per il progetto Apollo.

Bibliografia e immagini

Storia della Terra – Conclusione

Posted by articolidiastronomia on
1 46
Categories

La nostra storia della Terra prosegue con l’ultimo eone: il Fanerozoico che vede al divisione dei continenti, l’esplosione della vita e i primi ominidi …

Fanerozoico (età della Terra: 4 miliardi) L’ultimo eone della Terra si apre con la divisione di Rodinia, fino ad allora l’unico grande continente terrestre: esso si divide in Laurentia e Godwanda, quindi si riunisce di nuovo formando un secondo unico grande continente (Pangea) e un unico grande oceano (Pantalassa). Ora gli eventi si spostano sulla terraferma, ove l’evoluzione mostra appieno i suoi risultati a partire dall’Esplosione Cambriana. Negli ultimi 567 milioni di anni, la Terra subisce mutamenti radicali: oltre a periodi di instabilità climatica ove si alternano periodi caldi e glaciazioni (altre 3 glaciazioni).

Ecco una breve lista degli eventi principali:

  • 520 milioni di anni fa: i trilobiti (artropodi)  che domineranno lo scenario per 250 milioni di anni circa
  • 440 milioni di anni fa: estinzione di massa Ordoviciana
  • 530 milioni di anni fa: le piante con parti dure fanno la loro apparizione
  • 375 milioni di anni fa: estinzione di massa Devoniana
  • 360 milioni di anni fa: presenza degli anfibi
  • 325 milioni di anni fa: presenza dei rettili
  • 300 milioni di anni fa: terzo evento ossidativo
  • 250 milioni di anni fa: la Grande Estinzione alla fine del Permiano
  • 225 milioni di anni fa: fanno il loro ingresso i dinosauri
  • 200  milioni di anni fa: estinzione del Triassico
  • 150 milioni di anni fa: presenza degli uccelli
  • 130 milioni di anni fa: presenza delle prime piante a fiore
  • 65 milioni di anni fa: l’estinzione del Cretaceo pone fine al dominio dei Dinosauri. I mammiferi (esseri più piccoli) domineranno la Terra
  • 2 milioni di anni fa: primi ominidi (homo)

Negli ultimi cinque miliardi di anni circa, la Terra è sopravvissuta a cinque glaciazioni e cinque grandi estinzioni di massa (occorse a forme di vita complesse) e continuerà a cambiare sia geologicamente che dal punto di vista climatico in continuazione, anche molto prima del momento in cui Sole uscirà dalla sequenza principale del diagramma HR. Il Sistema Solare infatti è un sistema caotico e attualmente non siamo in grado di prevederne la stabilità con un orizzonte più esteso di 20-30 milioni di anni. Per quel tempo, della specie vivente homo sapiens sapiens, rimarrà solo un ricordo sotto forma di reperti fossili.

Bibliografia

Storia della Terra – Parte II

Posted by articolidiastronomia on
1 57
Categories

La nostra storia della Terra prosegue con l’arrivo della fotosintesi, il miliardo noioso, modello di Terra a Palla di Neve fino all’arrivo di un’atmosfera potenzialmente respirabile anche da un essere umano …

Pianeta roccioso

è un particolare tipo di pianeta così come definito dalla UAI nel 2006 con delle caratteristiche ulteriori relative alla sua composizione chimica e materiale, in particolare la presenza dei seguenti sei elementi (o composizioni di essi):
Ossigeno, Silicio, Alluminio, Ferro, Calcio e Magnesio

Archeano (età della Terra: 600 milioni) I primi organismi monocellulari (procarioti) sono già attivi nell’oscurità delle acque e dove ancora non arriva la luce. La temperatura della Terra è simile a quella attuale e diminuisce la concentrazione di metano. A mano a mano che gli organismi prolificano, la vita si sposta sempre più in superficie e cambia il processo biochimico di base: i procarioti iniziano a sfruttare la luce del Sole che traspare dall’acqua per iniziare la fotosintesi ossigenica. La fotosintesi ossigenica è più efficiente di quella anossigenica (quindi rappresenta un vantaggio evolutivo) e si basa sulla seguente reazione:

                                                                      6CO2 + 6H2O + ν –> C6H12O6 + 6O2                   

Tra i prodotti di scarto della fotosintesi prodotta dai cianobatteri c’è l’ossigeno che inizia ad accumularsi in atmosfera, ed anche la creazione di sedimenti calcarei laminati chiamati stromatoliti.

Campione di roccia proveniente dalla Isua Greenstone Belt in Groenlandia del periodo Archeano (3,8 miliardi di anni fa)

Archeano (età della Terra: 1 miliardo) L’ossigeno è un elemento altamente reattivo in grado di ossidare (ovvero in grado di acquistare elettroni), quindi l’ossigeno liberato come scarto dai cianobatteri procarioti non rimane in atmosfera, ma partecipa alle reazioni di ossido-riduzione. L’ossigeno inizia ad ossidare tutto ciò che incontra sulla terraferma dando inizio al processo di creazione di strati di roccia sedimentaria con diverso grado di ossidazione chiamata BIF (Band Iron Formation).

Queste bande cambiano ancora una volta il colore della Terra di un colore rosso. Con il passare delle epoche e dei movimenti delle placche tettoniche le BIF si sono spostate ed ora si trovano principalmente sui fondali degli oceani.

Archeano (età della Terra: 1,5 miliardi) La produzione di ossigeno non si ferma e non avendo più a disposizione rocce esposte da ossidare, si accumula in atmosfera cambiandone per sempre la sua caratteristica. Gli scienziati chiamano questo processo GEO (Grande Evento Ossidativo) oppure Catastrofe dell’Ossigeno. Il Sole aumenta la sua capacità radiante e raggiunge circa 85% di quella attuale.

Proterozoico (età della Terra: 2 miliardi) La vita sulla Terra evolve: con il tempo gli organismi procarioti (organismi unicellulari) lasciano spazio ai primi eucarioti (organismi multicellulari).Per meccanismi ancora non del tutto noti, probabilmente per endosimbiosi, i procarioti vengono inglobati e fagocitati da altri procarioti: il nuovo essere vivente (eucariota) rappresenta l’embrione di un organismo multicellulare composto da un mitocondrio ed una membrana esterna. Al tempo stesso i cianobatteri che ancora basano la loro esistenza consumando CO2 rischiano di estinguersi, quelli che vogliono sopravvivere devono trovare una nicchia ecologica entro la quale continuare a esistere.

Proterozoico (età della Terra: 2,5 miliardi) La vita è apparentemente tranquilla: per un altro miliardo di anni non ci saranno grossi cambiamenti al nostro pianeta. In realtà la Natura lavora incessantemente: in questo periodo di apparente calma (noto come miliardo noioso) la Natura lascia che l’evoluzione darwiniana faccia il suo corso, anche con tentativi fallimentari. E anche il periodo della rivoluzione minerale, ove si formano nuove tipi di rocce.

Proterozoico (età della Terra: 3,5 miliardi) La Terra si trova nel Neo Proterozoico ma un nuovo evento di portata planetaria sta per abbattersi su di essa. Lentamente la temperatura superficiale si abbassa e i ghiacciai aumentano di estensione: lo strato di ghiaccio superficiale causa un aumento di albedo del pianeta ed aumenta così la quantità di radiazione dispersa, ed il pianeta si raffredda ancora di più. Come in un meccanismo di feedback positivo l’abbassamento di temperatura favorisce l’ulteriore estensione dei ghiacciai fino a che essi non ricoprono l’intera superficie terrestre: la terra diventa un pianeta ghiacciato come una palla di neve (modello a Snow Ball) e si colora di bianco.  Probabilmente la frantumazione di Rodinia ha esposto una maggiore quantità di basalto all’azione degli effetti atmosferici (oramai ricca di ossigeno), che avrebbe favorito l’intrappolamento per reazione chimica di CO2. La CO2 costituisce un potente gas serra (il secondo, dopo il vapore acqueo) e la sua diminuzione in atmosfera ha innescato il meccanismo di abbassamento delle temperature e estensione dei ghiacciai a cascata. Alcuni geologi non sono d’accordo sul modello Snow Ball, ma sostengono che la Terra non fosse completamente ricoperta di ghiaccio, ma esistesse una fascia equatoriale non ghiacciata di acqua mista neve ove la luce solare poteva ancora filtrare  sott’acqua e rendere ancora possibile il processo di fotosintesi (modello Slush Ball). Sulla superficie la vita sparì ma non nei fondali oceanici, presso i camini ove attendere migliori condizioni.

Col passare del tempo, i vulcani e l’attività geotermica tornarono a immettere in atmosfera CO2, i ghiacciai iniziarono a sciogliersi e la Terra uscì dall’inverno bianco. Lo scioglimento dei ghiacciai ha lasciato tracce geologiche attraverso i tilliti, un tipo di rocce molto dure deposte e lavorate dai ghiacciai in ritirata. Il livello di ossigeno in atmosfera aumenta ancora, (secondo evento ossidativo) e si accumula una grossa quantità di fosforo e manganese lungo le coste dovuto alla putrefazione dei batteri. L’ossigeno in atmosfera reagisce con i raggi solari dello spettro UV, e si forma la fascia l’ozono (O3) fra i 35 e 40 Km di altezza.  Alla fine del Proterozoico l’atmosfera è potenzialmente “respirabile” per un ipotetico essere umano; la Terra è protetta dalle radiazioni UV e microorganismi multicellulari si trovano su tutto il globo.

(continua)

Bibliografia

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: