Astronautica: cos’è e come funziona la navigazione spaziale

- 13 Gen 2020

astronautica navigazione spaziale

Con il termine astronautica si intende dare un nome a tutta la teoria e la pratica, inerente a ciò che riguarda l'esplorazione spaziale.

L’astronautica è la teoria e pratica dell’esplorazione spaziale. In altre parole, essa può essere considerata un’attività riguardante i viaggi degli esseri umani al di fuori dell’atmosfera terrestre, per via di particolari mezzi (veicoli spaziali), in grado di viaggiare nello spazio, sia in modalità programmata ed in un certo senso automatica, che provvisti di un equipaggio ben addestrato alla navigazione spaziale.

Cosa è l’astronautica e come si è sviluppata nel corso del tempo.

In molti la classificano anche come la scienza che si occupa di tutto ciò che concerne le tecnologie legate ai viaggi interplanetari e che sottosta all’ingegneria aerospaziale. In astronautica, i viaggi condotti oltre l’atmosfera del nostro pianeta vengono effettuati in condizioni particolari, estremamente pericolose, che necessitano di enorme cautela e precisione. Non a caso, nelle svariate missioni, nonché nei rientri sul pianeta Terra, i veicoli spaziali devono avere la capacità di reggere ad ambienti ben diversi da quello terrestre (assenza di gravità, radiazioni spaziali e molto altro ancora).

Le effettive origini dell’astronautica si possono ricondurre al periodo in cui furono inventati i primi razzi. Ma già da diverso tempo, i viaggi nel cosmo erano nell’immaginario di tutti, nonché di scrittori fantascientifici come Jules Verne con il suo romanzo Dalla Terra alla Luna, che inconsapevolmente anticipò l’allunaggio americano del 1969 oppure dello scrittore britannico, Herbert George Wells, definito il padre della fantascienza.

Tornando all’astronautica ed alla sua storia, c’è da dire che dopo l’invenzione dei razzi, utilizzati nei missili a propulsione, il vero punto di partenza si ha con il lancio in orbita attorno alla Terra dello Sputnik 1, da parte dell’Unione Sovietica nel 1957. Seguì dunque, nel 1961, il primo viaggio nello spazio con l’astronauta sovietico Jurij Gagarin a bordo della nave spaziale Vostok 1, allo scopo di orbitare attorno alla Terra.

Dalla data del lancio dello Sputnik sovietico in poi, in parallelo alle missioni spaziali dell’Unione Sovietica, diverse altre nazioni del mondo cominciarono a dedicare il loro tempo nella corsa alla conquista dello spazio.

Non a caso, gli Stati Uniti d’America diedero risposta a quanto portato a termine dai sovietici, con altre missioni spaziale, tra le quali, la più importante fu l’Apollo 11 del 1969. Con essa, tutto il genere umano ebbe la possibilità di assistere a qualcosa di mai visto prima d’allora. Gli astronauti americani: Armstrong ed Aldrin posarono per la prima volta i loro piedi sulla superficie lunare.

La missione Apollo 11, con la quale si concretizzò l’allunaggio americano, fu una tappa estremamente importante nella storia dell’astronautica. Successivamente, i progetti in ambito spaziale diedero campo alle missioni in orbita terrestre e soprattutto sulle stazioni spaziali.

Furono proprio queste ultime a dare vita ad un particolare progetto collaborativo tra diverse agenzie spaziali. Nacque così, la cosiddetta Stazione Spaziale Internazionale, ovvero una stazione in orbita terrestre, riservata alle ricerche in ambito spaziale, facente capo ad un progetto unico, gestito da cinque agenzie spaziali, quali: la NASA appartenente agli Stati Uniti d’America, la RKA della Russia, la giapponese JAXA e l’agenzia spaziale canadese CSA-ASC.

L’importanza della conoscenza astrale, nell’interesse dell’uomo

L’Astronomia, ovvero la scienza che si occupa dell’osservazione e dello studio di tutti i corpi celesti presenti nello spazio, non ha delle origini ben precise.

Da sempre, il desiderio di conoscere ciò che fa parte della sfera celeste (sia per scopi religiosi che per la previsione di eventi) ha spinto gli astronomi delle varie epoche, ad intensificare studi e ricerche, nonché a progettare e costruire nuovi strumenti, utili a tali scopi.
Fin dalle origini, buona parte dei dati sull’universo si è ottenuta osservando semplicemente il cielo.

Già dalla Preistoria l’uomo studiò i movimenti dei corpi celesti visibili, per prevederne successivamente gli spostamenti. Ma fu attorno al 2700 a.C. che si ebbero le prime vere e proprie competenze in materia astronomica. Furono proprio i babilonesi a dimostrare di avere ampie conoscenze in merito. Essi lasciarono un’importante eredità ai popoli che li seguirono, come gli egizi, per i quali, le conoscenze degli astri sono in parte riscontrabili nella costruzione delle piramidi, allineate secondo la posizione delle stelle e nel calendario, il vero punto cardine dell’astronomia egizia.

A questi popoli, nel corso dei secoli, ne seguirono altri, come quello dei cinesi, al quale si attribuisce la prima registrazione di un eclissi solare e del passaggio di comete. Inoltre, il popolo cinese fu quello che arrivò per primo alla realizzazione di un calendario lunisolare, composto da 360 giorni. Tuttavia questo calendario, non arrivò mai alla precisione dei calendari realizzati da altri popoli dediti all’astronomia.

Anche l’astronomia greca assunse rilevante importanza nel corso della storia. A tal proposito si fa riferimento a Talete, un filosofo, matematico ed astronomo dell’antica Grecia. Ad esso è stata attribuita la suddivisione dell’anno in quattro stagioni e in 365 giorni, con rispettivi solstizi ed equinozi.

Nel corso della storia si susseguirono tanti altri grandi studiosi della sfera celeste, come Tolomeo, considerato l’ultimo dei più grandi astronomi dell’antichità, il quale sostenne fortemente la teoria del sistema geocentrico, che pone la Terra al centro dell’universo. Ed ancora, nel ‘500, Copernico e la teoria della Terra che orbita intorno al Sole con moto circolare, seguito da Galilei, il quale con la realizzazione di un innovativo telescopio, riuscì a vedere particolari della superficie lunare e degli altri pianeti conosciuti, mai visti.

Nel 600 seguì l’astronomia legata agli studi matematici, fisici e chimici, praticata dall’astronomo, nonché scienziato Isaac Newton, padre della legge di gravitazione universale, che studiò in maniera più approfondita la forma della Terra, potendo così interpretare con precisione gli equinozi, l’effetto delle perturbazioni, causate dall’azione gravitazionale solare, nonché il fenomeno delle maree, dal quale poté risalire con esattezza alla massa della Luna.

Successivamente, con l’invenzione di nuovi strumenti idonei agli studi degli astri e tramite gli studi fisici e matematici applicati da altri studiosi ed astronomi, si ebbe la possibilità di approfondire ulteriormente le conoscenze sulla sfera celeste, per poi progredire sempre più, fino ad arrivare alle odierne esplorazioni spaziali, grazie alle quali si è ampliata sempre più la conoscenza dell’universo.

L’astronautica odierna

Al giorno d’oggi, gli scopi delle missioni spaziali sono molto meno competitivi rispetto a quelli della metà degli anni ’50 del secolo scorso. Per lo più, si tratta di fini prettamente scientifici, come il monitoraggio del nostro pianeta e delle sue risorse, lo studio approfondito del sistema solare, con le annesse scoperte inerenti alla possibilità di vita del genere umano su altri pianeti dello stesso, nonché il miglioramento delle telecomunicazioni televisive e di Internet.

Altre tipologie di missioni hanno come scopo, la ricerca spaziale nell’ambito della medicina ed ovviamente della cura di nuove patologie, nonché nel campo della scienza dei materiali.

Ma le esplorazioni spaziali odierne, non si fermano solo alla ricerca per il progresso dei diversi settori scientifici, ma hanno altresì lo scopo di riuscire a scoprire se sugli altri pianeti del sistema solare, vi sia possibilità di vita, anche in un futuro lontano, nonché riuscire a scoprire se all’esterno del nostro sistema solare possano esistere forme di vita extraterrestri.

Tanto è vero che entrando più nei particolari, già dai primi anni del secolo in corso, diverse nazioni hanno sostenuto pubblicamente di voler riprendere le esplorazioni sulla Luna, allo scopo di sfruttare al meglio le sue risorse, tra le quali l’acqua sotto forma di ghiaccio, che in futuro potrebbe essere estratta e scomposta nelle sue forme elementari, ovvero in idrogeno ed ossigeno, grazie a generatori ad energia solare e l’estrazione dell’elio-3, un isotopo dell’elio, molto raro sulla Terra, che si trova maggiormente sulle rocce della superficie lunare. Il tutto in funzione di una futura ed eventuale colonizzazione del satellite.

L’estrazione dell’elio-3 dalle rocce lunari è uno degli scopi principali del programma di esplorazione lunare cinese (Programma Chang’e), che ha l’intenzione di ottenere da esso, combustibile utile alla produzione di energia ed a tal proposito, nel 2006, la compagnia spaziale Russa RKK Energija ha reso noto di poter estrarre l’elio-3 dalla roccia lunare entro il 2020.

La conquista dello spazio tra la fine del secolo scorso e i giorni nostri

Attualmente, grazie alla Stazione Spaziale Internazionale, l’uomo continua a portare avanti le missioni nello spazio. Infatti, oltre ad essere state inviate sonde sulla Luna, ne sono state lanciate altrettante su tutti gli altri pianeti del sistema solare, per poter avere più informazioni possibili a riguardo. C’è da dire inoltre che tra le sonde lanciate nello spazio, ve ne sono quattro in particolare che sono state inviate per le esplorazioni del cosiddetto sistema solare esterno, ovvero la parte del sistema solare che comprende i giganti gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno).

Queste sono le sonde spaziali lanciate a partire dalla fine degli anni ’70 del secolo precedente, fino agli inizi del secondo decennio dell’attuale secolo: Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 10 e Pioneer 11. Un’ulteriore sonda è stata lanciata successivamente alle quattro sonde precedenti, per l’esplorazione del pianeta nano Plutone e del suo satellite Caronte. si tratta della sonda spaziale New Horizons, oggetto artificiale realizzato dalla NASA e lanciato nello spazio il 19 gennaio del 2006. Questa sonda è arrivata a sorvolare il pianeta di Plutone il 14 luglio del 2015 ed attualmente si trova nella Fascia di Kuiper (oltre il pianeta Nettuno), per continuare la sua missione di esplorazione spaziale procedendo verso l’esterno del sistema solare. Si prevede la fine della sua missione per il 2026.

La Voyager 1 è la prima sonda tra quelle inviate nell’esplorazione del sistema solare esterno. Essa è stata lanciata il 5 settembre del 1977, nell’ambito dell’omonimo programma spaziale della NASA (Programma Voyager), allo scopo di sorvolare ed esaminare le superfici dei pianeti Giove e Saturno, nonché il suo satellite naturale, Titano. Completato il suo compito sui giganti gassosi, la missione della sonda è stata ampliata con lo scopo di esaminare e raccogliere informazioni utili, sulle altre aree del sistema solare esterno. Ancora oggi, la Voyager 1 risulta essere in attività e continua a fornire informazioni e dati utili alla ricerca spaziale. Si ipotizza che la stessa possa continuare a svolgere il suo compito fino al 2025.

La sonda spaziale Voyager 2 è considerata la gemella della precedente, essa appartiene allo stesso programma spaziale della NASA ed è stata lanciata in orbita il 20 agosto del 1977. A differenza della sorella gemella, la Voyager 2 è riuscita a sfiorare le superfici dei pianeti Giove e Saturno. Successivamente, grazie all’orbita su cui era stata immessa, la sonda ebbe la possibilità di proseguire la sua rotta verso altri due pianeti del sistema solare esterno, ovvero Urano e Nettuno, dei quali, grazie alla Voyager 2 si hanno diverse informazioni e dati.

Allo stesso modo della Voyager 1, dopo le missioni principali sui cosiddetti giganti gassosi, la gemella Voyager 2 si è lentamente allontanata dal sole andando verso i confini del sistema solare. Allo stato attuale e più per l’esattezza alla data del 15 settembre 2019, la sonda risulta essere ancora funzione ed anch’essa si prevede possa terminare il suo ciclo di vita attorno al 2025 per esaurimento della sua batteria.

La sonde spaziali Pioneer 10 e Pioneer 11 sono state lanciate prima ancora delle sonde Voyager per portare a termine le prime missioni di esplorazione sul pianeta Giove, con unica differenza che la prima raggiunse soltanto Giove e la seconda riusci ad esplorare per la prima volta Saturno.

Ancora oggi la Pioneer 10 continua a dirigersi verso i confini del sistema solare. Diverse sono le condizioni attuali della Pioneer 11, che non avendo più l’antenna allineata con la Terra, non è in grado di ricevere comandi, ne di inviare segnali e di conseguenza non si conosce lo stato attuale della sua apparecchiatura.

Tutte le sonde lanciate nel sistema solare, sia interno che esterno hanno avuto scopi inerenti all’esplorazione dei pianeti su cui sono state inviate, nonché allo sfruttamento di eventuali risorse presenti su di essi, ma anche alla ricerca di eventuali forme di vita extraterrestri. Non a caso Le sonde Pioneer sono dotate di lamine in metallo, su cui è inciso il luogo e la data di origine delle stesse, così da poter eventualmente lasciare delle tracce a viaggiatori del cosmo futuri. Invece, nelle sonde Voyager sono state inserite delle capsule temporali, con all’interno degli indizi, nel tentativo di poter comunicare la storia del nostro pianeta a forme di vita diverse dalla nostra.

Per quanto riguarda le esplorazioni del sistema solare interno, agli inizi del XXI secolo sono stati inviati tre rover in esplorazione sul pianeta Marte. I primi due furono Spirit e Opportunity. Nel decennio successivo, altre missioni hanno dato la possibilità di ottenere risultati migliori rispetto ai precedenti. Infatti, con l’invio del rover Curiosity ed i suoi strumenti scientifici avanzati è stata avviata una missione allo scopo di stabilire se sul pianeta rosso vi sia possibilità di vita.

Attualmente, ad ulteriore esplorazione di Marte, il 5 maggio del 2018 è stata inviata la sonda Insight, atterrata sulla superficie del pianeta rosso dopo sette mesi ed attualmente a lavoro, nell’intento di ottenere ulteriori dati sul pianeta e sulle sue condizioni.

Prospettive future sui viaggi spaziali

Se ad oggi i viaggi spaziali e le missioni legate alle esplorazioni hanno portato gli esseri umani a conoscenza di ciò che fino ad un secolo fa risiedeva solo negli studi e nelle osservazioni effettuate dalla Terra o addirittura nell’immaginario della gente, con molta probabilità il futuro dei viaggi nello spazio ci riserverà molte altre gradite sorprese.

Infatti, con grande probabilità, ben presto molta gente potrà vivere l’esperienza del viaggio nello spazio. A tal proposito, il cosiddetto turismo spaziale non è una novità. Ma attualmente risulta essere molto oneroso e non alla portata di tutti.

I motivi degli elevati costi di un viaggio nello spazio risiedono nelle misure di sicurezza che andrebbero adottate nell’affrontarlo. Un’ipotetica soluzione al problema potrebbe essere quella di istituire un organo internazionale che garantisca degli standard di sicurezza adatti a tutti, come avviene per le normali compagnie aeree. In questo modo i costi potrebbero essere ridotti e divenire alla portata di un maggior numero di gente. In un viaggio spaziale, oltre all’aspetto della sicurezza va considerato il fattore psicologico. Ad esempio, un viaggio verso il pianeta Marte ha una durata di circa due anni. Di conseguenza, dover vivere in spazi ristretti per lunghi periodi, potrebbe risultare molto difficoltoso e psicologicamente stressante per molti individui.

In conclusione, se attualmente è stato possibile effettuare viaggi spaziali per scopi esplorativi, scientifici ed addirittura turistici, non è escluso che in futuro sia possibile vivere in pianta stabile, al di fuori del nostro pianeta.

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