Esplorazione Spazio - Società Astronomica Italiana

L’esplorazione umana dello spazio
da Gagarin alla conquista di Marte
G. Cutispoto
INAF – Osservatorio Astrofisico di Catania
XXI Scuola Estiva di Astronomia – 28 Luglio 2016
Gli Astronauti
Secondo la Federazione Internazionale dell’Aereonautica gli
‘’Astronauti’’ (o ‘’Cosmonauti’’ nella terminologia russa) sono
tutti coloro che hanno viaggiato oltre i 100 km di altezza
A oggi il totale è di 549, provenienti da 37 nazioni, ma solo
24 hanno viaggiato oltre le ‘’LEO’’ (160-2000 km)
Le donne astronauta/cosmonauta sono 60, la prima è stata
la russa Valentina Tereshkova (Vostok 6, Giugno 1963)
L’uomo più giovane nello spazio è stato il cosmonauta
Gherman Titov, che aveva 25 anni quando volò sulla Vostok 2
L’uomo meno giovane è stato l’astronauta John H. Glenn, che
aveva 77 anni quando volò sulla STS-95
Il primato di tempo totale nello spazio è del cosmonauta
Gennadi K. Padalka: 878 g
Peggy A. Whitson detiene il record per le donne: 377 g
Il primato di permanenza ininterrotta nello
appartiene al cosmonauta Valeri Polyakov: 438 g
spazio
Samantha Cristoforetti ha il primato per le donne: 199 g
La prima EVA (extra-vehicular activity) o “passeggiata
spaziale’’ è stata effettuata dal cosmonauta Alexey Leonov
il 18 Marzo 1965 (Voskhod 2) e durò 12m
Il primato per il tempo totale in EVA è del cosmonauta
Anatoliy Solovyov: 78h 47m (realizzato con 16 EVA)
Il primato per il tempo ininterrotto
dell’astronauta Susan Helms: 8h 56m
in
EVA
è
Gli astronauti italiani
Sette gli astronauti italiani; il primo è stato
Franco Malerba, che ha volato sulla STS-46
(31/07/1992 – 7/08/1992); l’ultima è stata
Samantha Cristoforetti, che ha volato sulla
ISS (23/11/2014 - 11/06/2015)
Luca Parmitano ha volato sulla ISS
(28/05/2013 - 10/11/2013) ed è stato il
primo italiano a effettuare una EVA
La ‘’corsa allo spazio’’
Ha inizio alla fine degli anni 50, e, in piena
‘’guerra fredda’’, si svolse in parallelo con la
“corsa agli armamenti”
Il 4/10/1957 l’Unione Sovietica mise in
orbita lo ‘’Sputnik 1’’ (una sfera di alluminio di
83 kg di peso e 58 cm di diametro), che
completò 1.400 orbite prima di rientrare in
atmosfera il 4/01/1958
Il 14/09/1959 la sonda
sovietica “Lunik II”
raggiunge la Luna dopo
un viaggio di 33.5 ore
La ‘’corsa allo spazio’’
Durante la campagna elettorale del 1960
J.F. Kennedy scrive:
Abbiamo intrapreso con i sovietici una gara spaziale di
importanza strategica e la stiamo perdendo. Se quest’anno un
uomo orbiterà intorno alla Terra, il suo nome sarà Ivan
Se i sovietici controlleranno lo spazio, potranno controllare
anche la Terra, così come nei secoli passati la nazione che
aveva il controllo dei mari regnava anche sui continenti
Non possiamo permetterci di arrivare secondi in questa gara
vitale. Per assicurare pace e libertà, dobbiamo essere i primi.
Lo spazio è la nostra grande Nuova Frontiera
Il primo uomo nello spazio
Il 12 Aprile 1961 l’Unione Sovietica invia il primo cosmonauta
nello spazio; Yuri Gagarin (1934-1968) completa un’orbita
intorno alla Terra; nel punto più alto la sua ‘’Vostok 1’’ (in
russo ‘’Oriente’’) raggiunge una quota di circa 315 km
La missione ha una durata di 108 minuti (06:07-07:55 UT)
Le probabilità d’insuccesso erano del
50%; la data del lancio fu anticipata
dall’1 Maggio, giorno dei lavoratori, al 12
Aprile; il KGB aveva preparato in
anticipo tre comunicati stampa, di cui
due da usare in caso di disastro
‘’The First Orbit”: un film girato dalla ISS che
mostra cosa vide Yuri Gagarin; vengono
sovrapposte immagini moderne con quelle
dell’epoca e con l’audio originale
I risultati dei russi misero in
crisi gli americani, molto in
ritardo con il loro programma
‘’Mercury’’
Inviano Alan B. Shepard (1923-1998) in un volo sub-orbitale
(Mercury 3, altezza raggiunta 188 km) il 5/05/1961, ma solo
il 20/02/1962 il primo americano John H. Glenn (1921-)
completa tre orbite (Mercury 6, altezza raggiunta 261 km)
Il 25 Maggio 1961, in uno storico discorso al Congresso,
J.F. Kennedy afferma: “Credo che questa nazione debba
impegnarsi per raggiungere l’obbiettivo, prima della fine di
questo decennio, di sbarcare un uomo sulla Luna e
riportarlo indenne sulla Terra
“I believe 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”
‘’Abbiamo scelto di andare sulla Luna non perché è facile,
ma perché è difficile’’
Il programma Apollo
Si svolse tra il 1961 e il 1972 e fu il terzo
programma di voli umani (dopo Mercury e
Gemini) della NASA, il primo in cui gli
astronauti si allontanavano dalla Terra
Le risorse investite furono enormi; tra il 1960 e il 1963 il
personale della NASA passa da 1000 a 36000 unità
Il butget della NASA nel 1966 fu pari al 5.5% del PIL e il
50% era destinato al programma Apollo
Il programma, un totale di 11 voli, stimolò progressi in
svariati settori della scienza e della tecnologia (tra cui
avionica, informatica e telecomunicazioni)
Tra il 1969 e il 1972 le missioni Apollo hanno portato 12
astronauti sulla superficie della Luna
Saturn V: il razzo vettore
La serie Saturn rappresentò un progresso
enorme nel settore dei lanciatori
Il ‘’Saturn V’’ era composto da tre stadi,
con un totale di 11 motori (5+5+1); era in
grado di inserire 118 tonnellate in orbita
bassa (LEO) e di inviarne 47 sulla Luna;
ne furono realizzati 15 esemplari
Altezza: 111 m - Diametro: 10 m
Peso: 3038 tonnellate
I 5 motori del primo stadio
consumavano circa 15 tonnellate
di combustibile al secondo
Tutti i lanci verso la
Luna vennero effettuati
dal ‘’J.F. Kennedy Space
Center’’ in Florida
Il ‘’Modulo di comando & servizio’’
Il modulo di comando,
ospitava l'equipaggio e gli
strumenti per il rientro
Dimensioni
h = 7,5 m
d = 3,9 m
Dimensioni
h = 3,2 m
d = 3,9 m
Il modulo di servizio forniva la propulsione, l'energia
elettrica e ospitava tutto ciò che veniva consumato durante
la missione; al rientro veniva fatto bruciare nell'atmosfera
Il L.E.M.
(Lunar Excursion Module)
Utilizzato per la
discesa sulla
superficie della
Luna di due dei
tre membri
dell'equipaggio
Permetteva la
permanenza sul
suolo lunare per
oltre 75 ore
Altezza: 6,37 m
Larghezza totale: 9,07 m
Diametro cabina: 4,27 m
Volume: 6,65 m³
Apollo 11
Lancio:
16 Luglio 1969 ore 15:32
Allunaggio:
20 Luglio 1969 ore 22:18
Sbarco:
21 Luglio 1969 ore 04:56
Tempo trascorso sulla Luna:
21h 36m
Rientro:
24 Luglio 1969 ore 18:51
Durata della missione:
8 g 3h 19m
Neil Armstrong
Michael Collins
Edwin Aldrin
Questo è un piccolo passo per
un uomo, un balzo gigantesco
per l’umanità
"That's one small step for a man, one giant
leap for mankind."
Erano passati solo 8 anni dal volo di Gagarin.....
La superficie della Luna
fotografata dall’interno del
modulo lunare dell’Apollo 11
Il cielo appare nero a causa
dell’assenza di atmosfera;
questo determina una grande
escursione termica fra le parti
esposte al Sole (107 °C) e quelle
che restano in ombra (-153 °C)
La Terra vista dalla Luna
Un fallimento di enorme successo
Frasi celebri dell’avventura lunare...
3. Abbiamo scelto di andare sulla Luna non perché è
facile, ma perché è difficile
2. Questo è un piccolo passo per un uomo, un balzo
gigantesco per l’umanità
1. Huston, abbiamo un problema (Apollo 13)
A 46 ore dal lancio, a seguito di
un’esplosione in un serbato di ossigeno,
il modulo di comando rimase senza
energia e il LEM divenne la scialuppa di
salvataggio degli astronauti
Dopo un’orbita intorno alla Luna (in cui
DTerra = 400171 km) il motore del LEM
fornì la spinta per il rientro
Siti degli “allunaggi” delle sonde Apollo
mare della serenità
mare delle piogge
Apollo 15
mare della tranquillità
mare delle crisi
Apollo 17
oceano delle tempeste
mare della
Costo totale del programma Apollo 100 miliardi
difecondità
€
Apollo 11
Costo della guerra in Iraq oltre 500 miliardi di €
Apollo 12
Apollo 14
Apollo 16
mare degli umori
mare delle nuvole
L’Apollo 13 dovette rientrare a causa di un
guasto, le previste missioni Apollo 18, 19 e 20
furono annullate per tagli di bilancio
In totale gli sbarchi
delle missioni Apollo
furono 6 (Apollo 11,
12, 14, 15, 16, 17), per
un totale di 12
astronauti discesi sul
nostro satellite
Sulla Luna oggi….
Lunar Reconnaissance Orbiter & Lunar Crater
Observation and Sensing Satellite (LCROSS) - missioni
della NASA (lanciate insieme nel Giugno 2009) per l’identificazioni di
aree utilizzabili per la costruzione di basi permanenti e per la ricerca
dell’acqua; stanno fornendo immagini della superficie con una
risoluzione spaziale fino a 50 cm
Kaguya – agenzia spaziale giapponese - studio della superficie e
ricerca dell’acqua sul fondo dei crateri in prossimità dei poli; ha
raggiunto la Luna nell’Ottobre 2007, operativa fino al Giugno 2009
Chang'e - serie di tre missioni dell’agenzia spaziale cinese - studio
della superficie lunare e la distribuzione degli elementi chimici; il
lander della Chang’e-3 è allunato il 14 Dicembre 2013
Chandrayaan 1 - agenzia spaziale indiana - entrata in orbita l’8
Novembre 2008 è rimasta operativa fino ad Agosto 2009 e ha
raccolto informazioni sulla superficie e sulla distribuzione dei minerali
Lunar Reconnaissance Orbiter
ha scoperto che…
La Luna si sta restringendo !!
LRO ha rivelato una attività tettonica relativamente
recente connessa al raffreddamento dell’interno lunare
Sarebbero circa 200 i metri del diametro lunare (che è di
3474 km) ‘’perduti’’ in 40 anni (0,0057 %)
Questo dimostra che la Luna non deve essere più
considerata un pianeta "morto" geologicamente
LRO e i siti delle missioni Apollo
Immagini da un’altezza di 25 km
LRO e i siti delle missioni Apollo
Immagini da un’altezza di 25 km
Apollo 12
Apollo 11
Apollo 15
Apollo 17
Il cibo degli astronauti
L’equipaggio dell’Apollo 11 aveva a disposizione una grande
varietà di pasti; il menù includeva circa 70 differenti piatti
surgelati, oltre a una buona varietà di bevande (che
dovevano essere re-idratate mediante aggiunta di acqua)
I pasti erano contenuti in sacchetti di plastica con colore
diverso per ogni membro dell’equipaggio e con una
targhetta che indicava la data e l’ora in cui mangiarlo
Alcune ‘’curiosità’’
Astronauti o Cosmonauti ?
Ammaraggio o Atterraggio ?
Imprevisti di un astronauta….
La mattina del lancio Gagarin viene portato verso la rampa
su un autobus (insieme con la riserva Titov pronto a
sostituirlo in ogni momento); improvvisamente chiede
all’autista di fermarsi…..
L’autista si fermò e, nonostante la tuta di volo pesante e
ingombrante, Gagarin potè soddisfare il suo bisogno….
Mito o realtà..... ?
Skylab
Lancio: 14 Maggio 1973
Rientro: 11 Luglio 1979
Periodo orbitale: 93.4 m
Perigeo: 434 km
Apogeo: 442 km
Giorni in orbita: 2249
Giorni abitati: 171
Volume abitabile: 320 m3
Lunghezza: 26.3 m
Altezza: 7.4 m
Larghezza: 17 m
Massa: 77000 kg
Rivoluzioni: 34981
Astronauti ospitati: 9
Inizio: 12 Aprile 1981
Fine: 21 Luglio 2011
Numero missioni: 135
Veicoli realizzati: 4
Equipaggio: 2-8
Giorni di missione: 1323
Payload: 22700 kg
Satelliti posti in orbita: 180
Satelliti riportati a Terra: 52
Lunghezza: 37.24 m
Apertura alare: 23.79 m
Massa: 68500 kg
Astronauti ospitati: 355 (833)
Space Shuttle
(Space Transportation System)
Il telescopio spaziale Hubble (HST) è stato posto in orbita
(a 559 km) dalla STS-31 (Discovery) il 24/04/1990
HST è stato visitato da altre
cinque missioni STS per
riparazioni, manutenzione e
cambi di strumentazione
Le EVA per le attività su
HST sono tra le più
documentate nella storia
delle ‘’passeggiate spaziali’’
MIR
Lancio: 20 Febbraio 1986
Rientro: 23 Marzo 2001
Periodo orbitale: 89.1 m
Perigeo: 354 km
Apogeo: 374 km
Giorni in orbita: 5519
Giorni abitati: 4592
Volume abitabile: 350 m3
Lunghezza: 19 m
Altezza: 27.5 m
Larghezza: 31 m
Massa: 124340 kg
Rivoluzioni: 86331
Astronauti ospitati: 104
ISS
International Space Station
Lancio: 20 Novembre 1998
Rientro: 2024
Periodo orbitale: 92.69 min
Perigeo: 409 km
Apogeo: 416 km
Velocità: 7.6 km/s
Giorni in orbita: 6460
Giorni abitati: 5747
Volume abitabile: 837 m3
Lunghezza: 72.8 m
Larghezza: 108.5 m
Altezza: 20 m
Massa: 420000 kg
EVA montaggio: 174 (= 1061h)
Rivoluzioni: 101100
Astronauti ospitati: 224
Attualmente sulla ISS sono ospitati 6 astronauti
(Expedition 48/49)
http://www.heavens-above.com/
Le condizioni di microgravità a
bordo della ISS sono dovute al
suo moto orbitale, NON alla
ridotta gravità terreste
Conquista dello spazio...
 Telecomunicazioni
 Previsioni meteo
 Sistemi GPS
Prospettive future
Base permanente sulla Luna
2022
Sfruttamento minerario degli asteroidi
2025
Colonizzazione di Marte
2035
Colonizzazione dello spazio
????
Base permanente sulla Luna
‘’Lunarville’’
La Luna è priva di atmosfera, il che
pone problemi per una permanenza
prolungata sulla superfice lunare:
 Meteoriti
 Raggi cosmici
 Variazioni di temperatura
Prima
arrivo io
Base permanente sulla Luna
‘’Lunarville’’
Copertura realizzata dai
robot-stampante
Sfruttamento minerario degli asteroidi
Asteroid Redirect Mission (lancio: 2021)
È una missione robotica per prelevare un pezzo ( 6 m) di un asteroide
e portarlo in orbita intorno alla Luna e per testare nuove tecnologie
(motore a ioni, sistemi di comunicazione laser) per missioni future
ARD ha un carattere prevalentemente scientifico, ma rappresenta un
primo passo verso lo sfruttamento minerario e......
per sviluppare le tecniche (trattore gravitazionale) per deviare dalla
loro orbita oggetti potenzialmente pericolosi per il nostro pianeta
La conquista di Marte
Dmassima Apollo 13: 400.171 km
Dminima di Marte: 54 milioni di km
Marte si trovare alla distanza minima
dalla Terra ogni 780 giorni, il che
pone i limiti delle ‘’finestre di lancio’’
Hohmann transfer orbit
Viaggio: 270 (x2) giorni
Permanenza: 500 giorni
Crocco Grand Tour
Viaggio: A/R = 1 anno
Permanenza: 10-30 giorni
Costo stimato: 1T €
Soluzione più ‘’semplice’’: colonizzatori
Problemi
Siamo adattabili allo spazio ?
La permanenza in ambienti con microgravità (ISS) per
periodi di tempo dell'ordine dei mesi, ha come effetto una
riduzione delle masse di ossa e muscoli, nonché una
depressione del sistema immunitario
Sono del tutto sconosciuti gli effetti ‘’evolutivi’’ (fisici e
psicologici) sulle generazioni di astronauti che dovrebbero
nascere e vivere nello spazio
La capacità di colonizzare lo spazio non può prescindere
da una stabilità politica mondiale e dalla soluzione dei
problemi sociali che attualmente affliggono il pianeta
Ci vediamo a bordo....
Grazie per la vostra attenzione