Ingegneria aerospaziale
Elon Musk, lo spazio a portata di mano
Come funzionano le orbite
L’esempio del cannone
In un esperimento mentale tratto dai suoi scritti Newton visualizza un “proiettile” (una palla di cannone) da lanciare/sparare dalla cima di una montagna molto alta. Nella vita reale la palla di cannone cade troppo presto per accorgersi dell’effetto della curvatura terrestre. Se lo sparo fosse abbastanza veloce, la palla di cannone non farebbe in tempo a cadere, perché nel frattempo starebbe curvando la terra sotto di lui. È quello che chiamiamo orbita! Se non ci fosse l’aria a fermarlo, il proiettile dovrebbe essere sparato a 26.280 km/h per entrare in orbita Le orbite geo sincrone e geostazionarie e i loro utilizzi commerciali Modificare un’orbita: le manovre orbitali
Le manovre orbitali sono essenziali per cambiare l’orbita di un satellite o di un veicolo spaziale. Un esempio è la manovra di Hohmann, che utilizza due accensioni del motore per passare da un’orbita a un’altra.
Come fa un razzo ad andare avanti
Il movimento di un razzo nello spazio si basa, per farla semplice, sulla legge di conservazione della quantità di moto, affermando che un razzo può accelerare espellendo parte della sua massa (come il carburante) in direzione opposta al movimento desiderato.
Facciamo un esempio: Una persona si ritrova senza remi in una barca lontana dalla riva. Vuole raggiungere questa riva. Si accorge che la barca è carica di una certa quantità di sassi e ha l’idea di lanciare, uno per uno e il più velocemente possibile, questi sassi nella direzione opposta alla riva. In effetti, alla quantità di moto dei sassi lanciati in una direzione corrisponde una quantità di moto uguale per la barca nell’altra direzione.
Quando il razzo brucia il carburante, la sua massa diminuisce, e per ogni unità di massa espulsa, il razzo guadagna velocità. Più grande è il rapporto tra la massa iniziale e quella finale, più velocemente il razzo può muoversi.
Come è fatto un razzo: la differenza tra propellente liquido e solido
Alcune complicazioni: come le cose potrebbero andare male – Vibrazioni estreme durante il decollo possono causare danni strutturali al razzo, mettendo a rischio l’integrità del veicolo e dei suoi componenti.
– Problemi al motore, come l’instabilità nella combustione del propellente, possono causare esplosioni o perdita di spinta, impedendo al razzo di raggiungere l’orbita
– Variazioni nelle condizioni atmosferiche, come venti forti o tempeste elettriche, possono destabilizzare la traiettoria, portando a deviazioni o fallimenti del lancio.
– Errori nei sistemi di guida e controllo possono impedire il corretto orientamento del razzo, rendendo impossibile mantenere la direzione prevista.
Le tecniche di atterraggio, paracaduti e retrorazzi Le tecniche di atterraggio includono paracaduti, che rallentano la discesa, e retrorazzi, che controllano la velocità. Combinando queste metodologie, i veicoli spaziali possono effettuare atterraggi precisi e sicuri su diverse superfici, garantendo il successo delle missioni. Products
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Elon Musk, lo spazio a portata di mano
In un esperimento mentale tratto dai suoi scritti Newton visualizza un “proiettile” (una palla di cannone) da lanciare/sparare dalla cima di una montagna molto alta. Nella vita reale la palla di cannone cade troppo presto per accorgersi dell’effetto della curvatura terrestre. Se lo sparo fosse abbastanza veloce, la palla di cannone non farebbe in tempo a cadere, perché nel frattempo starebbe curvando la terra sotto di lui. È quello che chiamiamo orbita!
Se non ci fosse l’aria a fermarlo, il proiettile dovrebbe essere sparato a 26.280 km/h per entrare in orbita
L’esempio del cannone
Le 10 cose da sapere 2Le manovre orbitali sono essenziali per cambiare l’orbita di un satellite o di un veicolo spaziale. Un esempio è la manovra di Hohmann, che utilizza due accensioni del motore per passare da un’orbita a un’altra. Modificare un’orbita: le manovre orbitali
Le 10 cose da sapere 4– 1972: Shuttle Program
La NASA avvia il programma Space Shuttle, consentendo missioni regolari nello spazio e il trasporto di carichi utili e astronauti in orbita terrestre.
– 1969: Apollo 11
Gli astronauti Neil Armstrong e Buzz Aldrin atterrano sulla Luna, portando a termine una missione storica e inaugurando l'era della luna come un potenziale obiettivo per future esplorazioni.
– 1961: Volo di Yuri Gagarin
Yuri Gagarin diventa il primo uomo a orbitare attorno alla Terra a bordo della navetta Vostok 1, un traguardo significativo nella storia dell'esplorazione spaziale.
– 1957: Sputnik 1
L'Unione Sovietica lancia il primo satellite artificiale, Sputnik 1, segnando l'inizio dell'era spaziale e della corsa allo spazio tra USA e URSS.
– 1944: V-2 Rocket
Sviluppato da Wernher von Braun, il razzo V-2 è il primo razzo a raggiungere lo spazio ad un’altitudine di 176km, segnando l'inizio della tecnologia dei razzi moderni.
L’evoluzione della space economy, dal primo razzo nello spazio al presunto approdo su marte
Le 10 cose da sapere 5– 2030 e oltre: Presunto Approdo su Marte
Diverse agenzie spaziali, tra cui NASA e SpaceX, pianificano missioni umane su Marte, con obiettivi di atterraggio previsti nel prossimo decennio, potenzialmente a partire dal 2030.
– 2020: Missione Mars 2020
La NASA lancia il rover Perseverance, progettato per cercare segni di vita passata su Marte e raccogliere campioni per una futura missione di ritorno sulla Terra.
– 2012: Curiosity su Marte
Il rover Curiosity della NASA atterra su Marte per esplorare la superficie del pianeta e raccogliere dati sul suo ambiente, aprendo la strada a future missioni umane.
– 2008: Inizio della Space Economy Commerciale
Le aziende private iniziano a entrare nel settore spaziale, con SpaceX che lancia il razzo Falcon 1, segnando l'inizio di una nuova era di esplorazione spaziale commerciale.
– 1998: Inizio della costruzione della Stazione Spaziale Internazionale (ISS)
Viene avviata la costruzione della ISS, un progetto collaborativo tra diverse agenzie spaziali, che funge da laboratorio scientifico e piattaforma per l'esplorazione spaziale.
L’evoluzione della space economy, dal primo razzo nello spazio al presunto approdo su marte
Le 10 cose da sapere 5Il movimento di un razzo nello spazio si basa, per farla semplice, sulla legge di conservazione della quantità di moto, affermando che un razzo può accelerare espellendo parte della sua massa (come il carburante) in direzione opposta al movimento desiderato. Come fa un razzo ad andare avanti
Le 10 cose da sapere 6– Errori nei sistemi di guida e controllo possono impedire il corretto orientamento del razzo, rendendo impossibile mantenere la direzione prevista. (Fonte: NASA – Guidance and Control).
– Variazioni nelle condizioni atmosferiche, come venti forti o tempeste elettriche, possono destabilizzare la traiettoria, portando a deviazioni o fallimenti del lancio. (Fonte: National Oceanic and Atmospheric Administration – Launch Weather).
– Problemi al motore, come l’instabilità nella combustione del propellente, possono causare esplosioni o perdita di spinta, impedendo al razzo di raggiungere l’orbita (Fonte: NASA – Rocket Propulsion). – Vibrazioni estreme durante il decollo possono causare danni strutturali al razzo, mettendo a rischio l’integrità del veicolo e dei suoi componenti. (Fonte: NASA – Rocket Launch Dynamics).
Alcune complicazioni: come le cose potrebbero andare male
Le 10 cose da sapere 8Le tecniche di atterraggio includono paracaduti, che rallentano la discesa, e retrorazzi, che controllano la velocità. Combinando queste metodologie, i veicoli spaziali possono effettuare atterraggi precisi e sicuri su diverse superfici, garantendo il successo delle missioni.
Le tecniche di atterraggio, paracaduti e retrorazzi
Le 10 cose da sapere 9– La gestione dei detriti spaziali è complessa e costosa; nel 2021, la NASA ha speso oltre 1,5 milioni di dollari per monitorare i detriti, evidenziando la necessità di tecnologie avanzate e strategie di prevenzione per garantire la sicurezza delle missioni spaziali future. (Fonte: NASA – Orbital Debris Program Office).
– Le collisioni tra detriti spaziali possono generare ulteriori frammenti, creando una cascata di eventi distruttivi nota come “sindrome di Kessler,” aumentando esponenzialmente il rischio. (Fonte: NASA – Kessler Syndrome).
– La loro crescente quantità rappresenta un problema poiché possono collidere con satelliti operativi, causando danni e potenzialmente compromettendo servizi cruciali come comunicazioni e meteorologia.
– I detriti spaziali sono oggetti non più funzionanti, come satelliti dismessi, razzi e frammenti derivanti da esplosioni, che orbitano attorno alla Terra. con oltre 36.500 pezzi di detriti tracciabili attualmente in orbita (Fonte: NASA – Space Debris).
Cosa sono i detriti spaziali e perchè sono un problema
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