Voyager story

Quando la sonda Voyager fu lanciata nel 1977, la sua missione più ambiziosa era di intraprendere il  più grande viaggio mai eseguito nel sistema solare esterno visitando i pianeti Giove e Saturno.  Nessuno si sarebbe mai immaginato che, 32 anni più tardi, il Voyager serebbe stato il pioniere dello spazio esterno, diventando l’oggetto  artificiale più lontano dalla terra, pronto per raggiungere la zona di shock  e, forse, essere la  prima navicella a lasciare i confini della nostra eliosfera. In un certo senso, la storia del Voyager risale al 1920, quando Walter Hohmann dimostrò che il percorso tra  due pianeti con meno dispendio di energia è un’ellisse che è la tangente alle orbite dei due pianeti stessi. Tuttavia, i razzi progettati prima del 1960 non riuscivano a produrre energia sufficiente per inviare una sonda al di là di Giove e calcolavano  il tempo di percorrenza dalla terra a Plutone in circa 40-50 anni e dalla terra a Nettuno in 30 anni,periodi troppo lunghi per essere accettabili.

Poi, nel 1961, l’occupazione estiva  di due  laureandi in matematica di 25 anni,tra i quali lo studente, Michael A. Minovitch, ha portato a una rivoluzione nelle missioni planetarie. Minovitch ha dimostrato che, invece di essere un impedimento,la forza di gravità di un pianeta può fornire la spinta ad un veicolo spaziale. Egli ha dimostrato che un’attenta progettazione della traiettoria di viaggio verso un pianeta avrebbe potuto utilizzare la forza di gravità dello stesso per fornire un “effetto fionda”  che avrebbe lanciato una sonda da quel pianeta a una seconda destinazione. Un rilancio ulteriore potrebbe fornire energia per visitare altri pianeti, aumentando la velocità che ridurrebbe i tempi di spostamento,naturalmente a senso unico, verso ciascuno dei pianeti dopo la prima destinazione e sarebbe necessaria solo l’energia  per lanciare la navicella dalla terra al primo pianeta.Poiché Giove è il pianeta più grande del sistema solare e, di conseguenza, ha il più forte campo di gravità, Minovitch ha determinato che una missione per i pianeti esterni utilizzando Giove sarebbe possibile ed ha illustrato la traiettoria di un lancio dalla Terra a Giove, Saturno e Nettuno.

Ogni 175 anni i pianeti esterni, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, sono allineati geometricamente in modo tale da ridurre al minimo il tempo di viaggio e l’energia necessaria per visitare tutti e quattro. Nel 1965, Gary Flandro comunicò che la prossima  opportunità di questo tipo si sarebbe verificata nel 1976, 1977 e 1978 e progettò alcune traiettorie con “effetto fionda” che includevano una missione dalla Terra a Giove,Saturno,Urano e Nettuno.Le sonde Voyager non furono le  prime ad utilizzare la tecnica di rilancio gravitazionale per visitare i pianeti. Nel 1973 Mariner 10 avvicinando Venere ha utilizzato la sua gravità per continuare verso Mercurio. La missione di Pioneer nel 1973 fu la prima verso Giove e Pioneer 11 utilizzò la fionda gravitazionale per diventare la prima navicella a raggiungere Saturno, nel 1979.

Nel 1970 i piani di viaggio sono stati abbandonati e sono stati apportati tagli al bilancio poichè  era troppo costoso finanziare un veicolo spaziale che visitasse i quattro pianeti esterni con strumenti sufficienti per effettuare tutti gli esperimenti necessari.E’ stato accordato invece il finanziamento per una missione di due-sonde che studiassero Giove e la sua grande luna, Io e Saturno e il suo satellite, Titano. Più di diecimila traiettorie furono considerate, per massimizzare la quantità di informazioni che si potevano ottenere dai due sistemi planetari. La nuova missione era originariamente chiamata MJS, per Mariner Giove/Saturno, ma divenne la missione  Voyager, circa sei mesi prima dell’avvio. Anche se la missione di Voyager era pianificata  soltanto per Giove e Saturno, la traiettoria per la seconda navicella, Voyager 2, è stata progettata per un volo esteso verso Urano e Nettuno. La missione originale sarebbe costata circa 750 milioni di dollari, mentre la missione di Voyager avrebbe ridotto i costi da circa due terzi.Così è nata la missione  Voyager e sono state progettate le due sonde gemelle. La traiettoria della Voyager 1 era più breve, quindi ha raggiunto Giove  il 5 marzo, 1979 e quindi ha proseguito per Saturno il 12 novembre 1980. Nel frattempo,  Voyager 2 ha raggiunto Giove il 9 luglio, 1979 e Saturno, 25 agosto 1981.

Un’attenta pianificazione, così come l’anticipazione e la correzione dei possibili contraccolpi hanno assicurato il successo travolgente della missione Voyager. Le sonde hanno avuto un così straordinario successo avendo ottenuto immagini ad alta risoluzione delle atmosfere, satelliti e anelli  di Giove e Saturno e della loro magnetosfera, che sono stati aumentati i finanziamenti per estendere la missione. Invece di seguire traiettoria della Voyager 1, Voyager 2 è stato posto sulla traiettoria di Urano e Nettuno. La tecnica di rilancio gravitazionale ha ridotto il tempo di volo dalla Terra a Nettuno a 12 anni, calando i 30 anni originariamente previsti. La traiettoria del Voyager1, ha consentito di passare particolarmente vicino alla Luna di Saturno, Titano e dietro gli anelli di Saturno, piegando il percorso sul piano dell’eclittica, cosicché Voyager 1 non avrebbe incontrato più pianeti. La programmazione remota dei computer di bordo è stata abilitata ad estendere la missione, ora soprannominata  “missione interstellare Nettuno Voyager”. Così il Grand Tour originale era stato reintegrato e compiuto.Voyager 2 ha incontrato Urano il 24 gennaio, 1986 e  Nettuno il 25 agosto, 1989, .Ha raccolto informazioni quanto più possibile su Nettuno, compresi colore, caratteristiche delle nubi, dimensioni, massa, densità, composizione, temperatura e variazioni di temperatura, equilibrio del riscaldamento, velocità del vento e  velocità di rotazione. Voyager 2 ha analizzato anche il grande satellite di Nettuno, Tritone e la piccola Luna, Nereide, per determinarne le caratteristiche ed osservare se Tritone avesse un’atmosfera ed analizzare gli anelli e le loro caratteristiche. Inoltre, obiettivi della Voyager 2 erano lo studio del campo magnetico di Nettuno e la struttura e la composizione di eventuali particelle cariche nella sua magnetosfera, per osservare fulmini, aurore,  emissioni radio o altri fenomeni planetari e per determinare la posizione e l’orientamento del polo di rotazione del sistema Nettuniano.

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I primi 12 anni della Voyager sono stati epocali per l’esplorazione e,pur avendo costi per la NASA di 865 milioni di dollari, i riconoscimenti sono stati così eccezionali che la missione è stata estesa nuovamente  per  ulteriori 30 milioni di dollari . Da quando iniziò la missione interstellare Voyager 1 sta lasciando il nostro sistema solare a circa 3,5 AU(unità astronomica – distanza media della terra dal sole, 150 milioni di chilometri dal sole) ogni anno a un angolo di 35 gradi sopra il piano eclittica, mentre la Voyager 2 sta scappando a circa 3.1 AU all’anno a 48 gradi sotto il piano dell’eclittica. L’eliosheat è stata raggiunta da Voyager 1 che ha attraversato il termination shock a metà del dicembre 2004, ad una distanza dalla Terra di 94 UA.Anche la sonda Voyager 2 ha attraversato il termination shock il 30 agosto 2007La fase finale comincerà quando Voyager lascierà l’eliosfera per iniziare l’esame dello spazio interstellare.

La missione quadriennale originale della Voyager si è espansa a 12 anni e, quindi a 25 e continua. Questo risultato notevole è stato compiuto attraverso un utilizzo prudente dei generatori elettrici disponibili e l’accurato controllo del propellente. Al momento del lancio, i generatori di Thermoelectric Radioisotope (RTGs) hanno fornito circa 470 watt di potenza per la sonda. All’inizio del 1997, a causa del naturale  decadimento radioattivo del combustibile plutonio, si sono generati per Voyager 1  334watt e Voyager 2 336,  meglio di quanto era stato previsto. Dall’inizio del 2001, la potenza della Voyager 1 era scesa 315 Watt e della Voyager 2 a 319 Watt. Per risparmiare energia, carichi di potenza sulla sonda furono disattivati, ciò significa che alcuni strumenti devono condividere la potenza e alla fine potrebbero non funzionare più.I due veicoli spaziali dovrebbero  continuare a funzionare fino a circa il 2020, dopodiché questa missione eccezionale terminerà il suo viaggio epico.

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2 thoughts on “Voyager story

  1. Falloppio scrive:

    Bellissimo.
    La spiegazione della fionda gravitazionele e’ semplice ma ben fatta.

    Visto che sei appassionato come me mi permetto di suggerirti questo forum di gente appassionata di astronautica (e molto molto competente).

    http://www.forumastronautico.it

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