Traiettoria ad arco per uscire dalla terra ed entrare in orbita

Ciao a tutti.
Vedendo tantissimi lanci, sia dello Space Shuttle che di vari razzi,come si vede per immettersi in orbita durante il volo il missile deve assumere una traiettoria ad arco fino a volare quasi orizzontale, volevo sapere se esiste un grafico o tabella che mostra i gradi di inclinazione durante il volo per l’altezza. ma la domanda che mi sono sempre chiesto è: questa inclinazione è una manovra specifica calcolata a seconda del velivolo lanciato o avviene “automaticamente” per effetto delle leggi della fisica? uscire dalla Terra in verticale non so se sia fisicamente possibile.

Poi ho una domandina di curiosità: sappiamo che sulla Luna le radiazioni cosmiche e solari non mancano, non avendo un campo magnetico le prende tutte. Quindi mi domando: ma la bandiera lasciata dalle missioni Apollo di che materiale è fatta? (penso che sia stata studiata per resistere ai fenomeni di luce radiazioni escursioni termiche). saranno ancora li immacolate dopo quasi 50 anni ?
grazie per chi vorrà rispondermi se sono domande già scritte mi scuso ho cercato un po’ nel forum ma non ho trovato nulla, forse perché non conosco i termini giusti.

Per quanto riguarda le traiettorie di lancio orbitali mi limito a dire che, sebbene si possa salire verso lo spazio verticalmente o quasi, si preferisce una traiettoria più inclinata in modo da sfruttare la rotazione terrestre e raggiungere la velocità orbitale riducendo il consumo di propellente.

Le bandiere delle missioni Apollo erano dei comuni modelli commeriali di nylon acquistati ai magazzini Sears al prezzo dk 5.50$, puoi leggerne la storia in questo articolo. Non erano in alcun modo progettate per l’ambiente dello spazio o della Luna ed è probabile che la loro sorte sia stata la stessa dei tessuti di nylon esposti alla luce solare per molto tempo, cioè scolorirsi e usurarsi.

Non ti so indicare il grafico, ma per andare in orbita devi salire di almeno 200 km e accelerare a 27.000 km/h. Se non hai velocità sufficente ricadi sulla Terra, se ne hai troppa lasci la Terra per sempre e non vai in orbita. Quindi è obbligatorio inclinare la traiettoria, e questo viene fatto manovrando, non c’è una legge fisica che provochi l’effetto.
Le bandiere delle missioni Apollo erano di semplice nylon, comperate da un catalogo di un fornitore governativo, e modificate con una bacchetta orizzontale per tenerle aperte. Non so se il nylon si sia decomposto per i raggi cosmici; molto probabilmente lo è, ma per causa della radiazione ultravioletta del Sole, decisamente più “cattiva” sui polimeri sintetici che non i raggi cosmici. Trovi molte info in https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Flag_Assembly

“A review of photographs taken by the Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) indicates that flags placed during the Apollo 12, Apollo 16, and Apollo 17 missions were still standing as of 2012.[9] Some experts theorize that the colors of some flags may have turned white due to sunlight and space radiation, or that the fabric might have disintegrated entirely.”

Edit: Nonno Apollo mi ha preceduto, com’è giusto

incredibile miliardi di dollari per il programma Apollo e le bandiera da 5 $ :). per la traiettoria sono proprio curioso di sapere quanti gradi a secondo dell’altezza, ho veramente rivoltato il web ma non ho trovato nulla, sopratutto perché non so cosa scrivere.

Cerca Gravity Turn

Penso che questa analisi postata dall’utente u/veebay su reddit possa farti visualizzare la questione.

Ciao

Ciao, la tua domanda richiederebbe una spiega un po’ lunga e dettagliata ma volendo darti una risposta sintetica, ti direi:

L’obiettivo del razzo è portare un dato carico ad una certa quota e rilasciarlo con una certa velocità (intesa come vettore: direzione, verso ed intensità). Quale debba essere il valore di questa velocità vien fuori dalle equazioni della meccanica orbitale a seconda del tipo di orbita desiderata (circolare-ellittica, parabolica, iperbolica). Da una rappresentazione geometrica di queste possibili orbite si comprende subito che il vettore velocità, ad esempio per un’orbita circolare, è istantaneamente perpendicolare (in prima approssimazione) alla direzione che passa per il centro della Terra e per il satellite stesso. Ne deduciamo che il razzo, che porta in orbita il suo carico (un satellite), prima di rilasciarlo nello spazio debba immettersi su una traiettoria con un valore del vettore velocità che sia già quasi uguale a quello che dovrà avere in volo il satellite. In tal modo il satellite avrà una sua energia meccanica totale (cinetica + potenziale) tale da garantirgli almeno un’orbita che non lo porti a ricadere subito sulla Terra.
Allora se un razzo ipoteticamente salisse in verticale fino alla quota desiderata rilascerebbe il satellite con una velocità in termini di direzione non adeguata, che non gli garantirebbe la capacità di orbitare attorno alla Terra.

Quanto alla traiettoria effettiva seguita solitamente dai razzi, questa può essere suddivisa in quattro fasi, una delle quali risulta, in teoria, dall’effetto di ciò che viene chiamato “gravity turn”. È l’azione combinata della spinta del razzo e della forza di gravità le cui risultanti non sono applicate nello stesso punto e pertanto danno luogo ad una coppia di forza che tende a far ruotare il razzo con il naso che va verso il basso. Nella realtà il razzo stesso viene controllato tramite razzetti che determinano l’assetto se non addirittura con l’orientazione degli ugelli di scarico.
In conclusione per ogni razzo

• sulla base delle sue prestazioni (spinta dei vari stadi),
• dell’orbita finale del suo carico (quota da raggiungere, velocità al rilascio),
• della posizione della base di lancio

si determina con appositi software una serie di possibili traiettorie (ottimizzazione della traiettoria). Alla fine ne risulta un’interazione di forza di gravità, spinta dei singoli stadi (costante o variabile, in alcune fasi), controllo automatico del software di bordo dell’assetto del razzo o degli ugelli.

Di diagrammi che mostrano l’angolo di “pitch” (inclinazione spinta rispetto alla direzione orizzontale) con la quota o l’angolo di “flight path” (inclinazione vettore velocità rispetto alla direzione orizzontale) non credo si trovi molto in giro a parte qualcosa nei manuali di volo che trovi su internet (Ariane, Soyuz, Vega, Falcon 9 (poco dettagliato), etc etc).

Le traiettorie vere di missione sono nei documenti preparati per quella specifica missione e disponibili solo a chi lavora nel progetto.

Spero di aver chiarito un po’ meglio.

Alla faccia dell’analisi! Spettacolare
Dal che si capisce che non c’è una legge precisa, ma il profilo di lancio, spinta, angoli ecc, è a discrezione di chi progetta la missione; la fisica ti impone soltanto di raggiungere una velocità ed una quota, ma non ti dice come farlo.

Interessante, voglio aggiungere 1 dato empirico
Ho letto che é prioritario per il vettore uscire dall’atmosfera con la traiettoria più corta possibile, il che é intuitivo, per via della resistenza aerodinamica. Perciò penso sia vantaggioso tenere il razzo in verticale fino almeno alla fine della Troposfera, circa 5km

@IK1ODO

Diciamo che nel rispetto delle leggi della fisica grazie alle possibilità offerte dai software di controllo automatico e dalle prestazioni dei propulsori si può scegliere tra diverse traiettorie giocando sulla durata di ciascuna delle fasi di cui è composta una traiettoria. Per questo si parla di ottimizzazione della traiettoria.

@Astro_Livio

Vi sono in realtà requisiti contrastanti nella scelta della traiettoria ottimale.
Da un lato si vuol salire il più velocemente possibile il più in alto possibile, dall’altro si vuol guadagnare una componente di velocità orizzontale sempre maggiore il più velocemente possibile.

La scelta alla fine va più a favore del secondo requisito (in base a tutta una serie di calcoli su perdite/guadagni in termini di velocità raggiunte e sulle possibili traiettorie).

Come risultato la traiettoria verticale del razzo è cortissima e dura anche meno di 10 sec. In pratica non appena viene superata di qualche decina di metri la torre di lancio (“tower clearing”) la traiettoria comincia ad incurvarsi.

Ricordo che al simulatore Orbiter, in una missione dove si doveva lanciare un razzo verso l’orbita (attenzione, si trattava di un Single Stage To Orbit, un aerospazioplano a decollo su una normale pista, tipo Skylon), il tutorial diceva “Dopo il decollo, tieni un angolo di salita alto (70°) per attraversare velocemente gli strati più densi dell’atmosfera. Quando hai raggiunto una quota di 30 km circa, riduci l’angolo di salita a 30° per guadagnare velocità orizzontale e attiva gli RCS in modalità rotazione” fino a quella quota i razzi RCS erano disattivati in quanto negli strati più densi dell’atmosfera si usavano le superfici aerodinamiche, quali elevoni ecc. (ndr)

Una bella visualizzazione dal vivo da parte dell’Atlas V e Insight.

Ritornando su quest post lasciato in sospeso casualmente ho trovato questo video https://www.youtube.com/embed/QQB1Iw3zJbc?t=4m e colgo l’occasione per chiedere un’ulteriore domanda non proprio inerente all’argomento esposto sopra: perché al rientro gli Space Shuttle erano “scortati” da dei caccia militari? io posso pensare per la sicurezza aerea e del velivolo se c’è altro sono curiosissimo di sapere il vero motivo. grazie

I chase plane, dei jet T-38 non militari della NASA, scortavano i primi di atterraggi Shuttle con compiti di osservazione di questi primi voli ancora sperimentali.

La funzione dei chase planes è verificare tutta una serie di condizioni: integrità strutturale, possibili perdite di fluidi, estensione corretta del carrello, eccetera. Durante i voli sperimentali dell’ X-15 (sto leggendo il libro ) ce n’erano fino a cinque diversi, nei vari punti della traiettoria.

Moltissimi voli sperimentali Civili, Militari e “spaziali” prevedono l’utilizzo di chase plane almeno nelle fasi più critiche.
Sono un occhio esterno per i piloti impegnati nel collaudo

Esempio: