Il delta V per andare su altri corpi celesti

spero di non andare in OT, ma sono anni probabilmente che mi frulla in testa sta domanda, magari se ne è anche parlato nella decennale storia del forum ma…come mai non sono mai state spedite delle sonde di superficie su mercurio? (si, Bepi Colombo stessa avrebbe dovuto avere un lander ma per motivi di budget venne escluso, ma non credo che sia solo una questione di budget…o si?) Suppongo che un lander stile quelli lunari potrebbe essere idoneo alla discesa sul primo pianeta del sistema solare, no atmosfera, bassa gravità (meno della metà di quella terrestre) e calotte polari con temperatura stabile (-93 gradi centigradi)…

Primo, perché andare su Mercurio è difficilissimo, per scendere fin lì nel pozzo gravitazionale del Sole devi perdere un sacco di energia, e quindi le sonde fanno ripetuti gravity assist per entrare in orbita. Questo pone limitazioni alla massa al lancio, ai retrorazzi eccetera. Andare su Marte è molto più facile, e su Marte e Venere puoi fare almeno una parte di frenatura aerodinamica, che qui non puoi usare.
Poi probabilmente per relativo scarso interesse scientifico, dobbiamo ancora studiare bene Mercurio prima di decidere se valga la pena di mandare un lander. My 2 cents :wink:

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Guarda i valori di delta V… come dice IK1ODO è tutt’altro che banale.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Solar_system_delta_v_map.svg

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Sul delta V ti hanno già risposto, è più facile andare su Plutone che su Mercurio (vero).
Oltre il delta V, ci sono dei problemi termici, ad esempio anche BepiColombo ha dei pannelli grandissimi che però deve tenere poco esposti al Sole sennò si surriscaldano troppo; li mette un po’ di piatto, diciamo.

Se ti interessa, di recente c’è stato il planetary decadal survey, e il luogo adatto dove discutere proposte di missioni un tantino nuove, e tra le 800 proposte ricevute 4 erano missioni su Mercurio. Nessuna di queste quattro aveva una fattibilità tale da arrivare all’analisi economica della missione. Tra l’altro c’era anche una Mercury Sample Return, ma al momento è fantascienza.
Questo è il thread di FA dove si parla del decadal:

Queste sono le 4 missioni proposte:

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Mi scuso in anticipo per le inevitabili imprecisioni del linguaggio, dato che non sono un espertissimo del settore. Vi prego di essere clementi e aiutarmi a correggere gli svarioni troppo grossi.

Muoversi da un corpo celeste ad un altro del sistema solare richiede dei cambi (positivi o negativi) di velocità rispetto alla tua situazione di partenza. Per arrivare a Mercurio ti trovi a dover disperdere in modo controllato una certa quantità di energia, per “rallentare” e cominciare a “cadere” verso Marcurio.

A quanto ammonta questa differenza di velocità, per una traiettoria Terra → Mercurio? Se ti trovi già in orbita terrestre, per arrivare sulla superficie di Mercurio serve qualcosa capace di generare un delta V (cioè un cambio di velocità rispetto alla tua situazione di partenza) pari a 16,14 km/s, che sono un bel po’.

Per darti un paragone concreto: portare un lander dall’orbita terrestre alla superficie Luna richiede un razzo capace di generare un delta V di circa 5,76 Km/s.

Le capacità del razzo sono dunque cruciali per questo genere di missioni, e ad oggi non vi sono vettori in servizio in grado di sviluppare tale delta V. E’ vero che si potrebbe sviluppare un lander dotato di propulsione a ioni alimentata con RTG o reattore nucleare, in quanto assicurerebbe alti valori di delta V, ma a parte i problemi di fattibilità tecnica, questa soluzione richiederebbe di operare con spinte molto piccole per lunghissimi periodi di tempo, cosa che pone ulteriori sfide in termini di sopravvivenza della sonda stessa. Ma qui si va a divagare, quindi mi fermerei.

E come si fa a rallentare, e quindi abbassare la propria orbita partendo dalla Terra e andando ad avvicinarsi a Mercurio?

  • puoi portarti appresso un bel po’ di propellente e accendere i motori a razzo per ridurre gradualmente la tua orbita fino a Mercurio. Abbiamo visto che ad oggi questa opzione non è praticabile. La situazione potrebbe in teoria migliorare con lanci multipli che consentano il rifornimento orbitale del lanciatore che porta a bordo il lander, ma questa costosa ottimizzazione va oltre l’ambito di questa discussione. Dunque una missione diretta Terra-Mercurio è quella che minimizza la durata del viaggio, ma è attualmente impraticabile.

  • puoi sfruttare passaggi ravvicinati con altri pianeti, usando la tecnica del flyby, per far sì che siano i pianeti stessi ad “accelerarti al contrario”, cioè a rubare un po’ della tua energia e quindi a rallentarti al posto dell’accensione del tuo razzo vettore. Questo approccio ti consente di portarti appresso solo una quantità limitata di propellente, quella necessaria a gestire le manovre di avvicinamento ai pianeti e l’eventuale atterraggio del tuo lander. Di contro, dovendo impostare traiettorie diverse per rincorrere i pianeti che sfrutti nei flyby, qui i tempi di percorranza Terra-Mercurio si allungano in modo significativo. E infatti Bepicolombo impiega la bellezza di 7 anni abbondanti La sua traiettoria è ben riassunta nel video ESA qui sotto.
    Ad oggi, questa è la soluzione pragmatica più praticabile per esplorare i pianeti interni.

I numeri dei delta v da/verso i vari corpi celesti del sistema solare sono reperibili al link indicato da @RikyUnreal , oppure qui, in uno schema analogo che a me personalmente piace molto.

Se segui la traiettoria dall’orbita terrestre alla superficie di Mercurio, somma tutti i numeri lungo il percorso e troverai i delta V che ho indicato sopra. Nello specifico: (2,4 + 0,68 + 0,09 + 0,28 + 2,06 + 6,31 + 1,22 + 3,06) = 16,14 km/s

(Fonte: https://www.reddit.com/r/space/comments/1ktjfi/deltav_map_of_the_solar_system/)

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Bellissimo! Sarebbe da pinnarlo da qualche parte per reference futura! :clap:

Fa sempre impressione vedere che scappare dal sistema solare è molto ma molto più facile che tuffarsi nel sole. Per Mercurio, il paragone lo farei con Marte o con le lune di Giove: è più facile atterrare su Callisto che su Mercurio…

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ringrazio tutti per le delucidazioni, non ne avevo la benchè minima idea, chapeau ragazzi!

Questo grafico è stupendo, immediatamente salvato.
Grazie per la condivisione

Per capire se ho capito come uno grande:
quando arrivo al punto di trasferimento all’astro interessato devo “rallentare”, no?
Cioè il Delta V complessivo è la somma bruta delle accelerazioni e decelerazioni, ovvero dell’energia, se vogliamo chiamarla così, complessiva da usare.
Che accendo un propulsore per accelerare o decelerare, sempre accenderlo devo.

Io eviterei di usare termini con rallentare, accelerare, velocità positiva e negativa. Primo una variazione di velocità è una grandezza intrinseca del corpo, la velocità in sé no. Secondo, la velocità è un vettore. Ad esempio la ISS dopo mezza orbita ha subito 54.000 km/h di delta V, ha accelerato o rallentato?
Inoltre, quando si parla di manovre di approccio a pianeti e si parla di rallentare o accelerare, c’è sempre grandissima confusione se si guarda la velocità orbitale rispetto al Sole o la velocità di approccio al pianeta.

E suggerisco anche di spostare queste conversazioni nella categoria discussioni tecniche.

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Tu immagina che allontanarsi da un corpo celesto è come andare verso l’alto, mentre avvicinarsi è come andare verso il basso.
Se vuoi prendere un razzo e volare fino a 1000 metri devi usare del propellente, ma poi devi anche usarne quando scnedi per controbilanciare la forza di gravità che ti accelera…

Nel momento in cui esci dalla sfera di influenza di un corpo celeste, quel corpo celeste tende a rallentarti perché ti tira all’indietro. E quindi devi spendere Delta V per accelerare.
Quando entri nella sfera di influenza di un nuovo corpo celeste invece, questo tende ad accelerarti perhcé ti attrae verso il centro del suo campo gravitazionale. E quindi se ti vuoi “fermare” in orbita devi rallentare.

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Ok, :wink:
Avevo capito ma volevo la certezza.
Ovviamente usando, che so, delle traiettorie che mi portassero a lambire un atmosfera posso rallentare senza consumare propellente e diminuire il delta v, il che è ovvio ma se non cogli il senso subito pensi che ogni singolo delta v ti aumenta la velocità perché devi “salire”.

In entrambi gli schemi di delta V riportati ci sono delle icone che dicono proprio quando è utilizzabile l’atmosfera in una delle direzioni. Mercurio è l’unico pianeta senza quell’iconda ad esempio.

Un esempio sul perché non vanno usati i termini accelerare, rallentare, frenare, delta V positivo e negativo.
image
Immagine tratta da https://www.astronautinews.it/2019/04/arrivare-su-marte/

Nel 2021 è arrivata in orbita su Marte la missione Hope. La sonda era partita qualche mese prima dalla Terra e ha eseguito un classico trasferimento di Hohmann. Dall’orbita terrestre ha acceso i motori per accelerare e portarsi su un’orbita con afelio all’altezza dell’orbita di Marte. Al momento dell’arrivo su Marte, ha accelerato di nuovo, accendendo i motori in direzione del senso di marcia, per inserirsi in orbita marziana, evitando così che il pianeta sfuggisse via.

Nel 2021 è arrivata in orbita su Marte la missione Tianwen-1. La sonda, partita qualche mese prima della Terra aveva nominalmente una velocità troppo elevata, e sarebbe sfuggita al pianeta senza una manovra correttiva chiamata MOI o manovra di inserimento in orbita marziana. Ha acceso i motori in direzione opposta al senso di marcia decelerando quel che basta per entrare in orbita.

Perché i profili di missione erano diversi? Perché una doveva accelerare e una decelerare?

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Le magie del sistema dei tre corpi :relaxed:

Scusate, sara’ che sono tonto o semplicemente non ho avuto una formazione scolastica di tipo scientifico, ma non riesco a capire.

Partendo dalla Terra verso Venere o Mercurio, una sonda deve accelerare abbastanza da raggiungere la velocita’ orbitale di questi, che avendo un’orbita piu’ interna sono piu’ veloci della Terra?

Andando invece verso Marte deve diminuire la velocita’?

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Non devi pensare in termini di velocità ma di energia, che è la somma di energia cinetica ed energia potenziale.

Venere e Mercurio hanno più energia cinetica della Terra (vanno più veloce), ma hanno molta meno energia potenziale, e la loro energia totale è di meno.

Quindi per andare dalla terra a Mercurio, devi diminuire la tua energia. Come fai?

Rallenti (ovvero diminuisci la tua energia cinetica), in modo che la tua forza centrifuga diventi di meno della forza di attrazione del sole e quindi cominci a cadere verso il sole, il che ti fa accelerare (trasformando la tua energia potenziale in energia cinetica). Quindi quando sei dalle parti di Venere, avrai accelerato in modo da essere più veloce di quando eri sulla Terra, ma la tua energia totale è di meno.

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I profili appaiono diversi perché la manovra di Hope è descritta come trasferimento alla Hohmann (illustrato nell’immagine allegata) mentre quella di Tianwen-1 è descritta come una manovra di inserimento in orbita marziana eseguita quando la sonda si trova in una traiettoria iperbolica.

Entrambe le sonde accendono i motori una prima volta per portarsi in una traiettoria che le avvicini a Marte ed entrambe li riaccendono di nuovo per avvicinarsi alla velocità vettoriale di Marte.

Questa seconda accensione dei motori, per Hope è descritta come una manovra che porterà la sonda a risalire il pozzo gravitazionale del Sole (e quindi viene intesa come accelerazione); per Tianwen-1 è intesa come un diminuire la sua velocità angolare per portarla alla stessa velocità angolare di Marte (quindi descritta come una decelerazione).

Infatti, prima della seconda manovra, le orbite delle due sonde sono più piccole di quella di Marte e quindi hanno un periodo orbitale minore. Osservando le sonde dal Sole e misurandone la velocità in gradi al secondo paiono essere più veloci di Marte; dopo la seconda manovra, appaiono “rallentate” fino a diventare un punto che si muove nel cielo solidalmente a Marte.

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Andando fuori tema, questo spiega perché il volo spaziale non è intuitivo.
Ci sarebbe un modello grafico che potrebbe spiegare com’è, ma non sono bravo a disegnare.

Non ho capito bene il discorso e la domanda, se è una domanda.
Quando una sonda viaggia dalla Terra verso Marte comunque deve risalire il campo gravitazionale del Sole e in genere il viaggio è balistico su una traiettoria ellittica, per cui quando si troverà a raggiungere la quota di Marte, che è l’afelio dell’orbita della sonda, questa avrà necessariamente una velocità minore di quella del pianeta, per cui dovrà sempre aumentare la velocità per circolarizzare l’orbita e non ricadere verso la Terra.