Un volo senza paracadute

Come fare per volare in un mondo senza atmosfera? Ali e propulsori non avrebbero alcun effetto. Al Marshall Space Flight Center la NASA sta perfezionando l’arte di volare in assenza di aria usando un prototipo di lunar lander

Come si fa a volare su un mondo senza atmosfera? Le ali non servono e neanche motori ad elica. Ma non provateci nemmeno con un paracadute!

L’assistente tecnico Brian Mulac della NASA ha la risposta. “Ci vuole pratica, pratica e ancora pratica… E naturalmente ci vogliono gli ugelli (thrusters)!”. L’agenzia spaziale sta perfezionando questa arte, usando un prototipo di modulo d’atterraggio (chiamato lander) lunare al MSFC.

“Abbiamo realizzato un ambiente di prova che ci aiuterà ad imparare come si fa a sorvolare (in inglese hover) e ad atterrare sulla Luna, considerando che il prototipo non è un hovercraft: essere in grado di sorvolare la superficie lunare è un effetto collaterale del sistema che stiamo usando per verificare il controllo di stabilità e orientamento, con l’obiettivo primario della capacità di riuscire ad atterrare”. Mulac sta effettuando i test in collaborazione con tecnici appartenenti alla NASA, al John Hopkins University Applied Physics Laboratory ed al Von Braun Center for Science and Innovation.

I getti di colore blu elettrico che emergono dal lander sembrano una sorta di tecnologia futuristica, mentre in realtà si tratta di banali getti di aria compressa.

“Sembrano blu in questa foto perché l’aria fredda che esce dagli ugelli interagisce con l’umidità che ci ritroviamo in Alabama” spiega Mulac “Questi sbuffi sono una specie di nuvolette e sono i cristalli di ghiaccio all’interno a diffondere una luce blu”.

Nella parte centrale del prototipo c’è un grande ugello che cancella i 5/6 della gravità terrestre, lasciando 1/6 della gravità terrestre, che è proprio il valore che abbiamo sulla Luna.

“Gli altri ugelli sono proprio quelli che troveremmo in un lander lunare robotizzato, così gli algoritmi di controllo e la dinamica sono esattamente gli stessi” ci informa Julie Bassler, Project Manager del progetto.

“Questo fatto è fondamentale” dice il tecnico Danny Harris “in quanto stiamo validando la guidabilità, la navigazione ed i sistemi di controllo, con l’ottica di realizzare un atterraggio sulla Luna”.

Ma se il lander sfuggisse al controllo? Mulac risponde “Non può capitare, ma proprio per l’eventualità remota che ciò accada, abbiamo circondato lo stanzone con una rete molto robusta”: questa rete, che si vede nella foto, è pronta a fermare il prototipo nel caso si perdesse il controllo.

Finora il prototipo ha passato positivamente tutti i test di volo. “Una volta iniziato il test, tutto procede automaticamente” ci dice Mulac “ed il computer di bordo direziona gli ugelli. Il piano di volo viene preprogrammato: diciamo al lander dove deve andare e lui ci arriva per conto proprio”.

“Effettuando questi test, accumuliamo le conoscenze necessarie al progetto di missioni che prevedono l’atterraggio su corpi celesti non dotati di atmosfera” dice Barbara Cohen, planetologa della NASA. “Esistono parecchi posti interessanti nel Sistema Solare, che non hanno atmosfera. Oltre alla Luna, ci piacerebbe visitare Mercurio, gli asteroidi, Europa ed altre mete senza atmosfera. Quello che impariamo qui, potrà avere una grandissima applicabilità altrove”.

“In fondo si tratta di risolvere un problema ingegneristico” ci dice Mulac “e con il nostro ambiente di test stiamo dimostrando che questo si può attuare con successo”.

Articolo in lingua originale

I commenti di questo post sono in sola lettura poichè precedenti al restyling del 2012. Iscriviti al Forum di Astronomia.com ed entra a far parte della nostra community. Ti aspettiamo! : )

13 Commenti

  1. A proposito di atmosfera, ho letto su un sito che (riporto pari pari) secondo le più recenti ricerche scientifiche, lo spazio inizierebbe a 118 km da terra. La NASA utilizza un valore leggermente maggiore (122 km), pari al punto in cui lo Space Shuttle inizia a manovrare con le superfici aerodinamiche anziché con i razzi. Per la Federazione Aeronautica Internazionale lo spazio inizia a 100 km, mentre gli Stati Uniti attribuiscono il distintivo di astronauta a chiunque voli oltre gli 80 km da terra.
    interssante, no? :mrgreen:

  2. uhm… davo per scontato questo sistema propulsivo, evidentemente mi sarà rimasto impresso in testa dopo anni di cartoni animati tipo mazinga z…
    Comunque, l’utilizzo di semplice gas compresso non costituisce un limite di autonomia? poi i serbatoi (soprattutto quando pieni) faranna da ulteriore zavorra…

  3. mi sorge un altro dubbio: se il lander si piega da un lato, il valore della gravita se ne va a “donnine facili” o sbaglio? Avranno forse l’ugello centrale che dirige il getto d’aria sempre in perpendicolare al suolo?

  4. due domande…cosa potrebbe succedere se il lander perdesse il controllo? e quando è prevista un secondo sbarco sulla Luna?

  5. @tutti
    Credo che solo in apparenza stiamo alle prese con situazioni che ci riportano ai primi goffi tentativi di volo di aeroplani sperimentali…
    Ora tutte le apparecchiature sono in mano ai computer, che controllano l’erogazione d’aria compressa, l’inclinazione dell’apparecchio, il suo peso istante per istante.
    Il tutto è oramai in mano a sofisticati “algoritmi” che altro non sono che programmi che pilotano tutti i sensori e attuatori (relè, valvole, filtri) disseminati sull’apparecchio.
    “Se” il software è progettato bene, ben difficilmente il velivolo cappotterà.
    Questi test servono proprio a verificare quanto succede nella realtà: ricordo pure che (a differenza dei maldestri tentativi dei pionieri del volo) gli scienziati moderni possono prima “simulare” il comportamento del velivolo sul computer per tutto il tempo necessario e solo alla fine decidono di fare i loro studi “sul campo”.
    Se ci pensate bene, aerei che volano e atterrano “da soli” non sono più nemmeno fantascienza!
    E le stesse sonde interplanetarie ne sono un altro esempio: agiscono in modo intelligente grazie al computer che è a bordo, visto che i controllori umani sono a milioni di km di distanza e ad ore di tempo, al punto che è del tutto impossibile “telecomandarli” da Terra.

  6. Non dubitavo sulla buona programmazione dei 1000mila chip disseminati per il lander… mi sorge il dubbio sull’ugello centrale. Perchè se il lander si dovesse piegare di un certo angolo, l’ugello di quel lato dovrà pompare più aria per compensare. Ma se l’ugello centrale è fisso, l’azzeramento dei 5/6 della nostra gravità si ha solo se questo pompa perpendicolarmente; in piega cancellerà magari i 4.5/6 di gravità, costringendo l’ugello laterale a dover buttar fuori più gas per compensare di quello necessario sulla Luna… quindi, se ci si attiene a quei dati, in caso di piega della sonda, si avrà una spinta maggiore del dovuto con successiva compensazione. Okay, i computer saranno studiati con metodo adattativo, ma a dover reimpostare i valori si sprecherà un discreto quantitativo di gas…

    (mi scuso per l’esposizione arzigogolata)

  7. @Andrea
    no no, è chiaro. E’ proprio quello che immagino i tecnici abbiano pensato fin dall’inizio.
    Guardando la foto sembra di capire che ci sono tre ugelli a 120° più quello centrale: quest’ultimo compensa la gravità mentre gli altri tre controllano l’assetto orizzontale. Se il lander dovesse piegarsi da un lato (ma non “dovrebbe” farlo!) subito l’ugello o i due più vicini interverranno per ripristinare l’orizzontalità: è proprio per la presenza di questa costante controreazione che penso che il lander sarà “sempre” orizzontale!
    In caso di guasti… beh è ovvio che se si guasta qualcosa, il sistema deve rispondere appropriatamente (sempre che se ne accorga!) cercando di raddrizzare la situazione oltre al lander stesso.
    Se invece l’aria compressa va in riserva? Ovviamente ci saranno adeguati sensori che segnalano il fatto…
    Comunque questa è sempre teoria… Per la Legge di Murphy, se qualcosa potrebbe andare storto, lo farà senz’altro!

  8. Aggiungo che in questo caso del lander, tutto il sistema quasi sicuramente sarà stato implementato con la Fuzzy Logic, che ben si adatta in situazioni dove non si deve prendere una decisione SI/NO, ACCESO/SPENTO, “ugello a tutta manetta”/”ugello spento”, ma con tutti gli infiniti gradi intermedi…

  9. Ma per “avanzare” immagino vada in piega controllata, giusto? Penso sia il meccanismo migliore anzichè altri ugelli solo di spinta, così da non consumare il prezioso gas. Sarebbe interessante un altro discorso: sulla luna son presenti gas, giusto? In questo caso se vi fosse un’unità di ricarica tipo compressore il lander potrebbe funzionare all’infinito (sempre ricaricandosi col sole per l’energia elettrica ed al netto della legge di Murphy!)

  10. Immagino che questa parte sotto test sia solo quella del lander ed invece, per spostarsi, una sonda futura utilizzerà banalissime ruote, proprio come fa (faceva…) il robottino Spirit su Marte, prima di rimanere bloccato!

  11. ahhhhh! Avevo in testa un lander/sonda… ora mi spiego un bel po’ di cose!
    E comunque ne approfitto per fare quello che non avevo ancora fatto: ringraziarti Pierluigi, grazie per i begli articoli.

  12. Grazie Andrea! 😳
    speriamo che questo tipo di lander possa essere utilizzato nei prossimi sbarchi, innanzitutto di sonde automatiche, poi (perché no) anche per atterraggi con astronauti a bordo!

  13. Concordo con Pierluigi : sembrano tentativi rozzi forse ereditati dagli ugelli di spostamento nelle tute degli astronauti attorno alla ISS.

    Funzionano bene in assenza (o quasi) di gravità e per piccoli spostamenti , ma sulla Luna per una stazione orbitante che rilascia un ‘Lander’ ci sarà una caduta di un Lander ‘pesante’ verso la Luna , con accelerazione inferiore al ‘g terrestre’ , ma comunque sufficiente a costituire una forza di spinta verso il basso non trascurabile (notevole).

    Se ne potrebbe dedurre che la fisica dietro questo sistema è quella di fornire una spinta uguale e contraria a quella di accelerazione verso la Luna.

    Bello , ma :
    Quanto pesa il ‘Lander’ ??
    Dove mettono la enorme quantità di aria compressa necessaria ?? La portano da terra ?? (povera aria sprecata li’ dove sarebbe oro per gli umani)
    Quale è il vantaggio rispetto ad un sistema analogo ma basato su bruciatori chimici (razzi di frenanti ??) .
    Sono sicuri che così facendo risparmiano la massa dell’ossigeno e dei relativi serbatoi (serbatoi dei bruciatori). ???? Io non ne sono altrettanto sicuro.

    Avranno fatto complicati calcoli che giustificano questa apparente ‘ invenzione dell’acqua calda’.

    Buona fortuna ai nuovi fratelli Wright.

    Articolo interessante : Bravo Pierluigi. 🙂