L’esplorazione umana dello spazio da Gagarin alla conquista di Marte

G. Cutispoto INAF – Osservatorio Astrofisico di Catania

XXI Scuola Estiva di Astronomia – 28 Luglio 2016

Gli Astronauti

Secondo la Federazione Internazionale dell’Aereonautica gli ‘’Astronauti’’ (o ‘’Cosmonauti’’ nella terminologia russa) sono tutti coloro che hanno viaggiato oltre i 100 km di altezza

A oggi il totale è di 549, provenienti da 37 nazioni, ma solo 24 hanno viaggiato oltre le ‘’LEO’’ (160-2000 km)

L’uomo più giovane nello spazio è stato il cosmonauta Gherman Titov, che aveva 25 anni quando volò sulla Vostok 2

Le donne astronauta/cosmonauta sono 60, la prima è stata la russa Valentina Tereshkova (Vostok 6, Giugno 1963)

L’uomo meno giovane è stato l’astronauta John H. Glenn, che aveva 77 anni quando volò sulla STS-95

La prima EVA (extra-vehicular activity) o “passeggiata spaziale’’ è stata effettuata dal cosmonauta Alexey Leonov il 18 Marzo 1965 (Voskhod 2) e durò 12m

Il primato di tempo totale nello spazio è del cosmonauta Gennadi K. Padalka: 878 g

Peggy A. Whitson detiene il record per le donne: 377 g

Il primato di permanenza ininterrotta nello spazio appartiene al cosmonauta Valeri Polyakov: 438 g

Samantha Cristoforetti ha il primato per le donne: 199 g

Il primato per il tempo totale in EVA è del cosmonauta Anatoliy Solovyov: 78h 47m (realizzato con 16 EVA)

Il primato per il tempo ininterrotto in EVA è dell’astronauta Susan Helms: 8h 56m

Sette gli astronauti italiani; il primo è stato Franco Malerba, che ha volato sulla STS-46 (31/07/1992 – 7/08/1992); l’ultima è stata Samantha Cristoforetti, che ha volato sulla ISS (23/11/2014 - 11/06/2015)

Gli astronauti italiani

Luca Parmitano ha volato sulla ISS (28/05/2013 - 10/11/2013) ed è stato il primo italiano a effettuare una EVA

La ‘’corsa allo spazio’’

Il 14/09/1959 la sonda sovietica “Lunik II” raggiunge la Luna dopo un viaggio di 33.5 ore

Ha inizio alla fine degli anni 50, e, in piena ‘’guerra fredda’’, si svolse in parallelo con la “corsa agli armamenti”

Il 4/10/1957 l’Unione Sovietica mise in orbita lo ‘’Sputnik 1’’ (una sfera di alluminio di 83 kg di peso e 58 cm di diametro), che completò 1.400 orbite prima di rientrare in atmosfera il 4/01/1958

La ‘’corsa allo spazio’’

Durante la campagna elettorale del 1960 J.F. Kennedy scrive:

Abbiamo intrapreso con i sovietici una gara spaziale di importanza strategica e la stiamo perdendo. Se quest’anno un uomo orbiterà intorno alla Terra, il suo nome sarà Ivan

Se i sovietici controlleranno lo spazio, potranno controllare anche la Terra, così come nei secoli passati la nazione che aveva il controllo dei mari regnava anche sui continenti

Non possiamo permetterci di arrivare secondi in questa gara vitale. Per assicurare pace e libertà, dobbiamo essere i primi. Lo spazio è la nostra grande Nuova Frontiera

Il 12 Aprile 1961 l’Unione Sovietica invia il primo cosmonauta nello spazio; Yuri Gagarin (1934-1968) completa un’orbita intorno alla Terra; nel punto più alto la sua ‘’Vostok 1’’ (in russo ‘’Oriente’’) raggiunge una quota di circa 315 km

La missione ha una durata di 108 minuti (06:07-07:55 UT)

Il primo uomo nello spazio

‘’The First Orbit”: un film girato dalla ISS che mostra cosa vide Yuri Gagarin; vengono sovrapposte immagini moderne con quelle dell’epoca e con l’audio originale

Le probabilità d’insuccesso erano del 50%; la data del lancio fu anticipata dall’1 Maggio, giorno dei lavoratori, al 12 Aprile; il KGB aveva preparato in anticipo tre comunicati stampa, di cui due da usare in caso di disastro

I risultati dei russi misero in crisi gli americani, molto in ritardo con il loro programma ‘’Mercury’’

Inviano Alan B. Shepard (1923-1998) in un volo sub-orbitale (Mercury 3, altezza raggiunta 188 km) il 5/05/1961, ma solo il 20/02/1962 il primo americano John H. Glenn (1921-) completa tre orbite (Mercury 6, altezza raggiunta 261 km)

“I believe this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth”

Il 25 Maggio 1961, in uno storico discorso al Congresso, J.F. Kennedy afferma: “Credo che questa nazione debba impegnarsi per raggiungere l’obbiettivo, prima della fine di questo decennio, di sbarcare un uomo sulla Luna e riportarlo indenne sulla Terra

‘’Abbiamo scelto di andare sulla Luna non perché è facile, ma perché è difficile’’

Il programma Apollo

Il butget della NASA nel 1966 fu pari al 5.5% del PIL e il 50% era destinato al programma Apollo

Si svolse tra il 1961 e il 1972 e fu il terzo programma di voli umani (dopo Mercury e Gemini) della NASA, il primo in cui gli astronauti si allontanavano dalla Terra

Le risorse investite furono enormi; tra il 1960 e il 1963 il personale della NASA passa da 1000 a 36000 unità

Il programma, un totale di 11 voli, stimolò progressi in svariati settori della scienza e della tecnologia (tra cui avionica, informatica e telecomunicazioni)

Tra il 1969 e il 1972 le missioni Apollo hanno portato 12 astronauti sulla superficie della Luna

Saturn V: il razzo vettore

Il ‘’Saturn V’’ era composto da tre stadi, con un totale di 11 motori (5+5+1); era in grado di inserire 118 tonnellate in orbita bassa (LEO) e di inviarne 47 sulla Luna; ne furono realizzati 15 esemplari

La serie Saturn rappresentò un progresso enorme nel settore dei lanciatori

Altezza: 111 m - Diametro: 10 m Peso: 3038 tonnellate Tutti i lanci verso la

Luna vennero effettuati dal ‘’J.F. Kennedy Space Center’’ in Florida

I 5 motori del primo stadio consumavano circa 15 tonnellate di combustibile al secondo

Il ‘’Modulo di comando & servizio’’

Il modulo di servizio forniva la propulsione, l'energia elettrica e ospitava tutto ciò che veniva consumato durante la missione; al rientro veniva fatto bruciare nell'atmosfera

Il modulo di comando, ospitava l'equipaggio e gli strumenti per il rientro

Dimensioni h = 3,2 m d = 3,9 m

Dimensioni h = 7,5 m d = 3,9 m

Il L.E.M. (Lunar Excursion Module)

Altezza: 6,37 m Diametro cabina: 4,27 m Larghezza totale: 9,07 m Volume: 6,65 m³

Utilizzato per la discesa sulla superficie della Luna di due dei tre membri dell'equipaggio

Permetteva la permanenza sul suolo lunare per oltre 75 ore

Apollo 11

Lancio: 16 Luglio 1969 ore 15:32

Allunaggio: 20 Luglio 1969 ore 22:18

Sbarco: 21 Luglio 1969 ore 04:56

Tempo trascorso sulla Luna: 21h 36m

Rientro: 24 Luglio 1969 ore 18:51

Durata della missione: 8 g 3h 19m

Neil Armstrong Michael Collins Edwin Aldrin

Questo è un piccolo passo per un uomo, un balzo gigantesco per l’umanità "That's one small step for a man, one giant leap for mankind."

Erano passati solo 8 anni dal volo di Gagarin.....

La Terra vista dalla Luna

La superficie della Luna fotografata dall’interno del modulo lunare dell’Apollo 11

Il cielo appare nero a causa dell’assenza di atmosfera;

questo determina una grande escursione termica fra le parti esposte al Sole (107 °C) e quelle che restano in ombra (-153 °C)

Frasi celebri dell’avventura lunare...

3. Abbiamo scelto di andare sulla Luna non perché è facile, ma perché è difficile 2. Questo è un piccolo passo per un uomo, un balzo gigantesco per l’umanità 1. Huston, abbiamo un problema (Apollo 13)

Un fallimento di enorme successo

A 46 ore dal lancio, a seguito di un’esplosione in un serbato di ossigeno, il modulo di comando rimase senza energia e il LEM divenne la scialuppa di salvataggio degli astronauti

Dopo un’orbita intorno alla Luna (in cui DTerra = 400171 km) il motore del LEM fornì la spinta per il rientro

Siti degli “allunaggi” delle sonde Apollo

mare delle crisi

mare della fecondità

mare della tranquillità mare della serenità

oceano delle tempeste

Apollo 11

Apollo 12 Apollo 14

Apollo 16

Apollo 17 Apollo 15 mare delle piogge

mare delle nuvole

mare degli umori

In totale gli sbarchi delle missioni Apollo furono 6 (Apollo 11, 12, 14, 15, 16, 17), per un totale di 12 astronauti discesi sul nostro satellite

L’Apollo 13 dovette rientrare a causa di un guasto, le previste missioni Apollo 18, 19 e 20 furono annullate per tagli di bilancio

Costo totale del programma Apollo 100 miliardi di €

Costo della guerra in Iraq oltre 500 miliardi di €

Sulla Luna oggi…. Lunar Reconnaissance Orbiter & Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) - missioni della NASA (lanciate insieme nel Giugno 2009) per l’identificazioni di aree utilizzabili per la costruzione di basi permanenti e per la ricerca dell’acqua; stanno fornendo immagini della superficie con una risoluzione spaziale fino a 50 cm

Kaguya – agenzia spaziale giapponese - studio della superficie e ricerca dell’acqua sul fondo dei crateri in prossimità dei poli; ha raggiunto la Luna nell’Ottobre 2007, operativa fino al Giugno 2009

Chang'e - serie di tre missioni dell’agenzia spaziale cinese - studio della superficie lunare e la distribuzione degli elementi chimici; il lander della Chang’e-3 è allunato il 14 Dicembre 2013

Chandrayaan 1 - agenzia spaziale indiana - entrata in orbita l’8 Novembre 2008 è rimasta operativa fino ad Agosto 2009 e ha raccolto informazioni sulla superficie e sulla distribuzione dei minerali

La Luna si sta restringendo !! LRO ha rivelato una attività tettonica relativamente recente connessa al raffreddamento dell’interno lunare

Sarebbero circa 200 i metri del diametro lunare (che è di 3474 km) ‘’perduti’’ in 40 anni (0,0057 %)

Questo dimostra che la Luna non deve essere più considerata un pianeta "morto" geologicamente

Lunar Reconnaissance Orbiter ha scoperto che…

Immagini da un’altezza di 25 km

LRO e i siti delle missioni Apollo

Apollo 11

Immagini da un’altezza di 25 km

Apollo 12

LRO e i siti delle missioni Apollo

Apollo 15

Apollo 17

Il cibo degli astronauti

I pasti erano contenuti in sacchetti di plastica con colore diverso per ogni membro dell’equipaggio e con una targhetta che indicava la data e l’ora in cui mangiarlo

L’equipaggio dell’Apollo 11 aveva a disposizione una grande varietà di pasti; il menù includeva circa 70 differenti piatti surgelati, oltre a una buona varietà di bevande (che dovevano essere re-idratate mediante aggiunta di acqua)

Alcune ‘’curiosità’’

Ammaraggio o Atterraggio ?

Astronauti o Cosmonauti ?

Imprevisti di un astronauta….

La mattina del lancio Gagarin viene portato verso la rampa su un autobus (insieme con la riserva Titov pronto a sostituirlo in ogni momento); improvvisamente chiede all’autista di fermarsi…..

L’autista si fermò e, nonostante la tuta di volo pesante e ingombrante, Gagarin potè soddisfare il suo bisogno….

Mito o realtà..... ?

Skylab Lancio: 14 Maggio 1973 Rientro: 11 Luglio 1979 Periodo orbitale: 93.4 m Perigeo: 434 km Apogeo: 442 km Giorni in orbita: 2249 Giorni abitati: 171 Volume abitabile: 320 m3

Lunghezza: 26.3 m Altezza: 7.4 m Larghezza: 17 m Massa: 77000 kg Rivoluzioni: 34981 Astronauti ospitati: 9

Space Shuttle (Space Transportation System)

Inizio: 12 Aprile 1981 Fine: 21 Luglio 2011 Numero missioni: 135 Veicoli realizzati: 4 Equipaggio: 2-8 Giorni di missione: 1323 Payload: 22700 kg Satelliti posti in orbita: 180 Satelliti riportati a Terra: 52 Lunghezza: 37.24 m Apertura alare: 23.79 m Massa: 68500 kg Astronauti ospitati: 355 (833)

Il telescopio spaziale Hubble (HST) è stato posto in orbita (a 559 km) dalla STS-31 (Discovery) il 24/04/1990

Le EVA per le attività su HST sono tra le più documentate nella storia delle ‘’passeggiate spaziali’’

HST è stato visitato da altre cinque missioni STS per riparazioni, manutenzione e cambi di strumentazione

MIR Lancio: 20 Febbraio 1986 Rientro: 23 Marzo 2001 Periodo orbitale: 89.1 m Perigeo: 354 km Apogeo: 374 km Giorni in orbita: 5519 Giorni abitati: 4592 Volume abitabile: 350 m3

Lunghezza: 19 m Altezza: 27.5 m Larghezza: 31 m Massa: 124340 kg Rivoluzioni: 86331 Astronauti ospitati: 104

ISS International Space Station

Lancio: 20 Novembre 1998 Volume abitabile: 837 m3

Rientro: 2024 Lunghezza: 72.8 m Periodo orbitale: 92.69 min Larghezza: 108.5 m Perigeo: 409 km Altezza: 20 m Apogeo: 416 km Massa: 420000 kg Velocità: 7.6 km/s EVA montaggio: 174 (= 1061h) Giorni in orbita: 6460 Rivoluzioni: 101100 Giorni abitati: 5747 Astronauti ospitati: 224

Attualmente sulla ISS sono ospitati 6 astronauti (Expedition 48/49)

Le condizioni di microgravità a bordo della ISS sono dovute al suo moto orbitale, NON alla ridotta gravità terreste

http://www.heavens-above.com/

Conquista dello spazio...

Telecomunicazioni Previsioni meteo Sistemi GPS

Prospettive future

Base permanente sulla Luna

Sfruttamento minerario degli asteroidi

Colonizzazione di Marte

Colonizzazione dello spazio

2022

2025

2035

????

Base permanente sulla Luna ‘’Lunarville’’

La Luna è priva di atmosfera, il che pone problemi per una permanenza prolungata sulla superfice lunare: Meteoriti Raggi cosmici Variazioni di temperatura

Prima arrivo io

Base permanente sulla Luna ‘’Lunarville’’

Copertura realizzata dai robot-stampante

Sfruttamento minerario degli asteroidi

Asteroid Redirect Mission (lancio: 2021) È una missione robotica per prelevare un pezzo ( 6 m) di un asteroide e portarlo in orbita intorno alla Luna e per testare nuove tecnologie (motore a ioni, sistemi di comunicazione laser) per missioni future

ARD ha un carattere prevalentemente scientifico, ma rappresenta un primo passo verso lo sfruttamento minerario e......

per sviluppare le tecniche (trattore gravitazionale) per deviare dalla loro orbita oggetti potenzialmente pericolosi per il nostro pianeta

Dmassima Apollo 13: 400.171 km

Dminima di Marte: 54 milioni di km

Marte si trovare alla distanza minima dalla Terra ogni 780 giorni, il che pone i limiti delle ‘’finestre di lancio’’

La conquista di Marte

Hohmann transfer orbit

Viaggio: 270 (x2) giorni Permanenza: 500 giorni

Crocco Grand Tour

Viaggio: A/R = 1 anno Permanenza: 10-30 giorni

Costo stimato: 1T €

Soluzione più ‘’semplice’’: colonizzatori

Problemi

Siamo adattabili allo spazio ?

La permanenza in ambienti con microgravità (ISS) per periodi di tempo dell'ordine dei mesi, ha come effetto una riduzione delle masse di ossa e muscoli, nonché una depressione del sistema immunitario

Sono del tutto sconosciuti gli effetti ‘’evolutivi’’ (fisici e psicologici) sulle generazioni di astronauti che dovrebbero nascere e vivere nello spazio

La capacità di colonizzare lo spazio non può prescindere da una stabilità politica mondiale e dalla soluzione dei problemi sociali che attualmente affliggono il pianeta

Grazie per la vostra attenzione

Ci vediamo a bordo....