Il volo spaziale è il movimento di un veicolo spaziale dentro e attraverso lo spazio . Il volo spaziale è utilizzato nell'esplorazione dello spazio e nelle attività commerciali correlate come il turismo spaziale ei satelliti per le telecomunicazioni . Vengono identificati anche altri usi non commerciali, come telescopi spaziali e satelliti spia o quelli per l'osservazione del pianeta.
Un volo spaziale inizia con un lancio, fornendo la spinta iniziale per aggirare la forza di gravità e strappare il veicolo spaziale dalla superficie terrestre. Una volta nello spazio, il movimento della nave, a propulsione o meno, è determinato dalle leggi della meccanica spaziale . Alcuni veicoli spaziali rimangono nello spazio indefinitamente, alcuni si disintegrano durante il rientro atmosferico e altri raggiungono la superficie per un atterraggio o un impatto.
La prima proposta teorica per il viaggio spaziale missilistico fu pubblicata dall'astronomo e matematico scozzese William Leitch, in un saggio del 1861 intitolato "A Journey Through Space". Ma il lavoro più noto su questo argomento rimane il lavoro di Konstantin Tsiolkovsky, ",сследование мировых пространств реактивными реактивными приборами". (The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Devices), pubblicato nel 1903.
Nel 1919 , il volo spaziale divenne teoricamente possibile perché l'ingegnere americano Robert H. Goddard pubblicò A Method of Reaching Extreme Altitudes , in cui spiegava l'uso degli ugelli de Laval nel contesto dei razzi con propellenti liquidi, al fine di produrre la potenza necessaria per i viaggi interplanetari. Questo lavoro influenzò notevolmente gli ingegneri tedeschi Hermann Oberth e Wernher von Braun , futuri protagonisti dell'astronautica moderna.
il 3 ottobre 1942, quest'ultimo decolla il primo razzo per raggiungere lo spazio: si tratta di un razzo A4 , meglio conosciuto con la denominazione V2. Questo evento segna il lancio della prima produzione industriale di razzi, il V2 è l'antenato comune degli attuali ICBM e dei moderni lanciatori spaziali. Il passo in avanti rappresentato dal successo tecnologico di V2 ha aperto la strada alla conquista dello spazio .
Quindici anni dopo, il 4 ottobre 1957, un razzo sovietico R-7 Semiorka mette in orbita attorno alla Terra il primo satellite artificiale, lo Sputnik 1 , e il primo volo spaziale con equipaggio viene effettuato dal cosmonauta sovietico Yuri Gagarin , il12 aprile 1961a bordo di Vostok 1 .
Allo stato attuale, il razzo rimane l'unico mezzo utilizzato per vincere la gravità terrestre.
Il volo spaziale privato , vale a dire non finanziato dagli stati, ma dalle aziende, ha iniziato a comparire con l'invio di satelliti . Subito dopo i primi successi del volo spaziale, sorsero speranze di viaggio o di vita nello spazio a fini turistici. Queste speranze rimangono in sospeso a causa della mancanza di tecnologia e finanziamenti, ma il progetto SpaceShipTwo mira a consentire voli privati dopo il 2010.
Possiamo distinguere diversi tipi di voli spaziali in base alle orbite descritte:
Molte missioni spaziali sono composte da diverse fasi che rientrano in queste categorie. Ad esempio, alcune missioni marziane mirano a posizionare un oggetto in orbita attorno a Marte e sono quindi composte da una fase interplanetaria poi da una fase orbitale.
In alcuni casi, andiamo in altri posti, come i punti di Lagrange , ma le tecniche rimangono le stesse.
La definizione generalmente accettata del confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio è chiamata Linea Kármán , dal nome del fisico ungherese-americano Theodore von Kármán , che calcolò l'altitudine alla quale l'atmosfera diventa troppo sottile per le applicazioni aeronautiche. Questa linea si trova a 100 km di altitudine, ma ci sono riferimenti americani che fissano la linea di Kármán a 50 miglia di altitudine, o 80 km , per ragioni mnemoniche.
Volo suborbitaleDurante un volo spaziale suborbitale , il veicolo spaziale raggiunge lo spazio ma non entra in orbita. Di conseguenza, la sua traiettoria lo riporta sulla superficie della Terra. I voli suborbitali possono durare diverse ore, e Pioneer 1 , la prima sonda inviata dalla NASA per raggiungere la luna ne è un esempio. Un danno parziale ha fatto sì che la sonda prendesse una traiettoria suborbitale a quota 113.854 km prima di rientrare nell'atmosfera 43 ore dopo il suo lancio.
il 17 maggio 2004Il Civilian Space eXploration Team (in) ha lanciato il razzo GoFast per il primo appassionato di volo spaziale suborbitale. il21 giugno 2004, SpaceShipOne è stato utilizzato per la prima finanziata privatamente spaziale con equipaggio di volo .
volo orbitaleUn minimo di volo orbitale richiede una velocità molto più elevata del volo minimo suborbitale, e quindi è tecnologicamente più difficile. Per ottenere il volo orbitale, la velocità tangenziale attorno alla Terra è importante quanto l'altitudine raggiunta. Per ottenere un volo stabile e sostenibile, la velocità del veicolo spaziale deve rendere possibile un'orbita chiusa.
Ascensione direttaPer i viaggi interplanetari, non è assolutamente necessario raggiungere un'orbita chiusa a condizione che la nave raggiunga la velocità di fuga . Questa velocità è di 11 km/s sulla Terra. Fu così che i primissimi veicoli spaziali sovietici raggiunsero altitudini molto elevate senza essere messi in orbita. La NASA ha anche studiato l'ascesa diretta all'inizio del programma Apollo , in particolare con il razzo Nova , ma ha abbandonato l'idea a causa di considerazioni di massa. Diverse sonde spaziali senza equipaggio sono state inviate utilizzando l'ascensione diretta, il che significa che non hanno orbitato attorno alla Terra prima di attraversare lo spazio.
Attualmente, i piani per il futuro volo spaziale umano spesso includono l'assemblaggio del veicolo spaziale in orbita attorno alla Terra, escludendo di fatto questo tipo di lancio.
Una rampa di lancio è un'infrastruttura fissa progettata per consentire il decollo di veicoli aerospaziali. Questo è generalmente costituito da una torre di lancio che consente l'accesso ai vari stadi del lanciatore, nonché da una fossa destinata ad accogliere parzialmente la fiamma esplosiva. Il tutto è circondato da attrezzature per erigere i lanciatori, per mantenerli e per rifornirli. Uno spazioporto può comprendere diverse piattaforme di lancio .
Queste due tipologie di infrastrutture sono generalmente poste lontano dalle abitazioni, per motivi di sicurezza e di inquinamento acustico.
Un lancio può essere effettuato solo entro una finestra temporale molto precisa, definita dalla posizione dei corpi celesti e dalla loro orbita rispetto al sito di lancio. L'influenza principale è quella della Terra stessa.
I veicoli in orbita hanno una grande quantità di energia cinetica che devono dissipare per poter atterrare senza sublimare nell'atmosfera. Questa dissipazione richiede speciali metodi di protezione contro il riscaldamento aerodinamico.
La teoria su cui si basa l'approccio scientifico al rientro atmosferico si deve a Harry Julian Allen . Sulla base di questa teoria, i veicoli spaziali mostrano, al rientro nell'atmosfera, una forma arrotondata che assicura che meno dell'1% dell'energia cinetica convertita in calore raggiunga il veicolo spaziale.
Atterraggio e ammaraggioLe capsule dei progetti Mercury, Gemini e Apollo sono tutte atterrate. Sono stati progettati per atterrare a bassa velocità. Le capsule Soyuz russe sono progettate per atterrare sulla terraferma e utilizzare razzi retro per la frenata.
Le navette spaziali si librano e toccano la loro pista di atterraggio tangenzialmente e ad alta velocità.
RecuperoDopo un atterraggio riuscito, l'astronave, i suoi occupanti e il suo carico possono essere recuperati. A volte capita che questo recupero avvenga in volo, quindi prima di atterrare, mentre la navicella sta scendendo con il paracadute. Un aereo appositamente attrezzato lo prende poi in volo. Questo metodo viene utilizzato in particolare per recuperare filmati dai satelliti spia Corona.
Attualmente, tutte le astronavi tranne lo Space Shuttle American e il Falcon 1 di SpaceX , utilizzano un razzo multistadio per raggiungere lo spazio.
Il primo veicolo spaziale riutilizzabile, l' X-15 , è stato lanciato dall'aria su una traiettoria suborbitale su19 luglio 1963. Il primo parzialmente riutilizzabile e capace di essere messo in orbita, lo space shuttle, è stato lanciato dagli Stati Uniti per il ventesimo anniversario del volo di Yuri Gagarin, il12 aprile 1981. Furono costruite sei navette di questo tipo, che volarono tutte nell'atmosfera terrestre e cinque di esse volarono nello spazio. Lo shuttle prototipo dell'Enterprise è stato utilizzato solo nell'ambito delle prove di manovra di avvicinamento e atterraggio lanciato dal retro di un Boeing 747 e di atterraggio in bilico sulla base aerea di Edwards . La prima navetta a raggiungere lo spazio è stata la Columbia , seguita da Challenger , Discovery , Atlantis ed Endeavour . Quest'ultimo è stato costruito per sostituire il Challenger che è esploso ingennaio 1986. Columbia , nel frattempo, si è disintegrata al rientro nell'atmosfera infebbraio 2003.
La prima navicella spaziale automatica parzialmente riutilizzabile fu la navetta sovietica Buran , lanciata il15 novembre 1988, ed aver effettuato un solo volo. Questo aereo spaziale era progettato per trasportare un equipaggio umano e somigliava molto alla sua controparte americana, sebbene lo shuttle sovietico non avesse un proprio propulsore principale. La mancanza di fondi, aggravata dallo scioglimento dell'URSS, pose fine prematuramente al programma.
In linea con la Vision for Space Exploration, lo Space Shuttle è stato ritirato dal servizio nel 2011 principalmente a causa della sua età avanzata e dell'alto costo del programma, che ha raggiunto oltre 1 miliardo di dollari per volo. Il ruolo della navetta nel trasporto di persone deve essere sostituito dal veicolo di esplorazione dell'equipaggio (CEV) parzialmente riutilizzabile entro e non oltre il 2021. Il ruolo della navetta nel trasporto di merci pesanti deve essere sostituito da razzi non riutilizzabili come il Veicolo di lancio consumabile evoluto (EELV) o un lanciatore derivato dalla navetta.
Scaled Composites SpaceShipOne era un aereo spaziale suborbitale riutilizzabile che ha trasportato i piloti Mike Melvill e Brian Binnie su voli consecutivi nel 2004 per vincere l'Ansari X Award. La SpaceShip Company costruirà il suo successore SpaceShipTwo. Una flotta di SpaceShipTwos operata da Virgin Galactic prevedeva di avviare voli spaziali privati riutilizzabili che trasportassero passeggeri paganti (turisti spaziali) nel 2008, ma questo è stato ritardato a causa di un incidente nello sviluppo della propulsione.
Uno degli aspetti principali del volo spaziale risiede nei mezzi di propulsione .
Le tecnologie di propulsione spaziale utilizzate sono numerose, ma la più comune resta la propulsione chimica , mentre inizia a diffondersi la propulsione elettrica .
Il volo spaziale umano ha portato a nuove invenzioni. Ad esempio, hanno aiutato a sviluppare computer e linguaggi di programmazione. Le tecnologie sviluppate per gli astronauti hanno permesso di creare processi e oggetti oggi ampiamente utilizzati, come immagini mediche o persino coperte di sopravvivenza .
I satelliti sono un problema poiché consentono l'osservazione della Terra. Si occupano anche di comunicazioni telefoniche, previsioni del tempo e GPS .
Pertanto, sono importanti per i militari poiché molte attrezzature militari dipendono dal GPS. Forniscono inoltre molte informazioni alle forze armate (identificazione, posizione, foto) e consentono la ritrasmissione dei segnali.
È anche una questione economica. Ad esempio, nel 2017 in Indonesia, un incidente satellitare ha causato l'interruzione di 1.500 sportelli automatici per diverse settimane.