L esplorazione umana dello spazio

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1 L esplorazione umana dello spazio da Gagarin alla conquista di Marte e oltre... G. Cutispoto INAF Osservatorio Astrofisico di Catania Corso di Formazione per docenti Presente e futuro della ricerca in Astrofisica I.I.S.S. G.B. Vaccarini - 30 marzo 2017

2 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 552, provenienti da 37 nazioni, ma solo 24 hanno viaggiato oltre le LEO ( km) Le donne astronauta/cosmonauta sono 61, la prima è stata la russa Valentina Tereshkova (Vostok 6, Giugno 1963) L uomo più giovane nello spazio è stato il cosmonauta Gherman Titov, che aveva 25 anni quando volò sulla Vostok 2 L uomo meno giovane è stato l astronauta John H. Glenn, che aveva 77 anni quando volò sulla STS-95

3 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 trascorso nello spazio è del cosmonauta Gennadi K. Padalka: 878 g Peggy A. Whitson detiene il record per le donne: 377 g 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 per il tempo ininterrotto in EVA è dell astronauta Susan Helms: 8h 56m Il primato per il tempo totale in EVA è del cosmonauta Anatoliy Solovyov: 78h 47m (realizzato con 16 EVA)

4 Gli astronauti italiani 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/ /06/2015) Luca Parmitano ha volato sulla ISS (28/05/ /11/2013) ed è stato il primo italiano a effettuare una EVA

5 La corsa allo spazio 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 orbite prima di rientrare in atmosfera il 4/01/1958 Il 14/09/1959 la sonda sovietica Lunik II raggiunse la Luna dopo un viaggio di 33.5 ore

6 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

7 Il primo uomo nello spazio Il 12 Aprile 1961 l Unione Sovietica invia il primo cosmonauta nello spazio; Yuri Gagarin ( ) 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) Le probabilità d insuccesso erano del 50%; la data del lancio fu anticipata dall 1 Maggio, festa dei lavoratori, al 12 Aprile; il KGB aveva preparato in anticipo tre comunicati stampa, di cui due da usare in caso di disastro 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

8 Andiamo! Da quassù la Terra è bellissima, azzurra e non ci sono confini o frontiere Toccò il suolo nei campi di una fattoria collettiva dove incontrò la contadina Anna Takhtova e la figlia alle quali, per tranquillizzarle davanti a quella insolita visione, disse: Sono sovietico come voi

9 I risultati dei russi misero in crisi gli americani, molto in ritardo con il loro programma Mercury Inviano Alan B. Shepard ( ) 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 ( ) completa tre orbite (Mercury 6, altezza raggiunta 261 km)

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

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

13 Saturn V: il razzo vettore La serie Saturn rappresentò un progresso enorme nel settore dei lanciatori 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 Altezza: 111 m - Diametro: 10 m Peso: 3038 tonnellate I 5 motori del primo stadio consumavano circa 15 tonnellate di combustibile al secondo Tutti i lanci verso la Luna vennero effettuati dal J.F. Kennedy Space Center in Florida

14 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 = 7,5 m d = 3,9 m Dimensioni h = 3,2 m d = 3,9 m

15 Il L.E.M. (Lunar Excursion Module) Modulo per la discesa sulla superficie di due dei tre componenti l'equipaggio Permetteva di restare sul suolo lunare per oltre 75 ore Altezza: 6,37 m Larghezza totale: 9,07 m Diametro cabina: 4,27 m Volume: 6,65 m³

16 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 Neil Armstrong Michael Collins Edwin Aldrin Durata della missione: 8 g 3h 19m

17 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...

18 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) La Terra vista dalla Luna

19 La Terra vista dalla Luna La posizione dell allunaggio dell Apollo 17 (20.2 N; 30.8 E) è indicata nella mappa qui sopra dal cerchietto rosso. Eugene Cernan e Harrison Schmitt, i due astronauti dell Apollo 17, rimasero sul suolo lunare per 3 giorni e 3 ore. Quante volte durante la loro permanenza sul nostro satellite hanno visto sorgere o tramontare la Terra?

20 Un fallimento di enorme successo Frasi celebri dell avventura lunare Abbiamo scelto di andare sulla Luna non perché è facile, ma perché è difficile (J.F. Kennedy) 2. Questo è un piccolo passo per un uomo, un balzo gigantesco per l umanità (N. Armstrong) 1. Huston, abbiamo un problema (Apollo 13 aprile 1970) 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 D Terra = km) il motore del LEM fornì la spinta per il rientro

21 Siti degli allunaggi delle sonde Apollo mare della serenità mare della tranquillità mare delle piogge Apollo 15 Apollo 17 mare delle crisi Costo totale del programma Apollo 100 miliardi di oceano delle tempeste Apollo 11 mare della fecondità Costo della guerra in Iraq oltre 500 miliardi di mare degli umori Apollo 12 mare delle nuvole Apollo 14 Apollo 16 L Apollo 13 dovette rientrare a causa di un guasto, le previste missioni Apollo 18, 19 e 20 furono annullate per tagli di bilancio 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

22 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

23 Lunar Reconnaissance Orbiter ha scoperto che 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

24 LRO e i siti delle missioni Apollo Immagini da un altezza di 25 km

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26 Apollo 17 Apollo 15

27 Il cibo degli astronauti 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) 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

28 Alcune curiosità Astronauti o Cosmonauti? Ammaraggio o Atterraggio? 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 poté soddisfare il suo bisogno. Mito o realtà...?

29 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 m 3 Lunghezza: 26.3 m Altezza: 7.4 m Larghezza: 17 m Massa: kg Rivoluzioni: Astronauti ospitati: 9

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

31 Il telescopio spaziale Hubble (HST) è stato posto in orbita (a 559 km) dalla STS-31 (Discovery) il 24/04/1990 HST è stato visitato da altre cinque missioni STS per riparazioni, manutenzione e cambi di strumentazione Le EVA per le attività su HST sono tra le più documentate nella storia delle passeggiate spaziali

32 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 m 3 Lunghezza: 19 m Altezza: 27.5 m Larghezza: 31 m Massa: kg Rivoluzioni: Astronauti ospitati: 104

33 ISS International Space Station Lancio: 20 Novembre 1998 Volume abitabile: 837 m 3 Rientro: 2024 Lunghezza: 72.8 m Periodo orbitale: min Larghezza: m Perigeo: 400 km Altezza: 20 m Apogeo: 410 km Massa: kg Velocità: 7.67 km/s EVA montaggio: 174 (= 1061h) Giorni in orbita: 6705 Rivoluzioni: Giorni abitati: 5964 Astronauti ospitati: 227

34 Attualmente sulla ISS sono ospitati 6 astronauti (Expedition 50) Conquista dello spazio... Telecomunicazioni Previsioni meteo Sistemi GPS Le condizioni di microgravità a bordo della ISS sono dovute al suo moto orbitale, NON alla ridotta gravità terreste

35 Prospettive future Base permanente sulla Luna 2022 Sfruttamento minerario degli asteroidi 2025 Colonizzazione di Marte 2035 Colonizzazione dello spazio????

36 Base permanente sulla Luna Lunarville La Luna è priva di atmosfera, il che pone seri problemi per una permanenza prolungata sulla sua superfice: Meteoriti Raggi cosmici Variazioni di temperatura Prima arrivo io

37 Copertura realizzata dai robot-stampante

38 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

39 La conquista di Marte D massima Apollo 13: km D minima di Marte: 54 milioni di km Marte si trova alla distanza minima dalla Terra ogni 780 giorni, il che pone i limiti delle finestre di lancio Hohmann transfer orbit Viaggio 260 (x2) giorni Permanenza 458 giorni Totale = 978 giorni Crocco Grand Tour Viaggio A/R = 1 anno Permanenza = giorni

40 113 g v m = v a = v m 154 g G M Sole a 1 e 1 + e 98 g Orbita trasferimento Terra-Marte a = UA =(D TS + D MS )/2 P = anni e = v p = km/s v m-terra = km/s Tempo viaggio = 259 giorni v p = v m 1 + e 1 e v a = km/s v m-marte = km/s

41 113 g Crocco Grand Tour 98 g Costo stimato: 1T 154 g Soluzione più semplice : colonizzatori

42 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

43 Da quassù la Terra è bellissima, azzurra e non ci sono confini o frontiere

44 Ci vediamo a bordo... Grazie per la vostra attenzione