Agenzia spaziale europea

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Tags : agenzia spaziale europea, astronomia e spazio, scienza

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Agenzia Spaziale Europea

Logo dell'ESA

L'Agenzia Spaziale Europea o ESA (acronimo dell'inglese European Space Agency) è un'agenzia internazionale fondata nel 1975 incaricata di coordinare i progetti spaziali di 17 paesi europei. Il suo quartiere generale si trova a Parigi, in Francia. Il personale dell'ESA ammonta a 1.900 persone (esclusi sub-appaltatori e le agenzie nazionali) e il budget per il 2005 è stato di 3 miliardi di euro.

Lo spazioporto dell'ESA è il Centre Spatial Guyanais a Kourou, nella Guiana Francese, un sito scelto, come tutte le basi di lancio, per via della sua vicinanza con l'equatore. Durante gli ultimi anni il lanciatore Ariane 5 ha consentito all'ESA di raggiungere una posizione di primo piano nei lanci commerciali, e l'ESA è il principale competitore della NASA nell'esplorazione spaziale.

Le missioni scientifiche dell'ESA hanno le loro basi all'ESTEC di Noordwijk, nei Paesi Bassi. L'ESA Mission Control (ESOC), di Darmstadt in Germania, è responsabile del controllo dei satelliti ESA in orbita. Le responsabilità dell'ESA European Space Research Institute (ESRIN) di Frascati, in Italia, includono la raccolta, l'archiviazione e la distribuzione di dati satellitari ai partner dell'ESA; oltre a ciò, la struttura agisce come centro di informazione tecnologica per l'intera agenzia.

A questo proposito l'Agenzia ha dovuto definire e mettere in atto una politica a lungo termine che permettesse all'Europa di diventare e rimanere competitiva nel settore della tecnologia spaziale. L'ESA porta avanti una politica di cooperazione con vari partner nei campi in cui l'unione delle risorse e la ripartizione del lavoro permettono di raggiungere migliori risultati nell'attuazione dei programmi.

L'ESA stabilisce il programma spaziale europeo che riguarda i campi della scienza, dell'osservazione della Terra, delle telecomunicazioni, delle tecnologie del segmento spaziale (comprese stazioni e piattaforme orbitanti, infrastrutture a terra e sistemi di trasporto spaziale), oltre che delle ricerche sulla microgravità. Il suo ruolo consiste anche nel coordinare il proprio lavoro con i programmi nazionali dei suoi stessi membri, nella prospettiva di un'integrazione progressiva dei programmi nazionali con quelli europei.

In ultimo L'ESA, che è sostanzialmente un ente di ricerca e sviluppo, ha anche un compito a livello industriale che consiste nel delineare ed attuare una politica che permetta ai suoi programmi di raggiungere un giusto rapporto costo/efficienza, promuovendo la concorrenza ed assicurando a ciascun stato membro, in base ai suoi investimenti, un equo ritorno finanziario e tecnologico.

Le linee di condotta dell'ESA vengono decise dal Consiglio ESA costituito dai rappresentanti degli stati membri. Il Consiglio è coadiuvato dalle Commissioni specializzate dei vari programmi (che si occupano della gestione di programmi specifici), oltre che da un Comitato Scientifico, un Comitato Amministrativo e Finanziario, uno per la Politica Industriale ed uno per le Relazioni Internazionali.

Per realizzare i propri programmi, L'ESA spende la maggior parte dei suoi fondi in contratti assegnati alle industrie dei vari paesi membri. Tale politica permette a ciascun paese di poter ricevere come contropartita per gli investimenti effettuati un ritorno finanziario oltre che tecnologico. In tal modo, ogni euro che un dato paese membro versa nei fondi dell'Agenzia, dovrebbe rientrare interamente in quel paese sotto forma di contratto industriale.

Le attività di ricerca e di sviluppo dell'ESA comportano dei vantaggi economici diretti ed indiretti per le industrie europee. Molte aziende hanno sviluppato dei derivati dei prodotti dell'ESA o migliorato la propria produzione sfruttando l'esperienza tecnologica acquisita prendendo parte ad un programma dell'ESA.

Dopo la seconda guerra mondiale molti scienziati Europei avevano abbandonato l'Europa per lavorare negli Stati Uniti d'America o nell'Unione Sovietica. Sebbene il rapido sviluppo degli anni cinquanta avesse permesso a molti scienziati di ritornare in Europa, questi si erano resi conto che i singoli progetti nazionali non potevano competere con i progetti sviluppati dalle due superpotenze, specialmente in campo spaziale. Nel 1958, un mese dopo la crisi dello Sputnik, Edoardo Amaldi e Pierre Auger, due prominenti scienziati europei di quel tempo, iniziarono a discutere sulla fondazione di un'agenzia spaziale europea.

L'idea della creazione in Europa di un potere indipendente nel campo spaziale risale all'inizio degli anni '60. Nel 1962, fermamente convinti che "l'unione fa la forza", 6 paesi europei (Belgio, Francia, Germania, Regno Unito, Italia e Olanda), con la partecipazione dell'Australia, crearono l'ELDO (European Launcher Development Organisation) con lo scopo di progettare e costruire un lanciatore indipendente dalle due potenze spaziali dell'epoca.

Sempre nel 1962 (e precisamente il 14 giugno), gli stessi paesi, più la Danimarca, la Spagna, la Svezia e la Svizzera firmarono un accordo per la fondazione dell'ESRO (European Space Research Organisation), che venne poi creata ufficialmente il 20 marzo 1964 allo scopo di avviare progetti in campo satellitare. Tra il 1968 e il 1972 l'ESRO poté festeggiare i primi successi: 7 satelliti di ricerca vennero posti in orbita grazie all'utilizzo di lanciatori Statunitensi.

10 anni più tardi, i membri di queste 2 organizzazioni decisero di riunire le loro diverse attività in un unico ente. Nel luglio del 1973 durante una conferenza interministeriale dei 10 paesi europei svoltasi a Bruxelles, si delinearono i principi costitutivi dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Nel 1975 venne lanciata la prima missione da parte dell'Agenzia che sarebbe poi diventata l'ESA; si trattava della sonda Cos-B che aveva lo scopo di analizzare le emissioni di raggi gamma dell'universo. Nello stesso anno, l'Irlanda divenne membro dell'ESA e il 30 ottobre 1980 la ratifica dell'accordo sancì l'esistenza legale dell'ESA.

In seguito, Austria, Norvegia e più tardi la Finlandia si unirono agli stati membri fondatori dell'ESA. La ratifica di alcuni accordi di cooperazione ha dato inoltre la possibilità al Canada di partecipare ad un certo numero di programmi dell'Agenzia e di far parte del Consiglio ESA.

All'inizio degli anni Settanta la corsa allo spazio avviata dalle due superpotenze aveva subito una notevole contrazione. L'ESA si affermò come precursore nell'esplorazione spaziale. L'ESA riunì la NASA e il Regno Unito sotto il progetto dell'IUE, il primo telescopio orbitale, che venne lanciato nel 1978 e operò correttamente per 18 anni. Dopo i numerosi successi nell'orbita terrestre, nel 1986 l'ESA lanciò la Missione Giotto, la prima missione nello spazio profondo per studiare la cometa di Halley e la Grigg-Skejllerup. Hipparcos, una missione per la mappatura delle stelle, venne lanciata nel 1989, mentre negli anni Novanta furono lanciati SOHO, Ulysses e il Telescopio Spaziale Hubble in collaborazione con la NASA. Recenti missioni scientifiche in collaborazione con la NASA comprendono la sonda Cassini-Huygens dove il contributo ESA consistette nella realizzazione della sonda Huygens che atterrò su Titano.

Come successore dell'ELDO, l'ESA ha costruito dei lanciatori per carichi scientifici e commerciali. Ariane 1 venne lanciato per la prima volta nel 1979 e divenne il principale lanciatore commerciale dal 1984 in poi. I due razzi successivi erano principalmente degli avanzamenti tecnologici per arrivare all'Ariane 4, le cui operazioni tra il 1984 e il 2003 hanno reso l'ESA il soggetto principale nel campo dei lanciatori commerciali. Tuttavia il suo successore, l'Ariane 5, ha avuto alcuni problemi. Il primo lancio della prima versione dell'Ariane 5 fallì, come avvenne, anche, per il primo lancio dell'Ariane 5 ECA /2002), una versione migliorata dell'Ariane 5. Nonostante questi fallimenti, l'Ariane 5 ha dimostrato di essere un competitore valido per i lanci commerciali fin dal suo primo lancio avvenuto nel 1997, e si calcola che dovrebbe raggiungere i 25 lanci avvenuti con successo entro il 2006.

La Russia è il primo partner dell'ESA per l'accesso allo spazio. Questo è un accordo quadro tra il governo russo e l'ESA per una collaborazione ed una alleanza per l'esplorazione e l'uso dello spazio esterno per scopi pacifici. La cooperazione è già in corso per le zone di lancio e questa cooperazione porterà benefici comuni ad entrambi.

Esempi della nuova indipendenza dell'ESA sono la riuscita missione SMART-1, una sonda di test dotata di una nuova propulsione, la missione Mars Express e lo sviluppo del lanciatore Ariane 5.

Le attività dell'ESA sono raggruppate in 2 categorie: i programmi "obbligatori" e quelli "facoltativi". I programmi svolti nell'ambito del budget generale e di quello del programma scientifico sono obbligatori e comprendono le attività di base dell'Agenzia (l'esame di progetti futuri, la ricerca tecnologica, gli investimenti tecnici comuni, i sistemi informativi, i programmi di formazione). Tutti i paesi membri contribuiscono a questi programmi proporzionalmente al loro reddito nazionale.

Gli altri programmi, detti "facoltativi", interessano solo alcuni dei paesi membri che sono liberi di stabilire il loro livello di partecipazione. I programmi facoltativi riguardano settori come l'osservazione della Terra, le telecomunicazioni, il trasporto spaziale e il volo spaziale con equipaggio umano. Anche i progetti della stazione e delle piattaforme spaziali, così come le ricerche in microgravità, sono finanziati nell'ambito dei programmi facoltativi.

Per il futuro l'ESA ha piani ambiziosi che si possono suddividere in tre grandi categorie. Il primo è la continuazione della ricerca scientifica sui progetti di esplorazione (per esempio sviluppando nuovi sistemi di propulsione), in modo da ridurre i costi di lancio o aumentare il carico utile, onorare gli accordi presi con la Stazione Spaziale Internazionale, e migliorare le future esplorazioni spaziali come quella della sonda Venus Express, partita per Venere nell'autunno 2005.

La seconda categoria è, in collaborazione con la NASA, lo sviluppo e la costruzione di missioni indirizzate verso la ricerca astronomica come la sonda Planck che dovrebbe studiare il rumore di fondo del cosmo (2007), l'osservatorio spaziale Herschel (2006), COROT che dovrebbe segnare una nuova pietra miliare nella ricerca di pianeti extrasolari (giugno 2006) o l'interferometro Darwin. Darwin è l'ultima sonda progettata per individuare pianeti esterni al sistema solare della dimensione della Terra.

Mentre i precedenti progetti sono simili a quelli avviati dalle altre agenzie spaziali come la NASA, la terza categoria dei programmi spaziali dell'ESA differisce sensibilmente da quelli NASA. Il Programma Aurora definisce una serie di missioni per giungere ad una missione umana su Marte ma, a differenza di quello varato dalla NASA, non prevede un ampio numero di missioni verso la Luna, preferendo sonde automatiche e missioni progettate per testare le tecnologie che verranno utilizzate per la missioni umane che dovrebbe avvenire nel 2030. La prima missione di una certa rilevanza è ExoMars, una missione dotata anche di un rover per Marte. Fino al 2005 la missione ExoMars era una missione congiunta ESA e NASA, ma le leggi statunitensi che limitano lo scambio di informazioni hanno spinto l'ESA a modificare la missione rendendola esclusivamente ESA. La missione è prevista per il 2011. Un altro progetto molto ambizioso è Mars Sample Return Mission, che dovrebbe seguire la missione ExoMars. Sarà la prima missione che riporterà dei materiali da un altro pianeta, quindi sarà necessario costruire un modulo discendente capace di partire da Marte ed uscire dall'orbita marziana per tornare sulla Terra.

Nei prossimi anni probabilmente si uniranno all'ESA altri paesi, specialmente quelli che hanno fatto parte dell'allargamento dell'Unione Europea del 2004. In aggiunta, l'ESA ha diversi accordi con paesi non membri.

Attualmente l'ESA non fa parte dell'Unione Europea (UE). Infatti l'associazione contiene anche membri non appartenenti all'Unione Europea (Svizzera e Norvegia). Le due organizzazioni hanno però molti contatti e spesso lavorano insieme per definire lo status giuridico dell'ESA nell'UE. L'ESA e UE hanno molti obiettivi in comune e l'ESA ha un ufficio di collegamento a Bruxelles. L'UE, in particolare, è interessata a mantenere un saldo controllo dello spazio in modo da poter consentire agli stati membri un accesso sicuro allo spazio, una risorsa vitale per le politiche economiche dell'UE e per il ruolo che UE vuole svolgere nel mondo.

Il budget del'ESA per il 2005 è di 2,977 miliardi di euro, con un incremento del dieci per cento rispetto al budget del 2004. Il denaro aggiuntivo servirà in larga parte per finanziare gli investimenti ESA sui lanciatori. Attualmente il lancio di veicoli è la prima voce di spesa nell'ESA (i lanciatori assorbono il 22% del preventivo, la seconda voce è il volo umano). Nel 2005 i tre principali finanziatori ESA sono stati la Francia (29,3%), la Germania (22,7%) e l'Italia (14,2%).

Dopo l'ESA e la NASA, l'agenzia spaziale con il bilancio più ampio è quella giapponese, la JAXA, che ha a disposizione 1,6 miliardi di euro; dietro si pone l'ambiziosa Agenzia Spaziale Cinese che dispone di un budget di 1 miliardo di euro. Dietro a queste si pone l'agenzia russa che pur disponendo di un'esperienza enorme nell'esplorazione spaziale ha un budget molto basso, 800 - 900 milioni di euro, circa lo stesso dell'agenzia indiana.

L'ESA ha fatto grandi progressi nel proprio piano per avere a disposizione una flotta completa di lanciatori per coprire ogni esigenza del mercato. Presto la flotta ESA sarà composta dal lanciatore Ariane 5, dal Sojuz e dal lanciatore Vega. Il lancio dei razzi è gestito dall'Arianespace, una società controllata dall'ESA e dal CNES (una quota minore è gestita dall'EADS) che utilizza il Centro Spaziale Guianese ESA nella Guiana Francese come base di lancio. Dato che molti satelliti hanno un'orbita equatoriale il lancio da una zona equatoriale facilita i lanciatori e permette di trasportare un carico utile superiore a quello trasportato da un razzo lanciato da una base nordica.

L'Ariane 5 è il lanciatore primario dell'ESA. Il suo massimo carico utile è di 6-10 tonnellate per un'orbita geostazionaria e di 21 tonnellate per un'orbita LEO. Il lanciatore è in servizio fin dal 1997 ed ha rimpiazzato l'Ariane 4. Esistono varie versioni dell'Ariane 5, la versione in grado di lanciare il massimo carico utile è l'Ariane 5 ECA che ha effettuato il suo primo test positivo nel febbraio del 2004 dopo aver fallito il precedente test nel 2002.

Le versioni precedenti del lanciatore Ariane 1, 2, 3 e 4 sono state ritirate (erano state utilizzate dall'ESA per le sue missioni dell'epoca).

Vega è il piccolo lanciatore ESA (1,5 tonnellate a un'orbita di 700 chilometri). Il primo lancio è pianificato per la fine del 2009. Il membro leader del progetto Vega è l'Italia che contribuisce per il 65% dei costi. Vega è un lanciatore progettato per avere un corpo principale a tre stadi a propulsione solida con una propulsione liquida addizionale per il posizionamento nell'orbita. È una caratteristica notevole la possibilità di posizionare più carichi utili contemporaneamente per un lanciatore a basso tonnellaggio.

Quando fu creata l'ESA gli obiettivi primari non comprendevano l'esplorazione umana dello spazio; venivano considerate primarie le ricerche scientifiche svolte con sonde automatiche a differenza delle controparti americane e sovietiche. Quindi, non deve sorprendere che il primo astronauta europeo non russo non sia stato un astronauta ESA su una navetta ESA. Il primo astronauta europeo fu il cecoslovacco Vladimir Remek che nel 1978 a bordo della navicella sovietica Sojuz seguito dall'astronauta della Germania dell'est Sigmund Jähn, che viaggiò nello stesso anno. Il programma di cooperazione sovietico si chiamava Intercosmo ed ha principalmente coinvolto i paesi del patto di Varsavia, anche se nel 1982 il francese Jean-Loup Chrétien fu il primo astronauta dell'Europa occidentale a volare a bordo della stazione spaziale Sovietica Salyut 7.

Dato che Chrétien non era ufficialmente un astronauta ESA (pur essendo un astronauta del CNES), il primo astronauta ESA che volò nello spazio è considerato il tedesco Ulf Merbold. Merbold partecipò alla missione dello Space Shuttle STS-9, la prima ad utilizzare l'europeo Spacelab, che avvenne nel 1983. STS-9 segnò l'inizio di una proficua collaborazione tra NASA e ESA che incluse decine di voli spaziali a bordo dello Space Shuttle. Durante le missioni l'ESA pagava alla NASA il viaggio sullo Shuttle; negli anni successivi la cooperazione si estese all'Unione Sovietica con numerose missioni a bordo della Mir.

Durante la fine degli anni Ottanta, i voli con astronauti europei iniziarono a diventare la norma e, quindi, si decise di costituire nel 1990 l'European Astronaut Centre a Colonia in Germania. In questo centro gli astronauti europei vengono selezionati e addestrati per i voli spaziali con particolare riguardo per i voli a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Nel 2005 il corpo di astronauti ESA è formato da 18 membri provenienti da ogni paese membro ad eccezione del Regno Unito.

Pedro Duque (E), Gerhard Thiele (D), Jean-François Clervoy (F), Umberto Guidoni (I), Léopold Eyharts (F), Reinhold Ewald (D), Roberto Vittori (I), Claude Nicollier (CH). Paolo Nespoli (I), Thomas Reiter (D), Christer Fuglesang (S), Frank De Winne (B), Michel Tognini (F), Hans Schlegel (D), Philippe Perrin (F), André Kuipers (NL).

Negli anni 80 la Francia insistette per la realizzazione di un veicolo europeo in grado di trasportare esseri umani. Nel 1985 si è deciso di realizzare un veicolo riutilizzabile e nel 1987 si è avviato il progetto del mini shuttle Hermes. L'aeromobile era simile alla prima proposta dello Space Shuttle ed era formato da un piccolo veicolo riusabile in grado di trasportare tra i 3 e i 5 astronauti e tra le 3 e le 4 tonnellate di carico utile per esperimenti scientifici. Con un peso totale massimo di 21 tonnellate si sviluppò in parallelo il progetto del razzo Ariane 5. Si era pianificato che Hermes potesse effettuare solo voli in orbita bassa (LEO). La fase di presviluppo venne completata nel 1991, ma la fase di produzione non venne mai terminata. A seguito dei mutati atteggiamenti politici dell'ex Unione Sovietica l'ESA strinse un accordo con la Russia per lo sviluppo di un velivolo di nuova generazione per il trasporto umano. Quindi, il progetto Hermes venne cancellato nel 1995, dopo un investimento di 3 miliardi di dollari.

Nel XXI secolo l'ESA ha avviato dei nuovi programmi per la realizzazione di veicoli spaziali per il trasporto di esseri umani. Molto interessante è il progetto Hopper di cui esiste un prototipo prodotto dall'EADS, il Phoenix che è già stato testato. Progetti come Hopper non possono essere realizzati nel prossimo decennio, ma una nuova possibilità e sorta recentemente. Dopo colloqui con l'Agenzia Spaziale Russa nel 2004, l'agenzia russa e l'ESA hanno annunciato nel giugno del 2005 lo sviluppo congiunto di un veicolo riutilizzabile chiamato Kliper. Kliper è progettato per poter superare l'orbita LEO e raggiungere orbite più elevate come quella della Luna o addirittura di Marte. In sostanza, questo veicolo è la risposta russo-europea all'americano Orione, il successore dello Space Shuttle, attualmente in avanzato stadio di sviluppo. Si stima che il costo di sviluppo del Kliper sarà di circa 3 miliardi di euro e l'ESA contribuirà al progetto per circa 1.8 miliardi di euro. La navetta sarà costruita in modo congiunto e sarà possibile lanciarla sia dalla Guiana Francese che da Baikonur. Si attende l'approvazione definitiva della partecipazione ESA per il dicembre 2005 e il primo volo del Kliper per il 2011. Per quanto riguarda il lanciatore l'Ariane 5 non avrebbe problemi a lanciare le 13 tonnellate del Kliper in orbita LEO, ma l'Ariane non sarebbe in grado di lanciarlo in un'orbita più alta (lo stesso problema assilla il progetto statunitense). Allo stato attuale l'unico razzo in grado di lanciare il Kliper (e il veicolo spaziale Orione) è il razzo russo Energia, un razzo lanciato due volte con successo agli inizi degli anni Novanta. L'utilizzo di questo razzo è stato sospeso dopo la caduta dell'Unione Sovietica. Un metodo alternativo è la costruzione modulare delle missioni. Mandando in orbita LEO le varie componenti (il Kliper, il propulsore, i serbatoi, ecc) queste possono essere assemblate in orbita per poter poi compiere viaggi fino alla Luna ed oltre.

Per quanto riguarda l'ISS, l'ESA non rappresenta tutti gli stati membri: 5 dei 16 stati hanno deciso di non partecipare alla costruzione per mancanza di interesse al progetto. L'ESA si occupa di parte della costruzione e manutenzione dell'ISS con moduli come il Columbus orbital facility, il modulo contenente il laboratorio scientifico, che sarà installato una volta che lo Space Shuttle della NASA avrà ripreso i suoi voli regolari, e il modulo di osservazione Cupola che è stato completato nel giugno 2005 da Alenia Spazio per conto dell'ESA. Attualmente si stima che l'ISS costerà circa 80 miliardi di euro tra la costruzione e il mantenimento in orbita. Di questa cifra si stima che ESA contribuirà con circa 8 miliardi di euro. Più del 90% dei contributi per l'ISS verranno dalla Germania (41%), Francia (28%) e Italia (20%). L'astronauta tedesco dell'ESA Thomas Reiter è il primo membro dell'equipaggio a lunga permanenza dell'ISS, la sua missione è iniziata il 6 luglio 2006 portato a bordo dalla missione STS-121 dello Shuttle.

Nel 2005 le navette che si collegano all'ISS sono la navetta Progress, il Sojuz e lo Space Shuttle. L'Agenzia Spaziale Europea ha avviato la progettazione e costruzione di una navetta da carico per l'ISS, l'ATV, cioè Automated Transfer vehicle. Questa navetta potrà portare in orbita un carico di 8 tonnellate e dovrebbe entrare in servizio nel gennaio del 2008. Quando lo Space Shuttle verrà dismesso nel 2010 si creerà un vuoto dato che la navicella sostitutiva progettata dagli americani, Orione dovrebbe entrare in servizio nel 2014 (anche se ci sono forti pressioni della NASA per abbreviare i tempi di lancio). Durante quel periodo solo le navette ATV, Progress, Sojuz e la navetta giapponese HTV (che deve essere ancora completata) garantiranno il collegamento tra ISS e la Terra.

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Assenza di peso

L'assenza di peso è la condizione che sperimenta un corpo in caduta libera. Nella teoria newtoniana della gravitazione, un osservatore solidale con l'oggetto in caduta libera non è inerziale, le forze apparenti dovute alla non inerzialità del sistema di riferimento bilanciano la forza di gravità e la risultante delle forze è nulla. Viceversa, le moderne teorie della gravitazione (specificamente la Relatività generale) incorporano il principio di equivalenza; questo asserisce che non sia possibile distinguere tra forze gravitazionali e forze apparenti. In altri termini, nella descrizione relativistica la forza peso è essa stessa una forza apparente, e l'osservatore inerziale è quello in caduta libera.

Per esempio, un proiettile sparato da un cannone (nella misura in cui si può trascurare l'attrito dell'aria) è in caduta libera, così come una stazione spaziale (con i suoi abitanti) in orbita. Le linee di universo di questi oggetti, le cui proiezioni sullo spazio tridimensionale sono una parabola e un'orbita ellittica, sono geodetiche per la metrica spazio-temporale che rappresenta il campo gravitazionale attorno alla Terra.

Si può sperimentare l'assenza di peso in aereo se percorre una traiettoria parabolica che imiti quella di un oggetto in caduta libera. A tale scopo vengono usati velivoli specificatamente allestiti per questi voli, come ad esempio i Boeing 727-700 e C-9 della NASA.

I voli parabolici permettono di simulare l’assenza di peso utilizzando il metodo della caduta libera anche in presenza di atmosfera.

Il volo si divide idealmente in quattro fasi.

Ovviamente, nella realtà, poiché ci si muove all'interno dell'atmosfera terrestre, c'è da mettere in conto l'attrito che si manifesta sempre come una forza opposta alla direzione del moto, producendo quindi un peso, sia nel momento della salita che in quello della discesa.

Al fine di permettere una traiettoria simile a quella in caduta libera, il pilota dell'aereo è costretto a bilanciare la forza di attrito con i motori, permettendo quindi all'equipaggio del velivolo di subire un'attrazione gravitazionale quasi costante durante la fase di discesa e quindi una quasi totale assenza di peso.

Il Boeing 727-200 utilizzato per le missioni SpaceLand è stato ed è il velivolo utilizzato per le missioni aperte sia agli scienziati che al grande pubblico organizzate sin dall'anno 2000 da parte del team guidato dall'Ing. Carlo Viberti (veterano dei voli microgravitazionali, già responsabile per l'Agenzia Spaziale Europea degli apparati sperimentali italiani ed europei a bordo della stazione spaziale russa MIR e noto al pubblico televisivo delle trasmissioni scientifiche del sabato di RAI TV "Gaia" e "Terzo Pianeta" per documentari trasmessi durante i voli sperimentali SpaceLand alla NASA con equipaggi di persone comuni). A bordo delle missioni SpaceLand si annoverano anche soggetti per prove bioingegneristiche fino a 93 anni di età (i più anziani al mondo in zero-g) e per prove di scienze della vita e test di tecnologia ICT a controllo virtuale, ad esempio la prima donna disabile della storia in zero-g per qualifica di un apparato computerizzato senza l'utilizzo delle mani, a supporto sia di astronauti che, a terra, di disabili ed anziani che non possono agire con i tradizionali "mouse" per interagire con i computers. Il velivolo usato da SpaceLand è l'unico a permettere anche missioni di ricerca e sviluppo aperte ai minorenni ed in condizioni di gravità propria di, rispettivamente, Luna e Marte e verrà utilizzato anche in Europa nella campagna di volo SpaceLand 2009-1.

Il C-9 della NASA, noto anche con il nome di Cometa del Vomito (denominazione data in realtà non solo al C-9 ma ad ogni tipo di velivolo in grado di rendere disponibile un ambiente con assenza di peso), ha base al Lyndon B. Johnson Space Center. Effettua voli parabolici producendo assenza di peso per periodi di circa 25 sec e con voli tipicamente di due ore, durante i quali vengono descritte 40 parabole.

L’Esa, l’Agenzia Spaziale Europea, effettua voli parabolici su una versione modificata degli Airbus A300, della compagnia francese Novespace, con base all'aeroporto di Bordeaux-Merignac. Purtroppo su questo velivolo, a differenza delle missioni SpaceLand, non possono salire né bambini/studenti minorenni, né disabili ed anziani né tantomeno si possono realizzare sperimentazioni in condizioni di gravità ridotta come su Marte e Luna.

Il termine Microgravità fa riferimento al fatto che anche là dove ci aspetteremmo idealmente una perfetta assenza di peso ciò, di fatto, non avviene. In altre parole, anche in sistemi dove ci si attende che il peso sia nullo, si verificano in realtà piccoli scostamenti dalla condizione ideale che portano i corpi ad avere piccoli valori di peso.

Nel caso di una navicella spaziale in orbita intorno alla Terra, la microgravità può essere dovuta ai seguenti fattori.

Il simbolo µg, con il quale si indica la microgravità, è stato usato nello stemma della sciagurata missione STS-107 dello Space Shuttle Columbia: la missione aveva per obiettivo l'effettuazione di ricerche sulla microgravità.

Accentuata ancora di più dalla messa in opera di stazioni orbitanti che possono essere abitate per lunghi periodi di tempo dagli esseri umani, l'esposizione all'assenza di peso ha rivelato alcuni effetti nocivi sulla salute. L'uomo si è ben adattato alle condizioni di vita sulla Terra: in assenza di peso, però, certi sistemi fisiologici cominciano ad alterarsi e ciò può causare problemi per la salute di carattere temporaneo o anche di lungo termine.

I primi fenomeni a cui va incontro l'uomo, trascorso il primo paio di ore in assenza di peso, vanno sotto il nome di Sindrome da Adattamento allo Spazio o SAS, più comunemente denominata mal di spazio. I sintomi comprendono nausea, mal di testa, letargia, vomito e malessere diffuso. Il primo caso fu riportato dal cosmonauta Gherman Titov nel 1961. Da allora circa il 45% delle persone che si è trovata in assenza di gravità ha sofferto questa condizione iniziale. La durata del mal di spazio varia, ma in nessun caso supera le 72 ore: dopo questa fase, gli astronauti si abituano al nuovo ambiente. La NASA misura la SAS utilizzando la scala Garn, dal nome del senatore statunitense Jake Garn, la cui SAS fu così pronunciata durante la missione STS-51-D dello Space Shuttle Discovery da raggiungere il livello 13 di tale scala.

Gli effetti più significativi di una protratta assenza di peso sono l'atrofia muscolare e il deterioramento dello scheletro, noto anche come osteopenia da spazio: questi effetti possono essere minimizzati con l'esercizio fisico. Altri effetti significativi comprendono la ridistribuzione dei fluidi, il rallentamento del sistema cardiovascolare, una ridotta produzione di globuli rossi, disfunzioni dell'equilibrio e un indebolimento del sistema immunitario. Sintomi minori comprendono perdita di massa corporea, congestione nasale, disturbi del sonno, eccessiva flatulenza e rigonfiamento facciale. Questi effetti sono reversibili una volta tornati sulla Terra.

Molte delle condizioni causate dall'esposizione all'assenza di peso sono simili a quelle risultanti dall'invecchiamento. Gli scienziati ritengono che gli studi sugli effetti nocivi causati dall'assenza di peso possano rivelarsi utili in ambito medico, portando a un possibile trattamento dell'osteoporosi e a un miglioramento nelle cure per i malati costretti a letto e per gli anziani.

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Missione Giotto

Schema delle orbite

2 luglio 1985 da Kourou.

Giotto è una missione Europea dell'Agenzia Spaziale Europea progettata per raggiungere e studiare la cometa di Halley.

Il 13 marzo 1986, Giotto si avvicina a 596 chilometri di distanza dal nucleo della cometa.

La sonda Giotto dell'Agenzia Spaziale Europea è progettata per studiare la cometa di Halley. La sonda prende il nome dal pittore medioevale Giotto. Egli osservò la cometa di Halley nel 1301 e da questa prese l'ispirazione per la stella di Betlemme raffigurata nella natività della cappella degli Scrovegni.

Originariamente avrebbe dovuto esserci una sonda statunitense a raggiungere la cometa insieme alla sonda Giotto, ma tagli di bilancio costrinsero la NASA ad annullare il progetto e a limitarsi al riutilizzo della sonda ISEE-3 (in seguito ribattezzata ICE), per effettuare delle misure da lontano. Inoltre, quando la cometa di Halley si sarebbe trovata in prossimità della Terra, erano previste misurazioni scientifiche utilizzando gli strumenti installati a bordo dello Shuttle, ma il disastro del Challenger impedì la realizzazione della missione.

Il programma di ricerca scientifica si è basato totalmente sull'utilizzo di sonde. Vennero mandate cinque sonde per studiare la cometa: la sonda Giotto, due sonde dall'Unione Sovietica, Vega 1 e 2 e due sonde dal Giappone, Sakigake e Suisei. Il piano prevedeva che le sonde giapponesi e la sonda americana International Cometary Explorer avrebbero studiato la cometa da lontano, seguite dalle sonde russe, che avrebbero individuato la posizione precisa del nucleo e avrebbero fornito alla sonda Giotto misure precise per meglio indirizzare la sonda e i suoi strumenti. Poiché Giotto sarebbe passata molto vicino al nucleo della cometa, era opinione diffusa all'ESA che la sonda non sarebbe sopravvissuta all'incontro, per via dei molti microimpatti che avrebbe subito. L'insieme delle sonde veniva indicato come l'armata Halley.

La sonda derivava dal satellite di ricerca GEOS, sviluppato dalla British Aerospace: era un cilindro di 110 cm di lunghezza e 185 cm di diametro, con 3 piattaforme interne; il cilindro terminava con un treppiede al di sotto del quale era posizionata l'antenna, per una altezza totale di 285 cm.

Il razzo principale era posizionato al centro del cilindro, con l'ugello che sporgeva da sotto.

Lo scudo protettivo esterno era uno scudo di Whipple, formato da uno strato di alluminio spesso 1 mm e da uno strato di kevlar spesso 12 mm, separati da uno spazio vuoto di 25 cm che avrebbe dovuto essere in grado di resistere all'impatto con particelle fino a 1 grammo di massa.

L'antenna ad alto guadagno, di 1,5 m di diametro, operava nella banda X (facente parte delle microonde) ed era inclinata in modo da puntare costantemente verso la Terra.

L'equipaggiamento scientifico era composto da una telecamera, spettrometri di massa, misuratori di impatto, di energia, analizzatori di ioni, e altri ancora.

La missione viene approvata dall'ESA nel 1980 e lanciata dal razzo Ariane 1 (volo 14v) il 2 luglio 1985 da Kourou.

La missione Russa Vega 1 iniziò a fornire immagini della cometa il 4 marzo 1986 e fu in assoluto la prima a fornire immagini del suo nucleo. Il suo flyby avvenne il 6 marzo, mentre il flyby di Vega 2 avvenne il 9 marzo.

Giotto passò ad appena 596 chilometri dal nucleo della cometa il 13 marzo 1986, ad una distanza di 0,89 AU dal Sole e a 0,98 AU dalla Terra. A dispetto delle aspettative, sopravvisse all'incontro nonostante l'impatto con diversi corpuscoli. Un impatto ne modificò però l'asse di rotazione, cosicché l'antenna non restò più costantemente puntata verso la Terra e, soprattutto, la nuova angolazione non consentiva più allo scudo anti-polveri di proteggere gli strumenti. Dopo 32 minuti la sonda si ristabilizzò e riprese a raccogliere dati scientifici.

Un altro impatto distrusse l'Halley Multicolor Camera, ma non prima che lo strumento avesse ripreso spettacolari immagini ravvicinate del nucleo.

La traiettoria di Giotto venne modificata per permetterne il ritorno alla Terra e gli strumenti scientifici vennero spenti il 15 marzo 1986 alle 02:00 UTC.

Il 2 luglio 1990 raggiunse la Terra, passando ad una distanza minima di circa 16.300 km alle 10:01:18 UTC e compiendo fra gli altri anche un esame del campo magnetico terrestre. Venne quindi reindirizzata verso la sua prossima cometa.

Giotto ha incontrato la Cometa Grigg-Skjellerup il 10 luglio 1992, arrivando con una velocità relativa di 13,99 km/s, ad una distanza minima di circa 200 km dalla cometa. In quel momento la distanza dal Sole era di 1,01 AU e dalla Terra era di 1,43 AU. Il 23 luglio 1992 gli strumenti vennero nuovamente spenti.

L' 1 luglio 1999, approssimativamente alle 2:40 UTC, la sonda Giotto ha raggiunto nuovamente la Terra ad una distanza minima di circa 219.000 km con una velocità relativa di circa 3,5 km/s.

Le immagini hanno mostrato che il nucleo della cometa è formato da un corpo scuro a forma di arachide lungo 15 km e spesso 10 km. Solo il 10% della superficie era attiva, con tre violenti getti nel lato illuminato dal Sole. Le analisi hanno determinato che la cometa si è formata 4,5 miliardi di anni fa, con l'accumularsi di ghiaccio su polvere interstellare e che, dalla sua formazione, il nucleo è rimasto sostanzialmente immutato.

Del materiale espulso dalla 1P/Halley, l'80% del volume è acqua, il 10% è ossido di carbonio e il 2,5% è un insieme di metano e ammoniaca. Sono state individuate tracce di idrocarburi, ferro e sodio.

Il nucleo della cometa è più scuro della fuliggine, il che fa pensare che il nucleo sia composto più da polvere, che da acqua ghiacciata.

La superficie del nucleo era porosa e la densità massima stimata era di 0,3 kg/m3.

La quantità di materiale espulso dalla cometa era di circa 3 tonnellate per secondo dai sette getti: la ridotta quantità di materiale espulso dalla cometa le ha consentito una lunga vita.

La polvere espulsa dalla cometa aveva una densità paragonabile a quella del fumo di sigaretta: i frammenti maggiori pesavano circa 40 milligrammi. Anche se non si è potuto misurare il peso del frammento che ha fatto deviare l'asse di rotazone di Giotto, si stima che il frammento pesasse tra 0,1 e 1 grammo.

Due tipologie di polvere sono state individuate: la prima era composta da carbone, idrogeno ossigeno e azoto; l'altra era formata da calcio, ferro, magnesio, silicio e sodio.

Il rapporto delle quantità di elementi leggeri nella cometa, escluso l'azoto (ovvero idrogeno, carbonio, ossigeno) era la stesso di quello del Sole. Ciò implica che i costituenti della cometa sono fra i più antichi nel sistema solare.

Lo spettrometro al plasma e agli ioni ha mostrato che Halley ha una superficie ricca di carbonio.

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Istituto Nazionale di Astrofisica

L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) è l'Ente di Ricerca italiano per l'Astronomia e l'Astrofisica. Il campo delle ricerche si estende a tutto l'arco delle scienze dell'Universo, dagli studi del sistema solare alla cosmologia, sia dal punto di vista osservativo e sperimentale che teorico. L'INAF mantiene anche una stretta collaborazione con gli altri organismi che svolgono ricerca astronomica in Italia, in particolare con l'INFN per l'astrofisica delle particelle.

L'INAF, in rappresentanza della comunità italiana, partecipa inoltre al consorzio europeo OPTICON (Optical and Infrared Coordination Network for Astronomy), finanziato dall'UE e finalizzato a elaborare piani di intervento coordinato a livello europeo in settori avanzati della ricerca astronomica, e al progetto EGEE, per lo sviluppo di una GRID di calcolo per la ricerca e l'industria Europea.

Una grande parte dei programmi scientifici svolti in ambito INAF richiede l'uso di osservazioni da veicoli spaziali. L'utilizzo delle missioni spaziali rappresenta un elemento imprescindibile per lo sviluppo della ricerca astrofisica e i ricercatori dell'INAF contribuiscono in modo sostanziale allo sviluppo dei programmi scientifici e alle ricerche condotte con le missioni dell'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e della NASA.

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Ariane 4

Lanciatore Ariane 42P trasportante il satellite TOPEX/Poseidon (Kourou, 10 agosto, 1992)

Ariane 4 è un lanciatore sviluppato dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e facente parte della famiglia di lanciatori Ariane. Il lanciatore è costruito e commercializzato dall'Arianespace, una sussidiaria ESA.

Lo sviluppo del lanciatore iniziò nel 1983 e il primo lancio effettuato con successo si ebbe il giugno 1988. Il sistema è diventato il lanciare standard per i satelliti Europei. Il lanciatore ha effettuato 104 lanci con solo 3 guasti. Ariane 4 passava dai 2580 kg di carico utile dell'Ariane 3 ad un carico utile massimo di 4800 kg per l'orbita geostazionaria. Il record per l'Ariane 4 GTO è stato di 4946 kg.

Il razzo venne utilizzato con molte varianti, come due o quattro motori addizionali a combustibile solido o liquido. Il lanciatore includeva un sistema di gestione dei satelliti da lanciare chiamato Spelda (Structure Porteuse Externe pour Lancements Doubles Ariane) per poter lanciare uno o più satelliti contemporaneamente.

Ariane 4 AR 40 era la versione base del lanciatore, dotata di tre stadi, alta 58.4 metri, con un diametro di 3.8 metri, una massa di 245 tonnellate e un carico massimo di 2100 kg nell'orbita geostazionaria o di 5000 kg nell'orbita LEO. I motori principali erano quattro Viking 5 che producevano 667 knewton di spinta. Il secondo stadio era dotato di un singolo Viking e il terzo stadio di un motore HM7 ossigeno(idrogeno liquido. La variante AR 44L con quattro razzi addizionali liquidi a sgancio era un lanciatore a 4 stadi pesante 470 tonnelate e in grado di trasportare 4730 kg in orbita geostazionaria o 7600 kg in orbita LEO.

Ariane 4 è stato dismesso in favore del lanciatore pesante Ariane 5. L'ultimo lancio si è svolto il 15 febbraio 2003 quando mise in orbita il satellite Intelsat 907 in orbita geostazionaria.

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Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer

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Il Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE) è un satellite sviluppato dall'Agenzia Spaziale Europea per analizzare la variazioni del campo gravitazionale terrestre. Il lancio del satellite è avvenuto il 17 marzo 2009 (14.21.00 UTC); lo strumento principale del satellite è l'Electrostatic Gravity Gradiometer (EGG). La misurazione del campo gravitazione terrestre permetterà di migliorare la comprensione della circolazione delle correnti oceaniche. L'andamento delle correnti oceaniche è fondamentale per comprendere l'andamento del clima terrestre. Il satellite a differenza dei precedenti satellite climatici ESA come l'Envisat è un satellite compatto e insieme al satellite SMOS rappresenta la nuova politica ESA che preferisce puntare su satelliti di piccole dimensioni specializzati invece che su grandi satelliti tuttofare.

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Hopper

L'Hopper è lo studio concettuale di un veicolo orbitale realizzato dall'allora DaimlerChrysler Aerospace (già DASA, già Daimler Benz Aerospace, poi Astrium, poi EADS Space Transportation) su commissione dell'Agenzia Spaziale Europea attraverso il programma FESTIP, con lo scopo di verificare la fattibilità di un sistema di trasporto spaziale riutilizzabile europeo e per rimpiazzare l'ormai cancellata navetta spaziale Hermes. Contemporaneamente a Hopper e all'interno dello stesso programma FESTIP, una pletora di altri studi furono condotti presso altri centri studi aerospaziali. Un prototipo in scala di Hopper, che è stato utilizzato nel 2003 per verificare la fase di atterraggio automatico della missione di Hopper, è l'Phonenix.

Hopper ha forma simile allo Space Shuttle ma si distingue da quest'ultimo per essere un veicolo monostadio completamente riutilizzabile. Questo vuol dire che, a parte il carburante consumato durante la missione e il carico eventualmente rilasciato o caricato in orbita, la configurazione del veicolo al decollo è uguale a quella all'atterraggio. Al tempo in cui Hopper venne progettato, vigeva nella comunità aerospaziale l'idea che un veicolo monostadio rappresentasse la via più economica per l'accesso in orbita. Questo trend venne modificato negli anni successivi allorché importanti costruttori come Boeing dimostrarono le enormi difficoltà tecniche e realizzative di un tale approccio (da essi stessi in precedenza sostenuto) e indicarono in un veicolo bistadio il compromesso ideale fra costi di operazione e realizzabilità. Un colpo fatale per i sostenitori del monostadio fu la cancellazione dell'X-33 da parte della NASA. Oggigiorno sistemi monostadio sopravvivono solo in studi accademici e sono universalmente considerati non realizzabili stante l'attuale livello tecnologico.

L'ambizione di Hopper e dei suoi fratelli del programma FESTIP era quella di divenire il più economico di tutti i veicoli spaziali esistenti e per condurre operazioni spaziali con equipaggio. Nelle prime decadi del XXI secolo, dovrebbe essere il primo tentativo indipendente, non militare, europeo, con equipaggio per condurre operazioni nello spazio e sarebbe una componente importante del progetto ISS. Il piano prevede che il velivolo entri in servizio tra il 2015 e il 2020. Con molta probabilità questi obbiettivi non verranno realizzati. Hopper verrebbe accelerato su una pista orizzontale lunga 4 km e dotata di un binario magnetico fino a una determinata velocità, dopodiché entrerebbero in funzione i propulsori. Secondo i piani Hopper fornirebbe un modo per trasportare materiale ed equipaggio in orbita molto più economico dell'Ariane 5 che era stato sviluppato per essere utilizzato insieme al cancellato progetto Hermes, lo shuttle europeo.

Il nuovo programma FLPP dell'ESA per l'adozione di un lanciatore di nuova generazione prevede lo sviluppo di IXV - Intermediate eXperimental Vehicle da lanciare nel 2012 insieme a Vega.

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Source : Wikipedia