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Questo è il motivo per cui lo Sputnik è precipitato sulla Terra dopo soli 3 mesi

by admin

Un tecnico che lavorava sullo Sputnik 1 nel 1957, prima del suo lancio. Dopo un mero 3 mesi nello spazio,… Lo Sputnik 1 è caduto sulla Terra a causa della resistenza atmosferica, un problema che affligge tutti i satelliti in orbita terrestre bassa ancora oggi.

NASA/Asif A. Siddiqi

Il 4 ottobre 1957, l’Unione Sovietica lanciò lo Sputnik 1, che si alzò sopra l’atmosfera terrestre ed entrò in orbita attorno al nostro pianeta, circumnavigandolo uno ogni 90 minuti. Nelle condizioni di inquinamento luminoso estremamente basse che esistevano in gran parte del mondo allora, era l’unico oggetto del suo tipo: un satellite artificiale creato dall’uomo. Ufficiosamente, ha segnato l’inizio della corsa allo spazio, uno sforzo militare e politico che avrebbe consumato la politica internazionale per i decenni a venire.

Ma lo Sputnik stesso non è più in orbita attorno alla Terra. In effetti, fu così breve che nel tempo gli Stati Uniti lanciarono con successo Explorer 1, il primo satellite americano nello spazio, lo Sputnik 2, che trasportava il primo animale nello spazio, aveva già orbitato intorno alla Terra per mesi. Ma lo Sputnik originale, dopo oltre 1400 orbite, era già caduto sulla Terra.

I tre uomini responsabili del successo di Explorer 1, il primo satellite terrestre americano che era… lanciato il 31 gennaio 1958. William Pickering (L), James van Allen (al centro) e Werner von Braun (a destra), erano responsabili rispettivamente del satellite, degli strumenti scientifici e del razzo che ha lanciato Explorer 1.

NASA

Quello che è successo a Sputnik non era insolito. In realtà, questo è ciò che accade alla maggior parte dei satelliti se li lanci in orbita terrestre bassa e li lasci lì a badare a se stessi. Con ogni orbita che passa, il satellite oscillerà per apogeo, dove raggiunge la sua massima distanza dalla superficie terrestre, seguito dal perigeo, dove si avvicina più vicino alla Terra. Per l’orbita terrestre bassa, ciò significa in genere che i satelliti sono a poche centinaia di chilometri sopra la superficie terrestre, anche al loro più vicino. Considerando che tracciamo la linea tra l’atmosfera terrestre e lo spazio esterno ad un’altitudine di soli 100 chilometri (62 miglia), sembrerebbe, almeno superficialmente, che questi satelliti sarebbero saldamente ed eternamente nello spazio.

Un rientro controllato è dove un satellite, come il satellite ATV dell’ESA mostrato qui, rientra nel… atmosfera ad un angolo e posizione noti: controlliamo dove e come torna sulla Terra. Un rientro incontrollato, d’altra parte, potrebbe causare pezzi grandi e massicci ad atterrare praticamente ovunque sulla Terra. Oggetti pesanti e solidi, come lo specchio primario di Hubble, potrebbero facilmente causare quantità significative di danni o addirittura uccidere, a seconda di dove quei pezzi sono atterrati.

ESA

Ma in realtà la situazione è molto più complicata. L’atmosfera non ha una fine improvvisa, o un bordo ad esso. Non è così che funziona un gas se è costituito da particelle reali. Andando ad altitudini più elevate, la densità delle particelle continuerà a scendere, ma le diverse particelle che vengono riscaldate dalle collisioni si muoveranno a velocità diverse: alcune più veloci, altre più lente, ma con una velocità media ben definita.

Più in alto vai, più è probabile che tu trovi particelle più energiche, poiché ci vuole più energia per raggiungere quelle altitudini estreme. Ma anche se la densità è estremamente bassa ad altitudini molto elevate, non scende mai a zero.

Gli strati dell’atmosfera terrestre, come mostrato qui in scala, salgono molto più in alto del… tipicamente definito confine dello spazio. Ogni oggetto in orbita terrestre bassa è soggetto a resistenza atmosferica ad un certo livello. La stratosfera e la troposfera, tuttavia, contengono oltre il 95% della massa dell’atmosfera terrestre e praticamente tutto l’ozono.

Wikimedia Commons user Kelvinsong

Abbiamo trovato atomi e molecole che rimangono legati gravitazionalmente alla Terra ad altitudini fino a 10.000 km (6.200 miglia). L’unica ragione per cui non siamo andati oltre quel punto è che oltre 10.000 chilometri, l’atmosfera terrestre è indistinguibile dal vento solare, con entrambi costituiti da atomi tenui e caldi e particelle ionizzate.

La stragrande maggioranza della nostra atmosfera (in massa) è contenuta negli strati più bassi, con la troposfera contenente il 75% dell’atmosfera terrestre, la stratosfera contenente un altro 20% e la mesosfera contenente quasi tutto il restante 5%. Ma lo strato successivo, la termosfera, è incredibilmente diffuso.

La troposfera (arancione), stratosfera (bianco), e mesosfera (blu) sono dove il travolgente… la maggior parte delle molecole nell’atmosfera terrestre si trovano. Ma oltre a ciò, l’aria è ancora presente, causando la caduta dei satelliti e alla fine la de-orbita se lasciata sola.

NASA/Crew of Expedition 22

Mentre una particella atmosferica al livello del mare percorrerà una distanza microscopica prima di scontrarsi con un’altra molecola, la termosfera è così diffusa che un tipico atomo o molecola lassù potrebbe viaggiare per un chilometro o più prima di sperimentare una collisione.

Nella termosfera, sembra sicuramente uno spazio vuoto se non sei altro che un piccolo atomo o molecola. Dopo tutto, ti sei alzato dall’atmosfera terrestre, ti sei soffermato in questo abisso a bassa densità mentre eri al culmine della tua orbita parabolica, e lentamente, alla fine, cadi di nuovo sul tuo pianeta natale sotto la forza della sua gravità.

Questi satelliti Dove, lanciati dalla ISS nel 2015, sono progettati per l’imaging terrestre. Ci sono ~130… Satelliti colomba, creati da Planet, che sono ancora oggi nell’orbita terrestre, ma quelli attuali ricadranno tutti sulla Terra in 2-3 anni a causa della resistenza atmosferica. Ne dovranno essere lanciati di nuovi per reintegrarli su base continuativa.

NASA

Ma se sei un veicolo spaziale, si verifica qualcosa di molto diverso. Le ragioni sono le seguenti:

  1. Non stai solo salendo dalla Terra, ma orbitando attorno ad essa, il che significa che ti stai muovendo in una direzione diversa rispetto alle particelle atmosferiche tenui.
  2. Poiché sei in un’orbita stabile, devi muoverti rapidamente: circa 7 km / s (5 miglia al secondo) per rimanere nello spazio.
  3. E non sei più solo la dimensione di un atomo o molecola, ma piuttosto la dimensione di un veicolo spaziale.

Tutte e tre queste cose, combinate, portano al disastro per qualsiasi satellite orbitante.

Migliaia di oggetti creati dall’uomo—il 95% dei quali “spazzatura spaziale”— occupano un’orbita terrestre bassa. Ogni punto nero in… questa immagine mostra un satellite funzionante, un satellite inattivo o un pezzo di detriti. Anche se lo spazio vicino alla Terra sembra affollato, ogni punto è molto più grande del satellite o dei detriti che rappresenta e le collisioni sono estremamente rare.

NASA illustration courtesy Orbital Debris Program Office

Tale disastro è inevitabile a causa della resistenza del satellite, che è un modo per quantificare quanta velocità un satellite perde nel tempo a causa delle particelle atmosferiche in cui si imbatte ad alte velocità relative. Qualsiasi satellite in orbita terrestre bassa avrà una durata che va da pochi mesi fino a qualche decennio, ma non più di quella. Puoi combattere questo andando ad altitudini più elevate, ma anche questo non ti salverà per sempre.

Ogni volta che c’è attività sul Sole, come macchie solari, brillamenti solari, espulsioni di massa coronale o altri eventi simili allo scoppio, l’atmosfera terrestre si riscalda. Le particelle più calde significano velocità più elevate e velocità più elevate galleggeranno fino a quote sempre più elevate, aumentando la densità dell’atmosfera anche nello spazio. Quando ciò si verifica, anche i satelliti che erano praticamente senza trascinamento iniziano a ricadere verso la Terra. Le tempeste magnetiche possono anche aumentare la densità dell’aria ad altitudini estremamente elevate.

Questa è un’immagine a colori falsi di ultraviolet Aurora Australis catturata dal satellite IMAGE della NASA e… sovrapposto all’immagine di marmo blu satellitare della NASA. La Terra è mostrata in falso colore; l’immagine dell’aurora, tuttavia, è assolutamente reale. L’attività solare non solo causa queste aurore, ma riscalda l’atmosfera e aumenta la resistenza del satellite a tutte le altitudini.

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E questo processo è cumulativo, nel senso che mentre un satellite sperimenta il trascinamento, il suo perigeo scende a quote sempre più basse. Ora, a queste altitudini più basse, la forza di trascinamento aumenta ancora di più, e questo ti fa perdere la tua energia cinetica che ti tiene in orbita ancora più rapidamente. L’eventuale spirale della morte potrebbe richiedere migliaia, decine di migliaia o addirittura centinaia di migliaia di orbite, ma a soli 90 minuti per orbita, questo significa che qualsiasi satellite in orbita terrestre bassa vive al massimo decenni.

I satelliti congiunti NASA-USGS Landsat hanno fornito una copertura continua e il monitoraggio della Terra… superficie dallo spazio dal 1972. Le immagini del programma Landsat sono state tutte gratuite per l’uso pubblico dall’amministrazione Bush, ma una proposta all’inizio di quest’anno addebiterebbe l’uso di questi dati critici. Senza satelliti sostitutivi lanciati periodicamente, questo programma, e tutti i programmi che dipendono da satelliti in orbita terrestre bassa, giungeranno a una brusca fine un giorno in questo secolo.

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Questo problema di ritorno alla Terra non era solo un problema per i primi satelliti degli anni ‘ 50, ma rimane un problema per quasi tutti i satelliti che abbiamo mai lanciato. il 95% di tutti i satelliti realizzati dall’uomo sono in orbita terrestre bassa, tra cui la Stazione Spaziale Internazionale e il telescopio spaziale Hubble. Se non avessimo potenziato periodicamente queste astronavi, molti di loro si sarebbero già schiantati sulla Terra.

Sia Hubble che la ISS avrebbero meno di 10 anni rimasti nelle loro orbite attuali se li lasciassimo morire. E quando i grandi satelliti fanno questo, fanno quello che chiamiamo un rientro incontrollato. Idealmente, bruceranno nell’atmosfera o cadranno nell’oceano, ma se si rompono e/o colpiscono la terra, potrebbero causare un disastro. Questo potrebbe variare da danni alla proprietà alla perdita di vite umane, a seconda della posizione e delle dimensioni dell’impatto dei detriti.

Il meccanismo di acquisizione soft installato su Hubble (illustrazione) utilizza un sistema di aggancio a basso impatto… Interfaccia (LIDS) e relativi obiettivi di navigazione associati per future operazioni di rendezvous, cattura e attracco. L’interfaccia LIDS del sistema è progettata per essere compatibile con i sistemi rendezvous e docking da utilizzare sul veicolo di trasporto spaziale di nuova generazione.

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Hubble potrebbe non dover subire questo destino alla fine della sua vita, tuttavia. Come Michael Massimino, uno degli astronauti che ha servito Hubble a bordo dello Space Shuttle per l’ultima volta nel 2009, ha riferito:

La sua orbita decadrà. Il telescopio andrà bene, ma la sua orbita lo porterà sempre più vicino alla Terra. Questo è quando è game over.

La missione finale di manutenzione di Hubble includeva un meccanismo di aggancio installato sul telescopio: il sistema Soft Capture and Rendezvous. Qualsiasi razzo adeguatamente attrezzato potrebbe tranquillamente portarlo a casa.

Il rientro atmosferico di un satellite, come il satellite ATV-1 mostrato qui, può procedere… in modo controllato, dove si romperà e / o atterrerà in sicurezza nell’oceano, o in modo incontrollato, che potrebbe rivelarsi disastroso sia per la vita umana che per la proprietà.

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Ma per gli oltre 25.000 satelliti in orbita terrestre bassa, non vi è alcun rientro controllato in arrivo. L’atmosfera terrestre li distruggerà, estendendosi ben oltre il bordo artificiale dello spazio, o linea di Kármán, che tipicamente disegniamo. Se dovessimo cessare di lanciare satelliti oggi, allora in meno di un secolo, non ci sarebbe più traccia della presenza dell’umanità nell’orbita terrestre bassa.

Lo Sputnik 1 fu lanciato nel 1957, e solo tre mesi dopo, si dis-orbitò spontaneamente e cadde di nuovo sulla Terra. Le particelle della nostra atmosfera si innalzano molto al di sopra di qualsiasi linea artificiale che abbiamo tracciato, influenzando tutti i nostri satelliti orbitanti intorno alla Terra. Più lontano è il tuo perigeo, più a lungo puoi rimanere lassù, ma più diventa difficile inviare e ricevere segnali da qui in superficie. Finché non avremo una tecnologia priva di carburante per potenziare passivamente i nostri satelliti per mantenerli in un’orbita più stabile, l’atmosfera terrestre continuerà ad essere la forza più distruttiva per la presenza dell’umanità nello spazio.