Ecco le leggi che governano il viaggio di Artemis

di Fabio Maria Ciuffini

Nel mio ultimo articolo ho lasciato i Lunadubbiosi a discutere se l’uomo sia mai stato sulla Luna. Nel frattempo, però, la storia è andata avanti: non si tratta più di capire se ci siamo stati, ma di come tornarci.

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Ecco cosa è già accaduto. Una capsula di forma più o meno conica con un diametro di 5 metri ed un’altezza di 3,3 metri, più o meno le dimensioni di un piccolo furgone, viene afferrata dalla gravità lunare e cade verso la superficie del satellite.

 

 

 

Ed è quel puntino rosso appena sopra la Luna.

Perché ci sono tre lune nel disegno? Qualsiasi buon tiratore vi dirà perché. Non bisogna mirare al piattello come si inquadra nel mirino, ma un po’ più in là, calcolando il tempo che occorre ai pallini per arrivare a bersaglio. E la luna si muove nella sua orbita a circa 3700 km/h e, nei tre giorni che occorre per arrivarci, avrà percorso quasi 270mila Km. Questo è esattamente il motivo per cui la traiettoria è curva: non si punta la Luna, si punta dove sarà. Chiarito questo diciamo subito che la capsula si chiama Orion e sta completando la missione Artemis II della NASA & C.

Orion cade, cade, cade verso la luna … ma non vi arriverà mai. Perché la sua velocità inerziale, quella che ha preso per uscire dall’orbita terrestre, si è combinata con la velocità di caduta e gli fa solo cambiare direzione mettendola su di un itinerario ellittico intorno alla Luna che, se tutto andrà secondo i calcoli, la riporterà verso la Terra.

Naturalmente quell’itinerario sarà ellittico rispetto al sistema terra luna. Ma è una precisazione ad uso dei matematici che staranno leggendo.

Invece vediamo come ha fatto a cambiare via via la direzione della sua velocità. Lo ha fatto secondo la vecchia regola del parallelogramma delle velocità e la direzione verso la quale sta andando la capsula ne è la risultante…

 

Ma ora mi domanderete. Sì, ha cambiato direzione, ma è andata sempre “forte” come quando è arrivata nei paraggi della luna? Insomma, a quella velocità di 39mila Km/h che gli ha consentito di sganciarsi dall’orbita terrestre accendendo i suoi razzi di propulsione? Che è poi quel razzetto che abbiamo già visto, ma forse non notato nell’immagine iniziale.

 

 

La gravità lunare l’ ha accelerata mentre si avvicinava – ed infatti la diagonale del parallelogramma è più lunga del lato che rappresenta la velocità di arrivo lungo quel lungo tratto curvilineo in partenza dalla Terra  (circa 380.000 km) che Orion ha compiuto in tre giorni, mentre appena comincerà ad allontanarsi dalla Luna la frenerà ed andrà più piano, si fa per dire, solo a circa 36.000 km/h, che è la velocità con cui comincerà a precipitare sulla Terra ed è quella con cui arriverà alla sua atmosfera. Ma prima di vedere cosa succederà quando arriverà lì, mi sono domandato ed ho girato la domanda a ChatGPT. C’è un tachimetro sulla capsula? E mi è stato risposto che c’è e non c’è.

Non c’è, nel senso del tachimetro della nostra automobile che segna la velocità facendo muovere una lancetta su un quadrante circolare, ma c’è nel senso che la velocità sta scritta sullo schermo che ogni astronauta ha davanti mentre magari starà sgranocchiando un panino spaziale. Insieme a tante altre cose: non tanti altri panini. Tante altre informazioni. Infatti, ecco lo schermo come lo vede adesso alle 12, 41 di Pasquetta. Una bella gita fuori porta non c’è che dire!

 

 

E mi direte subito. Cosa vuol dire “abort”? È un termine che mette paura. Di che si tratta?

In realtà non significa che qualcosa va o è andato storto. Significa semplicemente interrompere la missione e tornare indietro in sicurezza. È il pulsante che gli astronauti sperano di non usare mai, ma che deve funzionare sempre.

Nei primi minuti dopo il lancio, “abort” vuol dire separarsi dal razzo e allontanarsi il più rapidamente possibile. Sarebbe quello che gli astronauti avrebbero dovuto fare se il razzo Starship che li ha portati in orbita terrestre si fosse inclinato andando fuori direzione o fosse stato sul punto di esplodere. E per fortuna non è andata così. Se Starship fosse esploso senza preavviso “abort” sarebbe servito a ben poco! E gli astronauti lo sapevano benissimo ma hanno accettato di rischiare. Nello spazio, invece, “abort” significa cambiare programma: rinunciare alla Luna e impostare una traiettoria che riporti la capsula verso la Terra.

Non è un fallimento. È una via di fuga prevista, studiata nei minimi dettagli, per salvare la vita dell’equipaggio.

Ed ora ecco qui sotto una spiega ancora più accurata

 

Sullo schermo vedremmo numeri che raccontano un viaggio silenzioso nello spazio profondo. La velocità è ormai scesa a circa 0,83 chilometri al secondo, poco più di 3000 km/h: niente a che vedere con l’impulso iniziale che l’ha strappata all’orbita terrestre.

La Terra è ormai lontana oltre 300.000 chilometri. Sullo schermo della capsula la velocità compare in miglia al secondo: circa 0,8 miglia al secondo che corrispondono a quasi 5.000 chilometri all’ora.  Negli USA hanno imparato ad andare sulla Luna ma ancora rifiutano il sistema decimale. Numeri, comunque, che raccontano un viaggio ancora velocissimo, anche se molto più lento rispetto alla spinta iniziale che l’ha liberata dall’orbita terrestre.

Al centro dello schermo una sfera mostra l’assetto della capsula: non punta direttamente verso la Luna, ma è inclinata secondo una geometria precisa, quella che permette alla sua traiettoria di essere “catturata” dalla gravità lunare. È un po’ come un aereo in virata, che si inclina mentre cambia direzione ma qui non c’è aria, non c’è portanza: è solo una questione di velocità e gravità.

E attenzione: la capsula non vola sempre con la punta del cono nella direzione del moto. Spesso procede “di sghimbescio”, come una barca a vela trascinata dalla corrente di marea, che avanza senza avere la prua esattamente allineata con la direzione verso cui sta andando.

Di volta in volta Orion può essere orientata verso la Terra, verso la Luna o altrove, sempre nella posizione più conveniente: quella che permette ai pannelli solari di ricevere la massima luce possibile, cioè di restare puntati verso il Sole.

E anche mentre va nella sua direzione può assumere varie posizioni.

 

 

E non c’è pericolo che agli astronauti venga il mal d’aria. Loro stanno in assenza di gravità dal principio alla fine, o quasi.

Comunque, a destra, nello schermo, una curva sottile anticipa il futuro: c’è scritto STG ed è la strada che seguirà tra poche ore, quando la Luna piegherà il suo cammino senza mai fermarla davvero.

 

 

Ed ora supponiamo che l’astronauta abbia finito il suo panino e dia una sbirciata fuori. Ecco cosa vedrebbe.

 

 

Mi pare già di sentire i lunadubbiosi: “Hai visto? Dove sono i punti di allunaggio degli Apollo? I moduli lunari e tutto il resto?” E gli si risponderà che Orion, mentre l’astronauta guarda, si trova ancora a una distanza compresa tra 3.000 e 10.000 chilometri dalla superficie lunare. Troppi perché si possano cogliere dettagli così piccoli, ma abbastanza perché si distinguano le grandi cicatrici lasciate da miliardi di impatti in oltre 4 miliardi di anni di storia del nostro satellite.

Ne riparleremo quando, nelle prossime missioni Artemis, orbiteremo intorno alla Luna a quote molto più basse.

Ma anche se non siete Lunadubbiosi mi chiederete: ma perché la Luna non è “piena”? Dalla Terra siamo abituati a vederla cambiare forma: falce, metà, piena. Ma quella è solo una questione di posizione tra Sole, Terra e Luna.

Da una capsula in viaggio verso la Luna le cose sono diverse, sì e no.

La Luna non è “piena” perché non siamo nella posizione giusta rispetto al Sole: anche nello spazio, come dalla Terra, la vediamo secondo una fase, determinata dall’angolo con cui la luce solare la colpisce. E così può capitare di vedere una Luna “storta”, illuminata di lato, mentre ci si avvicina a lei senza mai puntarle davvero contro.

Ed ecco ora lo schermo quando Artemis II porta gli astronauti fino a circa 380.000 chilometri dalla Terra, nel viaggio attorno alla Luna.

 

 

Non è il record assoluto, come qualcuno ha scritto in questi giorni. Il record assoluto di distanza appartiene ancora ad Apollo 13, che nel 1970 raggiunse i 400.171 chilometri, il punto più lontano mai toccato da esseri umani. E pensare che si trovava in emergenza!  Non sbarcò sulla Luna ma almeno segnò quel record. E visto che ci siamo vediamo come andò quella volta. Esattamente 55 anni, 11 mesi e 26 giorni fa.

 

 

 

S – IVB Primo stadio del Razzo Saturno. S-II secondo stadio del razzo Saturno.

Ma perché ricordare adesso quel viaggio così sfortunato,  anche se poi andò a finire bene?

Perché, in emergenza, l’Apollo 13 fece intorno alla Luna quello che è chiamato “giro libero”. Esattamente quello che ha fatto Artemis II.

E non c’entra niente la Formula 1: significa semplicemente che, dopo la spinta iniziale per uscire dall’orbita terrestre, non bisogna fare altro che aspettare di tornare. La traiettoria è già scritta.

Lungo il percorso si fanno solo piccole correzioni, giusto per restare sulla rotta giusta. Con dei piccoli razzi, quelli di orientamento. Che formano il “timone” della navicella. E ce ne sono ventiquattro.

E fanno più o meno quello che fa oggi un’auto a guida autonoma di Livello 3, che interviene con lievi aggiustamenti per rimanere allineata alla strada.

E adesso direte: tutto più facile oggi con l’Intelligenza artificiale (AI)!

No! L’intelligenza artificiale è servita a me, per trovare in poco tempo le informazioni necessarie a scrivere questo articolo.

Se ne parla spesso male dell’AI — e spesso a ragione, specie se serve a sostituire il lavoro delle persone — ma per me è stata una scoperta straordinaria: mi dà in pochi minuti quello che, fino a qualche anno fa, avrebbe richiesto mesi di ricerca. Eppure, per andare nello spazio non serve l’intelligenza artificiale. Basta seguire le leggi della meccanica celeste. Sono calcoli complessi, certo. Ma alla portata di un semplice calcolatore.

E, soprattutto, basati su idee vecchie di quattrocento anni.

Quelle scoperte fatte da Isaac Newton — sì, proprio quello della mela — che nei Principia ha scritto, in fondo, tutto quello che c’è da sapere sui viaggi nello spazio. Ed ha scritto, senza saperlo, il manuale di istruzioni per andare sulla Luna.

Anzi andò anche un bel pezzo più avanti, con il suo celebre esperimento mentale chiamato Newton’s canon.

Immaginò di trascinare un cannone sulla vetta di una montagna altissima, tanto alta che lassù non ci fosse aria. Trattandosi di un esperimento mentale, la fatica per farlo, nonostante la gran massa del cannone, fu minima. E non credo che Newton abbia mai sparato davvero un cannone. Ma era dotato di un’intelligenza eccezionale e di una grandissima immaginazione.

Così immaginò di caricare il cannone con una carica modesta e di sparare un colpo in direzione orizzontale. La palla cadde lontano, era un buon cannone, ma pur sempre sulla superficie terrestre.

Poi pensò a una carica intermedia. La palla partì molto più veloce. La gravità la tirava verso il basso, ma intanto anche la Terra si curvava sotto di lei. E allora la palla non cadde più: restò a girare intorno alla Terra, prigioniera della combinazione tra la sua velocità e la gravità terrestre. “Palla prigioniera”! Ora anche un gioco spaziale! Infine, Newton immaginò una carica ancora maggiore. La palla partì così veloce da curvare anch’essa intorno alla Terra, ma non abbastanza da restarne prigioniera per sempre. Dopo averne seguito per un tratto la curvatura, riuscì a sfuggire all’attrazione terrestre e si perse nello spazio.

Così Newton capì che tutto dipendeva dalla velocità iniziale: troppo poca, e si cade; giusta, e si entra in orbita; ancora più grande, e si fugge via.

E, visto che ci siamo, è bene ricordare che Artemis – la Luna, la sorella di Apollo – gira intorno alla terra con lo stesso meccanismo della palla di cannone prigioniera di Newton.

Bene. Ormai ho esaurito di gran lunga le battute assegnabili ad una normale articolo e, forse, la vostra pazienza. Sapete, ho pensato che fosse necessario parlare di qualcosa di più che non fosse la rottura del “gabinetto spaziale”.

Capisco che ognuno di noi abituato ad aspettare settimane che arrivi l’idraulico abbia provato un sottile piacere nel saperlo e che la cosa si presti a facili ironie assimilandola alla rottura dei WC nella Ford, la portaerei USA più grande del mondo, che l’ha costretta a fermarsi a Cipro per riparazioni. Ma c’era tanto e c’è ancora tanto da dire su Artemis, che non viene nemmeno affrontato nell’informazione quotidiana – per esempio perché all’inizio ho detto Nasa & C – ma soprattutto su come Orion rientrerà.  E aspettiamo che lo abbia fatto prima di spiegarlo. Se non altro per scaramanzia. E c’è tanto altro ancora sulle prossime missioni che orbiteranno intorno alla Luna e infine sull’allunaggio previsto nel 2028 che userà un sistema del tutto nuovo: la navetta spaziale, sì, quella che vi ho messo scherzando nell’articolo sui lunadubbiosi.  Insomma, una specie di quella.

E per i lunadubbiosi come faremo? Forse gli faremo eleggere un rappresentante e lo manderemo su, magari ad esplorare la superficie lunare e trovare i resti delle avventure del ’69. Se basterà! Perché sta venendo avanti un’altra categoria: i Martedubbiosi. Come si andrà su Marte? Partendo dalla Luna?  O no? Ne, avremo quanto basta per uno o due altri articoli.  Ed ora: Buona Pasqua e Pasquetta a tutti, anche se leggerete questi auguri in ritardo.