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Titolo: velocità veicoli spaziali

Salve a tutti,
da ignorante di astronomia vorrei fare alcune domande sule velocità massime
dei veicoli impegnati nell'esplorazione spaziale.
a) Qual è la velocità massima raggiunta nello spazio da una sonda? Avevo
letto da qualche parte che il record apparteneva alla sonda "Ulisse", ma non
so quantificarlo.
b) Quale sarà la velocità che i veicoli spaziali, tenendo conto
dell'evoluzione tecnologica, potrebbero raggiungere di qui a 25 anni o 50
anni?
c) Senza stare a scomodare la velocità della luce e la fantascienza, è
possibile immaginare veicoli che si muovono nell'ordine delle migliaia di km
al secondo? Se si realizzasse nel (lontano?) futuro un veicolo capace di
muoversi, che so, a seimila km/sec, quali sarebbero le prospettive
dell'esplorazione spaziale? Sempre il sistema solare, o si potrebbe pensare
a missioni verso la stella più vicina?
chiedo scusa per le domande un po' balzane
MG

 pensare a missioni verso la stella più vicina?
Non ha senso andare fuori dal sistema solare se prima non sai cosa ci 
trovi. Con un'astronave a 6000 km/s l'esplorazione e la colonizzazione 
del Sistema Solare e' d'obbligo. Poi, avendoci volontari, soldi e 
materiali, puoi sempre iniziare a fare qualche prova per raggiungere la 
nube di Oort (1 anno luce dal Sole circa). Ma raggiungere Proxyma 
Centauri richiede comunque velocita' molto piu' alte. E con un sistema 
propulsivo che permette solo viaggi a velocita' costante non e' 
possibile!
-- 
Bernardo Mattiucci
SECOL COMPANY
www.secolcompany.com
Messaggio privato: 
http://www.mynewsgate.net/mp.php
?
u=16303

 a missioni verso la stella più vicina?
A quelle velocita' diventerebbe fattibile visitare le stelle piu' vicine 
con missioni che durino un tempo compatibile con la "carriera" di coloro 
che l'hanno pensata. Prima di visitare altre stelle sarebbe anche 
interessante esplorare la nube di Oort e utilizzare il sole come lente 
gravitazionale (basta arrivare a 750 UA circa)


Tra le tecnologie piu' promettenti per andare piu' forte, nel
ragionevole futuro, sono incappato anni fa nel M2P2.
http://science.nasa.gov/newhome/headlines/prop19aug99_1.htm
http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/m2p2_propulsion_817.html
La Nasa l'ha preso molto seriamente in considerazione.
Ho seguito per un po' la cosa e gli esperimenti sembravano confermare
la fattibilita'. Maa non trovo materiale recente, il che non sembra
buon segno.
Si tratta di una specie di solar sail pero' basata su una specie di
magnetosfera artificiale (simile a quella della Terra), estesa per
molti km intorno alla sonda, che di fatto deviando il vento solare
realizza una gigantesca vela virtuale.
Dovrebbe essere anche possibile anche sterzare il vento solare, il che
renderebbe possibile utilizzare questa propulsione per spostarsi da
orbite solari basse (vicino al sole) ad alte (lontano) a volonta'... a
velocita' fino a quasi 10 volte maggiori rispetto ad oggi.
Il vento solare va a quasi 800 km/sec, non poco.
L'M2P2 potrebbe anche essere utilizzata come freno (ad esempio per
fermare una sonda nello spazio profondo o nel caso di una ipotetica
missione interstellare), riducendo la velocita' relativa rispetto al
vento intersellare o a quello della stella di destinazione, con costi
energetici relativamente bassi.
Per andare su un'altra stella comunque ci vorrebbero "solo" migliaia di
anni invece che decine di migliaia... un bel progresso ma mi sa che
ancora ne dovremmo mangiare di pastasciutta prima di questo passo.
Pero' dell'M2P2 non se ne sa piu' niente....

Questo e' materiale piu' recente:
http://www.ess.washington.edu/Space/propulsion.html
In via del tutto teorica per raggiungere velocita' ancora piu' alte
l'ultima delle tecnologie descritte (MagBeam) e' la piu' interessante,
in quanto permetterebbe di superare il limite della velocita' del vento
solare.
La sonda a bordo non ha ne' l'energia ne' il propellente necessario,
questo aggira il principale problema per raggiungere alte velocita'.
Da parecchio si parla anche di laser sail (si collima un laser ad alta
potenza sulla sonda, che lo riflette indietro ricevendone una spinta) o
analoghi metodi basati su altri tipi di radiazioni/raggi.   E poi
magari vicino alla destinazione avendo una fonte di energia a bordo si
puo' frenare con un metodo tipo M2P2.
in teoria tutti questi sistemi consentirebbero di raggiungere velocita'
altissime, tali da rendere ipotizzabili missioni interstellari. Ma
appena, sui siti che li descrivono, fanno due conti si vede che sono
cose molto ben lontane dall'essere lontanamente fattibili, se non con
dei budget paragonabili alla seconda guerra mondiale....
Certo, accontentandosi di andare piu' vicino, a qualche decina di UA,
allora il discorso cambia.

L'M2P2 e' teoricamente fattibile, ma praticamente (ad oggi), impensabile.
Uno dei maggiori problemi riscontrati in fase di esperimento (condotti 
anche a Firenze), e' la fonte di energia. Per alimentare il sistema la 
sonda dovrebbe avere a bordo qualcosa di molto simile alle centrali 
nucleari che alimentano la Francia. E questo, ovviamente, non e' 
fattibile.


Ecco, questa invece si che e' una stronzata.
Sai, alla NASA ci sono centinaia di persone che passano il tempo a 
inventarsi le cose piu' assurde per avere fondi e finanziamenti. Per 
mandare avanti la baracca insomma...
..e questa e' una delle piu' grandi stronzate mai partorite dall'uomo.
Spingere una sonda nello spazio utilizzando un laser e' qualcosa di 
anche teoricamente improponibile. Da censura!
Oltre alle indubbie difficolta' operative (la sonda dovrebbe viaggiare 
in linea retta), c'e' da considerare la potenza da impiegare. Una sonda 
le peso di 100 kg, da inviare verso Marte, avrebbe bisogno di un laser 
la cui potenza e' piu' o meno quella prodotta su tutta la Terra per un 
anno, elevata all'ennesima potenza. Insomma..... altro che "promettente".
Lasciamo perdere!


Sulla propulsione laser sono daccordissimo, ma va citata come metodo
teorico per far raggiungere a qualcosa di solido anche se leggerissimo
velocita' molto alte. Nessuna utilita' pratica neanche sul lungo
termine.
Sull' M2P2, invece, ho qualche perplessita'... Se fosse cosi'
inefficiente dal punto di vista energetico perche' proporlo? Un motore
a ioni (ne esistono da tempo) a quel punto sarebbe migliore e
collaudato, per velocita' fino a qualche centinaio di km al secondo. Il
difetto principale di questi ultimi e' che sono sbevazzoni
energeticamente.
E io avevo capito che l'M2P2 (sempre che funzioni) avrebbe potuto
aggirare il problema, pur con tutti i limiti di una propulsione che e'
pure sempre una variante del solar sail.
Pero' per rispondere con cognizione di causa bisognerebbe aver compreso
tutta la fisica che c'e' dietro e fare due calcoli.... E io ho solo
Fisica 1 e 2... fatte tanti anni fa, tra l'altro.  E mi manca la
comprensione di come funziona veramente l'M2P2.
Pero' all'equazione dei razzi e dell'energia cinetica ci arrivo.... e
gia' quelle dicono qualcosa (per quelli a cui interessa e magari non lo
sanno gia', dopotutto fa parte della risposta al thread).
L'equazione dei razzi ci dice che la velocita' finale del veicolo e'
proporzionale alla velocita' di emissione del propellente:
Vf = v ln((Mr+Mp)/Mr)
Dove Vf e v sono la velocita' finale e quella di emissione, mente Mr e
Mp sono la massa del veicolo e del propellente.
Pero' l'eq. dell'energia cinetica ci dice che l'energia e'
proporzionale al quadrato della velocita'.
Conclusione: a parita' di rapporto tra le masse, la velocita' finale
del veicolo e' proporzionale al quadrato dell'energia complessiva che
imprimo al propellente.
Piu' precisamente se ho fatto bene i conti 8i piu' ferrati mi
correggano):
Vf = sqr(2 E/Mp) * ln((Mr+Mp)/Mr)
Questo e' il motivo per cui i motori a ioni, e i motori ad alta
velocita' di emissione, sono energeticamente sbevazzoni.  Prescindendo
dal problema della generazione di energia elettrica in quantita' a
bordo.. che e' un altro bel problema.
E per questo tutta l'astronautica e' basata su razzi chimici con bassa
velocita' di fuga e sul miglioramento del rapporto tra le masse con
serbatoi giganteschi e trucchi come i veicoli a piu' stadi.  Salvo quel
poco che si e' potuto fare con i motori a ioni accoppiati a generatori
fotovoltaici.
E per questo il trucco di spingere o alimentare energeticamente un
veicolo con un fascio di radiazioni o di particelle di vario tipo
sarebbe un aggiramento del problemi dei limiti connessi all'equazione
dei razzi... almeno in teoria.
Gli esperti correggano se ho scritto vaccate e non si spazientiscano
per le ovvieta'.

 imprimo al propellente.
Ovviamente volevo dire proporzionale alla radice quadrata, non al
quadrato   :-)

Calcoli a parte, che per me restano un problema da considerare in un 
secondo momento, il limite dell'astronautica attuale e' proprio il fatto 
che tutte le idee, tutti i progetti e quant'altro si voglia inserire nel 
discorso, viene sempre rapportato alla propulsione chimica.
Tu giustamente hai tirato fuori l'equazione dei razzi. Cio' significa 
che devo avere una massa da espellere e qualcosa che mi espelle questa 
massa.
Teoricamente, sfruttare l'esplosione della massa in questione 
all'interno di una camera di scoppio o combustione o come volete 
chiamarla, e' la soluzione piu' ovvia per avere un'altra massa che viene 
esplulsa. Per contro ho pero' velocita' di esplusione (eiezione) 
limitate. Utilizzare un sistema basato su campi elettromagnetici per 
espellere una massa, mi fornisce si una velocita' di eiezione della 
stessa maggiore della precedente, ma mi limita fortemente nella 
tecnonologia del sistema, perche', purtroppo, in qualche modo devo 
produrre l'energia. E devo comunque portarmi dietro la massa da 
espellere.
Brutalmente posso affermare, quindi, che con un reattore nucleare 
opportunamente progettato, teoricamente potrei avere sia l'energia 
elettrica, sia la massa da espellere. Come non lo so, ma a "naso" sento 
che la cosa e' fattibile.
Restano pero' i limiti che hai descritto, e cioe' le "relativamente 
basse" velocita' di eiezione, legate, tra l'altro, alla temperatura 
all'interno della camera di scoppio.
L'ASPS, con il progetto PNN, intende superare proprio questo problema. 
La PNN infatti non espelle massa, ma crea, comunque, una spinta 
unidirezionale con elevatissimo impulso specifico.
Funzionera' veramente?
Bastera' un reattore nucleare SP100 ad alimentare il sistema se 
installato a bordo di qualcosa di simile all'APOLLO?
Vedremo!


 
Leggo solo ora questa risposta.
nulla da dire sulla improponibilita' del laser dal punto di vista della 
potenmza richiesta.
Attenzione pero' che le sonde spinte dalla pressione di radiazione (del 
sole o di un laser e' uguale) non devono mica viaggiare in linea retta, 
esattamente come una barca a vela non deve necessariamente seguire la 
direzione del vento!