Dai giorni dello Sputnik e dell'Explorer 1, migliaia di veicoli spaziali sono stati lanciati, alcuni con equipaggio umano. La prima persona lanciata in orbita terrestre è stata il russo Yuri Gagarin, il 12 aprile 1961. Il primo americano a fare la stessa cosa è stato John Glenn, che ha completato tre orbite il 20 febbraio 1962; più di 26 anni dopo, all'età di 77 anni, Glenn è ritornato nello spazio a bordo della Navetta Spaziale.
Il volo di Glenn è stato il primo del "Progetto Mercury", realizzato con un missile Atlas modificato. E' seguito (negli Stati Uniti) il Progetto "Gemini", in cui le capsule con un equipaggio di due uomini venivano lanciate dal più potente razzo "Titan". Successivamente vi furono le missioni "Apollo", con tre uomini di equipaggio, in cui fu effettuato il primo volo umano attorno alla Luna, e poi l'allunaggio sulla superficie del nostro satellite, il 20-21 luglio 1969. In totale, vi furono 6 allunaggi effettuati con successo, tutti realizzati con il razzo gigante (2700 tonnellate) Saturno V, equipaggiato con cinque enormi motori a razzo F-1 (oltre a un altro per il secondo stadio). Uno di questi motori si trova esposto al pubblico nel Museo Nazionale dell'Aria e dello Spazio (MNAS) presso lo "Smithsonian Institution" a Washington, come pure la capsula di John Glenn, un modulo di allunaggio e altri cimeli dei primi tempi dei voli spaziali.
La storia del volo umano nello spazio è lunga e affascinante, e continua tuttora. Questa breve panoramica non può in realtà renderle giustizia, e chi desidera approfondire maggiormante l'argomento può consultare dell'altra documentazione disponibile. Oggi i voli spaziali con equipaggio umano sono basati sulla Navetta Spaziale, un veicolo a razzo riutilizzabile, con corte alette, che gli permettono di atterrare su una pista come un normale aeroplano. I motori a razzo della Navetta Spaziale usano circa 700 tonnellate di idrogeno e ossigeno liquidi, il propellente più efficiente. Inoltre il veicolo è dotato di due
razzi addizionali a propellente solido, ciascuno del peso di 600 tonnellate.
I satelliti con equipaggio umano includono varie "stazioni spaziali" concepite per lunghi soggiorni nello spazio. Nel passato, gli Stati Uniti misero in orbita lo "Skylab", lanciato nel 1973, e disintegratosi durante il suo rientro nell'atmosfera nel 1980, ovviamente dopo che l'ultimo suo equipaggio lo aveva abbandonato. Una copia del modulo Skylab è esposto al pubblico presso il MNAS.
L'Unione Sovietica lanciò delle stazioni spaziali di dimensioni sempre più grandi, la Soyuz, la Salyut e (nel 1986) la stazione spaziale Mir (qui a destra). Nel corso degli anni alla Mir furono aggiunti dei moduli addizionali (uno dei quali venne danneggiato nel 1997 da una collisione accidentale) e nel 2000 era ancora operativa. Infine il 23 marzo 2001 rientrò disintegrandosi nell'atmosfera, vicino alle Isole Fiji nell'Oceano Pacifico. Il suo rientro fu osservato da terra e i frammenti che non si erano bruciati nel rientro caddero senza provocare danni nelle acque dell'oceano.
La costruzione della Stazione Spaziale Internazionale iniziò nel novembre 1998, con l'immissione in orbita del modulo russo "Zarya", seguito nel dicembre successivo dal modulo della NASA "Unity". Dalla fine del 2000, un equipaggio russo-americano è residente nella stazione.
Il rientro
Per ogni missione umana sussiste il problema di un rientro sicuro sulla Terra, la qual cosa richiede di annullare un'enorme quantità di energia, associata al moto orbitale. Un veicolo spaziale in orbita bassa si muove ad una velocità 24 volte quella del suono. Poiché l'energia del moto ("energia cinetica") è proporzionale al quadrato della velocità v, grammo per grammo (o oncia per oncia) un tale veicolo spaziale possiede 242 = 576 volte più energia di un oggetto che si muova alla velocità del suono (nell'aria), per esempio, un tipico proiettile di rivoltella.
L'attrito atmosferico converte questa energia in calore, un calore sufficiente a fondere o perfino a far evaporare il materiale che sta rientrando, anche se si tratta di un metallo resistente. Per smaltire questo calore, il veicolo rientra nell'atmosfera con un angolo di incidenza molto radente, in modo da allungare il tempo durante il quale viene a trovarsi negli strati superiori più rarefatti. E' anche utile offrire all'aria un ostacolo smussato, creando così una forte onda d'urto davanti al veicolo, che dissipa una buona parte del calore. Per questa ragione la Navetta Spaziale inizia il rientro nell'atmosfera con la parte posteriore, e, soltanto quando quasi tutta la sua velocità è stata annullata, essa ruota per mettere il muso in avanti, come un aeroplano.
Comunque, il veicolo è soggetto a una grande quantità di calore, per cui è necessario rivestirne la parte frontale con materiale particolarmente resistente al calore. Le capsule Mercury, Gemini e Apollo usavano degli scudi termici che gradualmente venivano consumati ("ablati"), risparmiando il veicolo che successivamente atterrava con un paracadute. La parte inferiore della Navetta Spaziale è rivestita con piastrelle leggere e resistenti al calore realizzate con speciali materiali. Anche l'Unione Sovietica costruì e nel 1988 lanciò la sua Navetta Spaziale, il Buran, ma, benché le prove fossero state coronate dal successo, non fu più usata in seguito.
Immagine a destra: Wernher Von Braun e uno dei motori a razzo F-1, del tipo di quelli che hanno equipaggiato le missioni Apollo verso la Luna. Questo tipo di motore è anch'esso esposto al pubblico presso il Museo Nazionale dell'Aria e dello Spazio dello "Smithsonian" a Washington, D.C.
Astronavi senza equipaggio
La varietà delle sonde automatiche senza equipaggio (come pure quelle con equipaggio umano) è così ampia che è impossibile darne una trattazione completa in questa sede. Le sonde senza equipaggio si possono suddividere in cinque gruppi, descritti separatamente in sezioni raggiungibili dai collegamenti ipertestuali riportati qui sotto:
- Satelliti per osservare il Sole, il Sistema Solare e l'universo (come il giapponese Yohkoh che osserva il Sole, o il telescopio orbitante Hubble). Gli osservatori orbitanti possono studiare lunghezze d'onda bloccate dall'atmosfera terrestre, come i raggi ultravioletti o i raggi X.
- Satelliti per osservare la Terra dall'alto, per usi scientifici, militari e commerciali -- come quelli che forniscono l'immagine globale della struttura delle nuvole, che vediamo alla TV nelle previsioni del tempo.
- Satelliti per osservare lo spazio vicino, per esempio quelli che tengono sotto osservazione le fasce di radiazione e il vento solare.
- Satelliti per usi commerciali, come i satelliti per comunicazioni e il sistema GPS usato per determinare la posizione di un punto sulla superficie terrestre.
- Veicoli spaziali per l'esplorazione degli altri pianeti e inviati verso gli estremi limiti del Sistema Solare.
Per saperne di più:
Un libro su Yuri Gagarin: "L'Uomo delle stelle: La verità dietro la leggenda di Yuri Gagarin" di Jean Doran e Piers Bizony, Bloomsbury (Gran Bretagna) 1998.
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