Il progetto di Scratch "lanciatore" è utilizzabile per conoscere e sperimentare la messa in orbita dei satelliti.

Non è una animazione ma una simulazione che calcola la posizione usando esclusivamente l'espressione della legge della gravità di Newton e le leggi della meccanica (sempre di Newton).

Per vincere l'attrazione gravitazionale terrestre in modo da potersi lanciare nello spazio alla caccia di nuovi mondi o anche solo per piazzare in orbita un satellite artificiale non si usano i cannoni come proposto nell'articolo delle cannonate. Quell'articolo è servito per mostrare che la velocità, in modulo e direzione e comunque sia stata impressa, è un requisito sufficiente per definire la traiettoria nello spazio circostante la Terra.

Ovviamente il vero problema riguarda proprio il modo con cui dotare un veicolo spaziale della velocità necessaria a svincolarsi dall'attrazione gravitazionale, non certo con i cannoni.

Per entrare in orbita o allontanarsi dalla Terra si usano i missili lanciatori che hanno il vantaggio di portare con gradualità alle velocità necessarie all'esplorazione spaziale in modo che tutto quanto si trovi coinvolto nel viaggio non venga danneggiato dalle spaventose accelerazioni necessarie quando si usa la breve lunghezza di una canna di cannone.

Un missile impiega parecchi minuti per raggiungere le velocità richieste consumando molto propellente per spingere sia il satellite, detto anche carico pagante (payload), che se stesso compresi i motori, i serbatoi ed il propellente. Per questo motivo, in linea di principio usando missili occorre consumare molta più energia di quanta se ne consumerebbe con un cannone ma con un cannone semplicemente non si può fare.

Nota: il progetto di scratch realizza simulazioni matematiche ottenute come al solito integrando spostamenti calcolati utilizzando la legge di gravitazione universale di Newton per brevi intervalli di tempo (nota 1).

Cosa si può fare con il progetto

Vedere orbite satellitari

Il progetto di Scratch "lanciatore" consente di riepilogare il funzionamento dei satelliti artificiali in quanto è possibile vedere che satelliti a quote diverse ruotano a velocità diverse per mantenersi in orbita (nota 2).

Dopo aver premuto la bandierina verde per resettare tutte le variabili in gioco, si possono osservare orbite preimpostate tramite tastiera:

[D] per l'orbita della ISS alla quota di 408 km;

[G] per l'orbita geostazionaria alla quota di 42164 km;

[H] per un'orbita generica più alta di quella geostazionaria per vedere che il satellite si sposta più lentamente della Terra alla quota di 60000 km;

[J] per l'orbita della Luna alla quota di 384000 km (si vedono anche le eclissi).

Con tasto [X] si imposta un'orbita a piacere.

Con i tasti numerici da [1] a [6] si cambia la scala e con il tasto [W] si monta una freccia che indica la posizione del satellite anche se non lo si vede nella porzione di cielo inquadrata.

Il tasto [M] fa vedere alcune variabili in gioco, il tasto [N] nasconde le variabili, il tasto [E] cancella la grafica, il tasto [Q] modifica lo sfondo.

Questo video2 ne illustra gli aspetti salienti.

Missili e lanciatoricannonataEstrema

Un secondo impiego del progetto di Scratch "lanciatore" permette di esaminare il comportamento di un missile spinto in direzione verticale (attivabile con tasto [V]), agendo unicamente sui motori azionati premendo il tasto [F].

Fintantoché il tasto [F] è premuto i motori sono accesi altrimenti si spengono. Sè il propellente si esaurisce i motori non si possono accendere.

Si vede che a razzi accesi il missile sale sempre più in alto fino a superare la velocità di fuga che impedisce il rientro a Terra in assenza di motori o di propellente.

Se i motori vengono spenti prima dei aver raggiunto la velocità di fuga il missile precipita schiantandosi al suolo.

Un missile in volo verticale non serve a mettere in orbita dei satelliti.

Per mettere in orbita un satellite occorre lanciarlo a velocità tangenziali elevate che siano sufficienti a produrre l'orbite alla quota di rilascio del satellite.

Per fare questa manovra il missile deve prima elevarsi in verticale per superare quanto prima l'atmosfera terrestre che ne sollecita le strutture e ne frena l'andatura e poi deve piegare più o meno gradualmente verso est fino a diventare orizzontale per conferire al satellite la velocità tangenziale desiderata.

Il lanciatore si attiva con il tasto [L] dopodiché sono a disposizione due modi per realizzare il lancio:

- manualmente: si prevede l'uso del tasto [U] per tenere accesi i motori e del tasto [I] per piegare verso esta la traiettoria di 5 gradi ogni volta che viene premuto; tocca allo sperimentatore trovare il modo di effettuare il lancio;

- automaticamente: si prevede l'uso del tasto [A] per attivare una procedura automatica.

Con tasto [7] si può controllare l'orbita da un punto distante posizionato sul polo nord.

Questo video2 illustra alcuni dei modi di realizzare il lancio di un satellite. 

 

APPROFONDIMENTI,

Una trattazione approfondita del metodo usato per condurre i calcoli numerici si trova nel mio libro "satelliti e orbite" dove si usa Scratch per comprendere il comportamento degli oggetti in un campo gravitazionale.

Note.

Nota 1: Non sono animazioni ma simulazioni vere che permettono di indagare intorno a varie situazioni nelle quali sono coinvolte forze; si possono fare esperimenti ed anche misurazioni con risutati da rapportare ad eventi reali.

Nota 2: Va detto che l'orbita è una traiettoria di caduta libera nel senso che l'unica forza che agisce su di esso è la forze gravitazionale che accelera il satellite verso il centro della Terra. Spesso si commenta questo fatto con l'osservazione che se il satellite è in caduta libera allora deve precipitare al suolo! In effetti sta accelerando verso il centro della Terra ma si sposta anche "di lato" per effetto di una velocità tangenziale così elevata da rendere imposibile l'avvicinameto alla Terra. In assenza di gravità il satellite si muoverebbe di moto retilineo uniforme cioé si allontanerebbe dalla Terra. La gravità incurva la traiettoria cos' il satellite non si allontana. Nell'articolo "La caduta libera" se ne parla più ampiamente, mentre il progetto presentato nell'articolo "Satelliti e orbite" consente di fare esperimenti di traiettorie impostate a piacere.