I Gravity Assist della sonda JUICE – seconda parte

Come avevo promesso nella parte finale di questo recentissimo articolo, in cui parlavo dei due GA (Gravity Assist) previsti ed effettuati dalla sonda JUICE dell’ESA nel suo viaggio verso Giove, in questa seconda parte proporrò il mio programma di visualizzazione interattiva 3D della traiettoria della sonda attraverso il sistema Terra-Luna.

In pratica si tratta di una versione ridotta di uno qualsiasi dei programmi che ho proposto per illustrare dinamicamente il percorso seguito da una certa sonda per raggiungere il proprio obiettivo, in genere sfruttando una serie di GA da parte dei pianeti del Sistema Solare.

Ricordo che si tratta di manovre studiate dai tecnici di volo per impartire alla sonda un’accelerazione ed in generale una variazione di percorso, senza la necessità di utilizzare carburante prezioso, ma sfruttando le possibilità offerte dalla Meccanica Celeste ed in particolare dalla legge di gravitazione universale dei corpi.

Sappiamo che nel caso della sonda JUICE il sorvolo ravvicinato della Luna e subito dopo della Terra è stata una primizia assoluta, mai testata nei precedenti voli, sia terminati, sia ancora in corso di svolgimento : infatti molte volte si è sfruttato il sorvolo ravvicinato della sola Terra (Earth Gravity Assist, EGA), evento questo che in genere serve ed è servito a lanciare una sonda verso il Sistema Solare esterno.

Come detto più volte nei miei articoli, queste manovre di sorvolo ravvicinato e conseguente GA avvengono senza utilizzo di propellente, ma lasciando fare alla Natura : il rovescio della medaglia è che in genere il volo così deviato risulta molto più lungo in termini di durata totale, ma ovviamente il risparmio sui costi del propellente è un fattore determinante.

Esempi di sonde del passato

Se vi ricordate, la sonda New Horizons, lanciata nel 2006, ha impiegato più di 9 anni per giungere a sorvolare il lontanissimo pianeta nano Plutone nel 2015 ed aveva usufruito di un solo GA, con il pianeta Giove, toccando poi una velocità di più di 84.000 km/h, proprio per poter raggiungere in tempi umani il proprio obiettivo. Ne avevo parlato in dettaglio in questo articolo.

All’epoca dell’incontro, Plutone si trovava a 34 UA (Unità Astronomiche) dal Sole : ricordo che 1 UA è la distanza media della Terra dal Sole. Se non avesse raggiunto quella velocità, a quest’ora starebbe ancora viaggiando nel Sistema Solare.

Un’altra sonda che sta sfruttando una serie di GA, aumentando dunque i tempi di raggiungimento dei suoi obiettivi è ad esempio la gloriosa sonda Lucy, lanciata ad ottobre nel 2021 e che solo nel 2033 (dopo ben 12 anni) raggiungerà il suo obiettivo finale, una coppia di asteroidi Troiani di Giove, posti anche loro alla stessa distanza di Giove (5 UA) .

Tutto questo avverrà dopo aver effettuato tre sorvoli ravvicinati alla Terra e percorrendo chilometri e chilometri nel Sistema Solare tra la nostra Terra e Giove, raggiungendo altri però obiettivi previsti dalla sua missione. Ne avevo parlato ampiamente in questo articolo.

La sonda JUICE invece, lanciata nell’aprile 2023, raggiungerà la sua meta, Giove, solamente nel luglio 2031 e cioè dopo ben 8 anni : in questo caso sappiamo che questa lentezza della sonda è ancora una volta dovuta ai molteplici GA.

Torniamo alla sonda JUICE

Nella prima parte, avevamo visto due diagrammi (statici!) che indicavano la traiettoria percorsa dalla sonda in occasione dei due sorvoli con la Luna e la Terra

In questo diagramma

il sorvolo della Luna è avvenuto per modificare di poco la traiettoria e dirigere la sonda verso la Terra : in questo secondo diagramma si vede che la sonda

ha appunto avuto un GA che ne ha modificato traiettoria e caratteristiche del volo, quali la sua velocità.

Invece il programma presentato nel corso di questo articolo sulla sonda JUICE prevede la visualizzazione del volo della sonda dall’inizio alla fine, praticamente orbitando attorno a Sole e fermando la simulazione interattiva in occasione dei vari GA previsti (ed elencati nell’articolo stesso) : nel caso del primo GA doppio Luna-Terra ovviamente la scala utilizzata non permetteva di capire bene i due passaggi ravvicinati.

Per questo motivo ho pensato di rappresentare nel programma interattivo 3D solo questa piccola parte del volo della JUICE della durata di tre giorni, sfruttando come sempre i dati forniti dal sito HORIZONS SYTEM della NASA–JPL : ho dovuto perciò modificare in modo sostanziale il programma per poter visualizzare un’orbita così breve dove stavolta non c’è più al centro il Sole, ma la nostra Terra, con la Luna che le orbita intorno e la JUICE che sfreccia da una parte all’altra.

Visto che c’ero, ho aggiunto un nuovo pulsantino (x), che serve per eseguire la simulazione senza interruzioni, cioè dall’inizio alla fine.

Il programma 3D

Com’è consuetudine, per lanciare il programma in un’altra pagina del nostro browser, basta cliccare o toccare questa immagine

con il che si aprirà la pagina iniziale della simulazione che presenta un dischetto azzurro centrale (la nostra Terra), l’orbita grigia della Luna con la posizione del nostro satellite per il 17 agosto, come riportato in alto a destra.

Più sotto vediamo i tasti per lanciare la simulazione, bloccarla, eseguirla passo passo e per eseguirla senza interruzioni.

In questa pagina iniziale la sonda JUICE non è visibile da subito, ma poco importa, dato che basterebbe aumentare lo zoom per vedere il suo puntino bianco sulla desta in basso, lontana dalla Terra : ma lasciamo tutto così com’è…

Lanciamo dunque la simulazione senza interruzioni con il nuovo tasto x : vedremo così la Luna (pallino grigio) spostarsi piano piano lungo la sua orbita grigia.

Aspettiamo qualche secondo che la data raggiunga il 19 agosto.

Si vedrà a questo punto entrare prepotentemente nel diagramma la sonda JUICE, bianca, con una traiettoria anch’essa bianca : la JUICE sfreccerà accanto alla Luna e si dirigerà verso la Terra, attorno alla quale compirà una deviazione di rotta, fino poi ad uscire dalla schermata (ma possiamo azionare comunque lo zoom con la rotella del mouse o con le dita).

Soddisfatti di questa simulazione senza interruzioni, chiudiamo il browser e lanciamo di nuovo il programma 3D : stavolta premiamo il tasto play (quello solito con il triangolino) facendo così partire la simulazione, che come di consueto si fermerà automaticamente in corrispondenza di eventi importanti.

Anche in questo caso attendiamo che la JUICE entri nello schermo e ad un certo punto vedremo che la traiettoria si fermerà in corrispondenza del sorvolo ravvicinato della Luna : possiamo osservare qualche dettaglio zoomando e spostando il nostro punto di vita col mouse o con le dita (sui dispositivi mobile).

Rilanciando ora la simulazione col tasto play, si vedrà la JUICE avvicinarsi velocemente alla Terra per girarle attorno, ma fermandosi di nuovo, stavolta in corrispondenza del GA con la Terra.

Premendo di nuovo il tasto play, si vedrà la JUICE sfuggire alla Terra in tutt’altra direzione : anche in questo caso possiamo sfruttare il mouse per cambiare il nostro punto di osservazione.

Semplice ed essenziale : se vi è sfuggito qualcosa, basta chiudere la finestra con il simulatore e lanciarlo di nuovo.