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MISSIONE SPAZIALE CASSINI-HUYGENS ED EFFETTO FIONDA

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by

valentina acerbis

on 4 June 2015

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Transcript of MISSIONE SPAZIALE CASSINI-HUYGENS ED EFFETTO FIONDA

MISSIONE CASSINI-HUYGENS
La Missione Cassini-Huygens, realizzata in collaborazione tra NASA, ESA ed ASI, è una missione robotica interplanetaria che ha come scopo lo studio di Saturno e del suo sistema di satelliti ed anelli con particolare riguardo al satellite Titano.


La missione è partita nell'Ottobre 1997, e, dopo un viaggio di sette anni, l’orbiter Cassini (realizzato dalla NASA) e la sonda Huygens (realizzata dall'ESA) hanno raggiunto il sistema di Saturno nel luglio 2004. La sonda Huygens è felicemente atterrata sulla superficie di Titano il 14 gennaio 2005.
La missione CASSINI ha completato il suo primo ciclo di osservazione di Saturno e del suo sistema di satelliti nel giugno 2008, ma è già stata estesa fino al 2012. La fine missione è prevista nel 2017 limitata solo dalla necessità di evitare la possibile caduta sulla superficie di Titano o Encelado a causa della Planetari Protection.
- L'orbiter Cassini prende il nome dall'astronomo italiano Gian Domenico Cassini che, verso la fine del Seicento, ebbe un ruolo di primaria importanza nello studio di Saturno e dei suoi anelli.
- Il lander Huygens deve la sua esistenza dall'astronomo olandese del XVII secolo Christiaan Huygens che utilizzando il proprio telescopio scoprì il satellite Titano.

MISSIONE SPAZIALE CASSINI-HUYGENS ED EFFETTO FIONDA
L'effetto fionda è una tecnica usata dalle sonde spaziali che sfrutta l'incontro ravvicinato (o flyby) con un oggetto di massa maggiore al fine di utilizzarne la spinta gravitazionale (fornita come "rifornimento" di energia cinetica) per modificare in maniera rilevante sia la propria velocità che la propria traiettoria. La sonda sfrutta infatti la forza gravitazionale del pianeta che le infligge
una spinta di grande entità, proprio come accade al sasso lanciato da una fionda accelerata in avanti dal movimento della mano.
L'EFFETTO FIONDA
PER CAPIRE MEGLIO...
Si suppone che la sonda spaziale abbia massa m e velocità iniziale u e che, dopo aver girato attorno al pianeta Venere per 180°, inverta il suo moto e torni indietro, con velocità w, lungo la stessa direzione iniziale.
Si suppone poi che Venere vada incontro alla sonda con una velocità iniziale v e che z sia la sua velocità finale e M la sua massa.
DIMOSTRAZIONE ATTRAVERSO I CALCOLI
Questo espediente fa in modo che parte dell'enorme momento angolare dei pianeti che ruotano attorno al Sole venga trasferito alla sonda; per ottenere ciò la sonda deve sorvolare il pianeta a quote relativamente basse, in modo da essere attratta dalla forza di gravità ed aggiungere alla sua velocità angolare parte di quella relativa alla rivoluzione del pianeta attorno al Sole.
Ad esempio una sonda diretta verso Giove, nelle fasi di avvicinamento cadrà verso il pianeta, attratta dal suo forte campo gravitazionale; se la sonda possiede una velocità sufficiente a non restare "intrappolata" in un'orbita attorno al pianeta, proseguirà il suo cammino allontanandosi da questo con una velocità leggermente superiore a quella che aveva prima. Dopo aver superato Giove la sonda rallenterà nuovamente, a causa dell'attrazione del pianeta, però la sonda si sarà assicurata una spinta "gratis", che le garantirà un notevole risparmio di propellente.
...analizziamolo in due sistemi di riferimento distinti.

- Nel sistema di riferimento del pianeta, la sonda si avvicina con una velocità v, percorre una traiettoria
curva intorno ad esso per effetto della gravità, e si
allontana con la stessa velocità v ma la direzione è
variata di un angolo a. Dunque in questo sistema di
riferimento la sonda non acquista maggiore velocità.

- Nel sistema di riferimento del Sole, invece, il pianeta è in moto e dunque alla velocità di avvicinamento della sonda va sommata vettorialmente la velocità del pianeta, sia prima che dopo l'incontro. In avvicinamento le due velocità sono discordi, in allontanamento invece la velocità del pianeta si somma a quella della sonda e dunque l'effetto netto è una accelerazione, a volte imponente, del veicolo spaziale.
Il fenomeno è equivalente ad un urto elastico unidimensionale. Se conosciamo le velocità u della sonda e v di Venere, è possibile trovare le loro velocità finali w e z .
Per ricavare w e z occorre risolvere un sistema di due equazioni nelle due incognite. Queste due equazioni sono fornite da due principi fondamentali della fisica: il principio di conservazione della quantità di moto e quello della conservazione dell’energia.
Da cui:
Dividendo la seguente equazione per la prima
si ottiene il sistema:
E perciò:
Dalla seconda equazione si ricava w:
Sostituendo w nella prima equazione si ricava z ( inoltre, essendo M >> m, conviene dividere il numeratore e il denominatore delle due ultime equazioni per M. );si ottengono così le soluzioni approssimate:
In definitiva, dopo l’incontro tra la sonda e il pianeta, quest’ultimo ha conservato la sua velocità, mentre la sonda l'ha incrementata del doppio.
La velocità finale della sonda risulta dunque:
w = u + 2 v
La sonda ha dunque aumentato la propria energia cinetica.
POSIZIONE ATTUALE:
Cassini Status
Next Encounter Countdown:
Dione (D-4) Flyby
517 km (321 mi)
Jun 16 2015 (SCET)

http://saturn.jpl.nasa.gov
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