martedì 10 maggio 2016

I Razzi e l'Esplorazione dello Spazio

Oggigiorno la partenza di un Razzo non è certo un evento sensazionale. Fuochi d'artificio, razzi di segnalazione, esplorazione spaziale, applicazioni belliche... Sono davvero tanti gli usi di questa tecnologia! Ma cos'è esattamente un razzo? E in che modo si è evoluto nel corso dei secoli? Che importanza hanno avuto i razzi nella Seconda Guerra Mondiale? Cosa ci ha permesso di raggiungere la Luna?






Sette metodi per raggiungere la Luna

 Non c'è certo bisogno di decantare il fascino che la Luna esercita da sempre sugli uomini, ecco perché migliaia di anni fa ci si domandava già se fosse possibile raggiungerla. È curioso che lo stesso interrogativo non esistesse per il Sole, molto più venerato del nostro satellite. In effetti, si intuiva perfettamente che esso doveva essere straordinariamente caldo, al punto da rendere qualunque visita poco appetibile. In linea di principio però nulla avrebbe impedito di avvicinarsi ai due corpi celesti.

 Alla base della relativa semplicità con cui si affrontava il problema di raggiungere la Luna stava la credenza che l'atmosfera si estendesse per tutto lo spazio occupato dalle stelle. In questo modo sarebbe bastato trovare il modo di librarsi per aria per raggiungere la volta celeste. Tale congettura resistette a lungo: fu smentita solo nel 1643, quando Evangelista Torricelli inventò il primo barometro, che permise di comprendere la natura della pressione atmosferica. 


 Ad ogni modo, nell'immaginario collettivo la Luna veniva già esplorata nel secondo secolo dopo Cristo. Lo scrittore greco Luciano di Samosata narrò nella sua opera "La Storia Vera" le avventure dell'equipaggio di una nave che oltrepassa le Colonne d'Ercole per scoprire cosa si trova al di là di esse. Tra le varie avventure, i navigatori vengono anche afferrati da una tromba marina e catapultati proprio sulla Luna, sulla quale la vita non scorre in maniera molto diversa da quanto accade sulla Terra.

 Nei secoli seguenti vennero prodotte numerose opere che trattavano di viaggi lunari. Tanto per citarne alcune: la Divina Commedia (in cui viene descritta l'ascesa attraverso la sfera celeste della Luna), l'Orlando Furioso, il Somnium (di Giovanni Keplero), The Man in the Moon (di Francis Godwin),... Ma soffermiamoci su una di queste opere in particolare: il "Cyrano de Bergerac", scritto dal drammaturgo francesce Edmond Rostand. All'interno della commedia, Cyrano descrive al malvagio e potente De Guiche sette modi per raggiungere la Luna:
  1. Attaccandosi addosso diverse fiale piene di rugiada. In questo modo il Sole, che di norma la fa evaporare, lo attirerebbe a sè. ("Ponendo nudo il mio corpo a stare
    dritto, io potea cospargerlo di fiale cristalline
    ben colme delle lagrime de le albe mattutine.
    Così stando la mia nuda persona a bada,
    il sol l'aspirerebbe insiem con la rugiada.
    ")
  2. Sfruttando lo stesso principio che permette alle mongolfiere di galleggiare per aria, ovvero sfruttando la Forza di Archimede derivante dall'aver riempito delle casse sigillate di gas rarefatto. In effetti questo metodo, anche se descritto un po' alla buona, consentirebbe davvero di volare, ma solo all'interno dell'atmosfera.("E potevo, altrimenti,
    per prendere il mio slancio, far conserva di venti,
    rarefacendo l'aria in cassette di cedro
    per via di specchi ardenti disposti a icosaèdro.
    ")
  3. Mediante dei razzi, sotto forma di fuochi d'artificio. ("Potevo, facendo di meccanico uffizio
    nonchè di pirotecnico, da fuochi d'artifizio,
    su d'una cavalletta d'acciar farmi lanciare
    nei prati azzurri dove stan gli astri a pascolare.
    ")
  4. Immagazzinando del fumo, meno denso dell'aria, e sfruttando nuovamente la Forza di Archimede. ("Poi, siccome il fumo di salire ha tendenza,
    raccôrne quanto avesse di trarmi su potenza.
    ")
  5. Cospargendosi di midollo di bue, che si credeva essere attratto dal Sole ("E, siccome Febo, quando l'arco è più scarso,
    ama succhiar la vostra midolla, o buoi,... consparso
    me ne sarei...
    ") (Febo è un nominativo di Apollo, dio del Sole).
  6. Sedendosi su un piatto di ferro e lanciando una calamita per aria. In questo modo la calamita attrae il piatto di ferro e Cyrano può levarsi in aria. ("Finalmente, adagiato
    su di un piatto di ferro, un pezzo avrei lanciato
    di calamita in aria! Buon mezzo, questo: attratto,
    dietro la calamita si precipita il piatto;
    la raggiunge, s'attaccano, e via
    ")
  7. Bagnandosi di acqua marina di notte, in modo che la Luna - che effettivamente attrae l'acqua causando l'alternarsi delle maree - lo attragga a sè. Quest'ultimo è il metodo effettivamente adottato da Cyrano nella commedia a lui dedicata. ("La marea!...
    Nell'ora in cui son l'onde attratte da Febea,
    mi posi sull'arena — dopo un bagno di mare —
    e, prima cominciandosi la testa a sollevare,
    però che nei capelli più acqua si raccoglie,
    io salii come un angelo, fin del cielo alle soglie.
    ")
 Tra questi sette metodi, assolutamente fantasiosi, Rostand cita i razzi: l'unico vero sistema per spostarsi all'esterno dell'atmosfera. In effetti un razzo è proprio questo: un motore a propulsione che non necessita di nient'altro per funzionare. Per intenderci: un automobile non può spostarsi nello spazio, dato che le sue ruote devono costantemente essere a contatto con una superficie per generare il moto; un motore a reazione, come quello degli aerei, ha bisogno di ossigeno per funzionare; insomma, sono ben pochi i meccanismi che consentono di spostarsi nello spazio vuoto (sono stati progettati anche razzi a Fissione e Fusione Nucleare, di difficile realizzazione).

 L'autonomia dei razzi è una conseguenza del principio su cui si basa il loro funzionamento: il Principio di Azione e Reazione, illustrato per la prima volta da Newton nel 1687. In poche parole, questo afferma che "Ad ogni Azione corrisponde Reazione uguale e contraria". Quindi, se un razzo espelle della materia in una direzione risentirà automaticamente di una forza che lo spingerà nella direzione opposta. Non solo questo processo avviene in qualunque circostanza, ma è persino più efficiente nel vuoto, in cui il moto del razzo non è ostacolato dalla resistenza dell'aria. Possiamo sperimentare lo stesso effetto sedendoci su una poltrona con le ruote (senza appoggiare i piedi a terra) e lanciando in avanti un oggetto pesante: la sedia si muoverà non appena l'oggetto si staccherà dalle nostre mani.
Dai fuochi d'artificio ai razzi di Goddard

Una Freccia di Fuoco
 I primi tentativi di sviluppare un razzo risalgono a ben 2300 anni fa, quando i Cinesi tentarono di produrre degli strumenti di intrattenimento basati sulla polvere pirica (una varietà di polvere da sparo). Molto tempo dopo, nel 904, sempre in Cina vennero utilizzate le prime "frecce di fuoco": probabilmente il primo tipo di razzo impiegato in una guerra. Si trattava essenzialmente di un bastone a cui era attaccata una sacca di polvere pirica. L'esplosivo forniva alla freccia abbastanza energia per percorrere anche 300 metri! Le frecce di fuoco venivano solitamente sparate in massa, ma la loro efficacia stava più nel terrore che incutevano nei nemici che nei reali danni all'esercito.
 Certo, nel corso del tempo i razzi cinesi si evolvettero, ma non si ebbero notevoli sviluppi fino al XIII Secolo. Fino a quel momento, in Europa i razzi erano quasi sconosciuti, e la loro introduzione nel nostro continente si può far risalire all'ingegnere francese Amédée Frézier. Questi scrisse il primo trattato sulla propulsione dei razzi, e portò alla luce questi strumenti in Europa.
 Gli Europei furono molto più rapidi dei Cinesi a trovare il modo di uccidere i loro simili con i razzi: meno di cent'anni più tardi gli Inglesi, che avevano avuto a che fare con queste armi in India, svilupparono ulteriormente questa tecnologia per produrre micidiali armi da guerra. Figura chiave per questo progresso fu l'inventore William Congreve, che per primo produsse razzi in grado di percorrere oltre tre chilometri portando con sè fino a tre chilogrammi di materiale incendiario. Oggi li chiamiamo Razzi Congreve, o razzi red glare.
 Una curiosità riguarda il fatto che gli stessi razzi furono utilizzati in gran quantità contro gli indipendentisti americani, al punto che sono persino citati nell'Inno d'America.
 Tuttavia, la diffusione dei razzi in guerra fu ben presto soffocata dagli impressionanti sviluppi dell'artiglieria pesante, che in breve superò i Razzi Congreve in gittata e precisione. Si dovette aspettare la Seconda Guerra Mondiale perché i razzi tornassero alla ribalta.
Robert Goddard
 Nel frattempo comunque uno scienziato statunitense, Robert Goddard, riprese il lavoro di un collega russo per indagare un utilizzo più intelligente dei razzi: l'esplorazione degli strati superiori dell'atmosfera e dello spazio. I due avevano - separatamente - progettato un razzo azionato da propellente liquido anziché dalla comune polvere da sparo. Questo è un punto importante, perché avrebbe consentito al razzo di volare anche nello spazio, in assenza di ossigeno (in questo senso si può forse considerare il primo razzo moderno). Al tempo si trattava di una scoperta eccezionalmente avanguardista, al punto che i risultati di Goddard non furono dapprima creduti. Il primo di questi razzi fu lanciato dallo stesso Goddard nel 1926 e raggiunse i 60 metri d'altezza: non un gran risultato, ma c'era tutto lo spazio per migliorare!
 Inoltre, i razzi di Goddard avevano un altro vantaggio non trascurabile: bruciavano carburante durante il volo. Il lato positivo della faccenda può essere apprezzato leggendo "Dalla Terra alla Luna", un romanzo di fantascienza di Jules Verne. Nella vicenda, il protagonista si fa rinchiudere in un enorme proiettile, e viene sparato sulla Luna con un cannone. Il problema, chiaramente omesso nel romanzo, è che l'accelerazione a cui il protagonista è sottoposto al momento del lancio dovrebbe essere tale da ridurlo in poltiglia. Nel razzo costruito da Goddard questo invece non accade, dato che l'energia viene rilasciata pian piano e la velocità aumenta in maniera sopportabile da un essere umano. La stessa caratteristica consente inoltre di concentrare la spinta negli strati più alti dell'atmosfera, in cui la resistenza dell'aria è minima, in modo da ottimizzare il processo.

 Goddard dovette aspettare cinque anni per arrivare a risultati migliori. Questo ritardo non fu dovuto a guerre, mancanza di finanziamenti o altre calamità, ma alle lamentele dei suoi vicini di casa, che comprensibilmente infastiditi dal frastuono dei razzi si rivolsero alle autorità. Ad ogni modo, nel 1935 gli apparecchi di Goddard raggiungevano i 900 chilometri orari di velocità e i 2400 metri di altezza! Furono inoltre dotati di giroscopi per mentenerne stabile la rotta. Insomma, tutto faceva presagire che di lì a poco, dopo due millenni, l'uomo avrebbe messo piede sulla Luna. Ma qualcosa andò storto: la Germania invase la Polonia e l'umanità ebbe da fare per qualche anno...
I micidiali razzi V2 e l'allunaggio

Un razzo V2
 Dopo lo scoppio della Guerra, i tedeschi dedicarono molti fondi alla ricerca missilistica. Questa era affidata a un gruppo di giovani guidati dal matematico romeno Hermann Oberth, che si era dedicato allo studio dei razzi parallelamente a Goddard. Gli studi culminarono nel 1944, con la realizzazione dei razzi V2. Questi erano dei veri e propri missili, che trasportavano 800 chilogrammi di esplosivo. I V2 potevano colpire un bersaglio a 360 chilometri con una precisione mai raggiunta prima, e raggiungevano la folle velocità di 5200 chilometri all'ora! 

 Tuttavia il costo dei razzi V2 era proibitivo, al punto che quando gli alleati si impossessarono del primo esemplare nacque il sospetto che i tedeschi stessero sviluppando una bomba a fissione. Al termine della Guerra però, Americani e Russi riuscirono a includere nel loro bottino anche alcuni esemplari di V2 e, impressionati dal loro successo investirono sempre di più nella ricerca missilistica. Gli esemplari rimasti furono utilizzati per esplorare gli strati superiori dell'atmosfera.

 Durante la Guerra Fredda, la rivalità tra Stati Uniti e Unione Sovietica portò allo sviluppo di razzi sempre più potenti e sofisticati. L'antagonismo non riguardava solo la potenza militare, ma anche la ricerca, e in breve si sviluppò - tra le altre cose - anche la cosiddetta Corsa allo Spazio. L'inizio di quest'ultima si fa risalire convenzionalmente al 1957, anno del lancio dello Sputnik 1, il primo satellite artificiale in orbita (lanciato dai Russi).

 Lo Sputnik seguiva però un'orbita troppo schiacciata, e quando questo si avvicinava troppo alla Terra risentiva dell'attrito dell'aria, anche se molto rarefatta. Questo bastava a fargli perdere ad ogni giro una piccolissima frazione della sua energia, e fu sufficiente a farlo precipitare il 3 Gennaio 1958. Meno di un mese più tardi gli Stati Uniti misero in orbita l'Explorer 1.

 Il resto della Corsa allo Spazio non riservò grandi sorprese: le due potenze continuarono a sfidarsi con successi sempre maggiori, fino al 20 Luglio 1969, quando Neil Armstrong lasciò finalmente la prima impronta sulla Luna.

Conclusioni

 In questo articolo ci siamo occupati dello sviluppo dei Razzi, una tecnologia forse non di uso comune quanto Microonde, Laser o Schermi a Cristalli Liquidi, ma altrettanto affascinante. Dopo aver parlato dei problemi che si incontrano quando si cerca di "volare" fino alla Luna abbiamo trattato lo sviluppo storico dei razzi. Siamo partiti dalle prime applicazioni delle freccie di fuoco in Cina fino allo sviluppo delle V2 tedesche, passando per le importanti figure di William Congreve e Robert Goddard. Infine abbiamo accennato alla Corsa allo Spazio intrapresa da Stati Uniti e Unione Sovietica, culminata con l'allunaggio del 1969. Se l'articolo ti è piaciuto non dimenticare di condividerlo!

Giulio


Immagini tratte da:
http://www.parlandosparlando.com/fasi-lunari/
www.nmspacemuseum.org

Nessun commento:

Posta un commento