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Flyby o Fionda Gravitazionale. Che cosa si intende e come funziona?

La fionda gravitazionale, o fly-by, è una danza spaziale che sfrutta la meccanica orbitale per esplorare il cosmo. Un valido esempio di genio ed ingegnosità della mente umana che ci spinge sempre più lontano tra le stelle.

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Nel momento in cui facciamo entrare un satellite nella sfera d’influenza di un corpo celeste come un pianeta, questo può utilizzare la forza gravitazionale per modificare la propria velocità assoluta. L’aumento o la diminuzione della propria velocità prende il nome di “fionda gravitazionale”, “flyby” o “incontro iperbolico”. L’azione gravitazionale in questione riesce a ruotare la direzione del vettore velocità rimanendone invariato il modulo.

Flyby
Sistema solare

Proviamo ad entrare più nel dettaglio

Prendiamo la velocità del satellite rispetto al Sole Vs, che è uguale alla velocità del satellite rispetto al pianeta considerato Vsp sommato alla velocità del pianeta rispetto al Sole Vp. Possiamo avere due possibili passaggi nella “sfera d’influenza” del pianeta.

Il passaggio a “valle” del pianeta avviene quando la Vs d’uscita è minore della Vs d’entrata e quindi abbiamo una perdita di energia cinetica nel moto del satellite rispetto al Sole. Questa operazione viene spesso indicata con “flyby in front of the planet”.

Il passaggio a “monte” del pianeta avviene quando la Vs d’uscita è maggiore della Vs d’entrata e quindi abbiamo un’acquisto di energia cinetica nel moto del satellite rispetto al Sole. Questa operazione viene spesso indicata con “flyby behind the planet”.

Questo effetto appena citato si utilizza spesso per la modifica della velocità di un qualsiasi veicolo spaziale nelle missioni interplanetarie. Il veicolo in questione, viene di proposito guidato attraverso le sfere d’influenza di uno o più corpi celesti.

Cassini Trajectory | NASA Solar System Exploration
Traiettoria interplanetaria della sonda Cassini. Credit: NASA

Facciamo un esempio dell’applicazione di una fionda gravitazionale

Un esempio recente che possiamo citare è la missione della NASA Cassini. Questa missione è partita con il lancio della sonda nel 1997. Essa ha impiegato diversi fly-by per arrivare, con l’utilizzo di meno propellente possibile, nell’orbita di Saturno.
La sonda Cassini ha attuato due fionde gravitazionali intorno a Venere, uno intorno alla Terra ed, infine, uno intorno a Giove per arrivare dopo 7 anni intorno al pianeta Saturno.

Flyby
Semispazio a monte o a valle del pianeta. Credit: Fondamenti di Meccanica del Volo Spaziale

Come facciamo a stabilire se un flyby è a “monte” o a “valle”?

Prima di rispondere a questa domanda dobbiamo tenere bene a mente cosa è il pericentro di un orbita planetaria. Il pericentro di un orbita è il punto di massimo avvicinamento al fuoco della stessa. Quindi, se vogliamo stabilire se una fionda gravitazionale aumenterà o diminuirà l’energia cinetica della nostra sonda rispetto al Sole, dobbiamo osservare la posizione del pericentro dell’orbita iperbolica di avvicinamento.

Se il pericentro di quest’orbita si trova nel semispazio a valle, allora abbiamo un avvicinamento a “valle”. Se il pericentro di quest’orbita si trova nel semispazio a monte, allora abbiamo un avvicinamento a “monte”.

La missione BepiColombo ed i suoi Flyby

BepiColombo è una missione internazionale composta da due veicoli spaziali che viaggiano insieme verso Mercurio. Questi hanno l’obiettivo di entrare nell’orbita di Mercurio e di studiare il pianeta da punti di vista unici. L’Agenzia spaziale europea (ESA) ha fornito la prima sonda. La Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ha fornito, invece, la seconda sonda.

Di seguito si trova un elenco di tutte le fionde gravitazionali che le due sonde andranno a compiere:

  • Ottobre 20, 2018 Lancio
  • Aprile 13, 2020 Flyby intorno alla Terra
  • Ottobre 16, 2020 Flyby intorno a Venere
  • Agosto 11, 2020 Flyby intorno a Mercurio
  • Ottobre 2, 2021 Flyby intorno a Mercurio
  • Giugno 23, 2022 Flyby intorno Mercurio
  • Giugno 20, 2023 Flyby intorno Mercurio
  • Settembre 5, 2024 Flyby intorno Mercurio
  • Dicembre 2, 2024 Flyby intorno Mercurio
  • Gennaio 9, 2025 Flyby intorno Mercurio
  • Dicembre 5, 2025 Inserimento nell’orbita di Mercurio

FONTI VERIFICATE

  • Fondamenti di Meccanica Spaziale, Mengali
  • NASA – BepiColombo

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