Manovra orbitale

Si dicemanovra orbitaledi unsatelliteo più in generale di unasonda,il cambio orbitale o diassettonecessari al compimento della missione.

Per portare a termine una missione, una sonda deve essere capace di raggiungere o mantenere una determinataorbitaoperativa ed un ben definito orientamento rispetto ad unriferimento inerziale. I motivi per i quali queste manovre sono indispensabili sono sia la necessità di contrastare le azioni disturbanti quali laforza aerodinamicao l'influenza dellaLunasul moto della sonda come pure la rivoluzione orbitale stessa, sia il raggiungimento dell'orbita operativa della sonda a partire dalla classicaOrbita di parcheggio. Altri casi tipici nei quali è indispensabile agire con manovre orbitali sono quando due satelliti devono praticare unrendezvous(ovvero un incontro nellospazio) oppure per controllare la fase di rientro di un veicolo con esseri umani o esperimenti a bordo.

Classificazione di massima

In generale si possono definire due categorie:

• manovre orbitali classiche(impulsive), quali lemanovre di Hohmann,lemanovre di cambio di piano orbitale,lemanovre biellittiche bitangenti,il rifasamento e le manovre a più impulsi;
• Lemanovre non impulsive,dove piccole spinte prodotte da motori elettrici o a ioni determinano la variazione dell'orbita in tempi non infinitesimi;
• Lemanovre di correzione d'assetto,per mantenere l'orientamento della sonda rispetto ad un riferimento considerato inerziale (Sole o stelle fisse). Come conseguenza delleperturbazionila traiettoria della sonda (come pure di un satellite naturale) non è unaconicaperfetta ovvero non segue un'orbita detta kepleriana e deve essere corretta regolarmente.

Manovre orbitali impulsive

Essendo le Manovre classiche delle manovreimpulsive,dove la variazione del moto avviene per variazioni finite di velocità ($\Delta \mathbf {v}$), in un tempo infinitesimo, un'ulteriore classificazione avviene in termini di numero di impulsi di cui è costituita la manovra.

• Manovre ad un impulso, come l'alzo di apogeo o ilcambio di piano orbitale,caratterizzate da una sola variazione di velocità;
• Manovre a due impulsi, come iltrasferimento alla Hohmann,caratterizzate da due variazioni di velocità;
• Manovre a tre impulsi, come iltrasferimento biellittico bitangente,caratterizzate da tre variazioni impulsive di velocità;
• Manovre animpulsi.

Si distinguono inoltre:

• Manovreconfocali:nelle manovre confocali sia l'orbita iniziale, che quelle finali e di trasferimento sono delle coniche che hanno il medesimo fuoco (attrattore massivo);
• Manovrecomplanari:sia l'orbita iniziale, che quelle finali e di trasferimento appartengono allo stesso piano orbitale. In altri termini condividono la stessa direzione e lo stesso verso delmomento angolare orbitale specifico;
• Manovrenon complanari:sono caratterizzate da coniche che appartengono a piani orbitali diversi (ovvero orbite di diversa inclinazione). Queste ultime sono molto costose in termini di masse di propellente ma sono necessarie per la diversa inclinazione, di norma, di orbite di parcheggio ed orbite operative;
• Manovretangenti,in cui l'orbita/le orbite di trasferimento è tangente all'orbita finale e/o iniziale, in due o più punti (i suoi apsidi);
• Manovresecantiquando l'orbita di trasferimento non è tangente all'orbita iniziale e/o a quella finale;

Queste caratteristiche sono a due a due mutuamente esclusive, nel senso che possono esistere ad esempio manovre confocali, complanari e tangenti (come iltrasferimento alla Hohmann), manovre confocali, complanari e secanti, e manovre confocali non complanari (come le manovre dicambio di piano orbitale).

Costo delle manovre orbitali

L'analisi di costo delle manovre orbitali classiche, ed anche delle correzioni di assetto, si effettua in termini diDelta-v,ovvero di modulo della variazione impulsiva di velocità: dall'Equazione del razzo di Tsiolkovskyè quindi ricavabile la massa di propellente da impiegare per la variazione del moto, noti l'Impulso specificodel propulsore e la massa della sonda. Il notevole costo di alcune manovre (come ad esempio i cambi di piano orbitale) rende necessari ulteriori scenari, come l'aiuto gravitazionale di corpi massvi, quali l'effetto fionda,noto come "gravity assist", o addirittura l'interazione con l'atmosfera del pianeta "assistente" (aerogravity assist).

Risulta quindi, per una successione comunque lunga di$N$manovre impulsive, un

$\|\Delta \mathbf {v_{tot}} \|\ =\|\Delta \mathbf {v_{1}} \|\ +\|\Delta \mathbf {v_{2}} \|\ +...+\|\Delta \mathbf {v_{N}} \|\$

Manovra di trasferimento ad un'orbita geostazionaria

I veicoli di lancio per satelliti la cui orbita finale è molto vicino allaTerra,spesso lasciano il lorocarico utilequasi nell'orbita finale riducendo quindi le manovre necessarie per raggiungere la traiettoria nella quale inizia la vita utile del satellite. Al contrario perorbite geostazionarieoorbite interplanetariele operazioni di posizionamento del satellite avvengono in vari stadi successivi. Ad esempio, nel caso di orbite geostazionarie, il satellite viene prima inserito in unaorbita di trasferimento geostazionaria(geostationary transfer orbito GTO) conapogeovicino all'altezza della'orbita finale ed ilperigeodi circa 200 km. L'orbita è poi gradualmentecircolarizzatacon uno o più (in genere 3)sparidel motore d'apogeo. Inoltre, non essendo l'orbita di trasferimento sul piano equatoriale (che invece è per definizione il piano di un'orbita geostazionaria) si necessita anche una manovra per il cambio di piano orbitale che in genere è anche la più costosa in termini dipropellentenecessario. Infine, sempre nel caso di orbite geostazionarie, sono frequenti correzioni per lo meno settimanali comandate dal centro di controllo di terra. La frequenza di queste manovre per sonde interplanetarie è in genere più bassa, producendosi delle manovre diraffinamentodell'orbita a metà del tragitto da percorrere e più di qualche volta poco prima dell'arrivo a destinazione.

Voci correlate

• Cambio di piano orbitale
• Trasferimento alla Hohmann
• Trasferimento biellittico bitangente
• Problema degli n-corpi
• Equazione del razzo di Tsiolkovsky

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