L'EFFETTO FIONDA

Descrizione.

Si chiama fionda gravitazionale una tecnica di volo spaziale che utilizza la gravita' di un pianeta per alterare il percorso e la velocità di un veicolo spaziale. E' comunemente usata per raggiungere i pianeti esterni del sistema solare, che sarebbe proibitivo se non addirittura impossibile con le tecnologie attuali, essenzialmente per un motivo di costi e tempi troppo lunghi. E' anche chiamato gravity-assist or fly-by e si utilizza con profitto con pianeti dotati di grande massa.

Per ottenere l'effetto fionda, il veicolo spaziale deve effettuare un ravvicinato fly-by (sorvolo) del pianeta. Consideriamo una sonda diretta verso un pianeta, per esempio Giove. Quando la sonda si avvicina a Giove, la gravità del pianeta la attrae aumentando la sua velocità. Dopo aver passato il pianeta, la gravità continua ad attrarre il veicolo, rallentandolo. L'effetto sulla velocità, se il pianeta fosse fermo, sarebbe nullo (come deve essere dalla conservazione dell’energia), mentre cambia la direzione del veicolo, ovviamente.

Tenendo conto pero' che i pianeti non stanno fermi, ma si muovono nelle loro orbite attorno al Sole, succede che la velocità non cambia se misurata in riferimento a essi, mentre è differente se la si misura rispetto al Sole. Il guadagno di energia cinetica e' spiegato dal fatto che e' il pianeta a perdere parte della propria, rallentando il suo moto di rivoluzione e stringendo la sua orbita, anche se in maniera del tutto impercettibile. Questo perche' il trasferimento di energia dal pianeta al veicolo e' inversamente proporzionale alle masse: il pianeta perde cosi' una quantita' irrisoria di energia, lasciando praticamente invariata la propria orbita. In base alla traiettoria, l'astronave può guadagnare fino a due volte la velocità orbitale del pianeta.

La Sonda Cassini.

Oggi non e' prevista alcuna missione esplorativa dello spazio oltre l'orbita di Giove che non preveda un gravity assist con il pianeta. Il consumo di carburante, sarebbe, in alternativa, proibitivo. Tuttavia, conseguenza diretta dell'utilizzo di molteplici gravity assist e' un allungamento dei tempi di crociera rispetto a un lancio diretto verso l'obiettivo finale. Per esempio la sonda Cassini-Huygens ha impiegato rispettivamente tre anni per raggiungere Giove, dopo tre swing-by con Venere e con la Terra. La sonda lanciata nel 1997 e' giunta su Saturno, sua destinazione finale, nel 2004.

Analogia terrestre.

Un'analogia terrestre è fornita da una pallina da tennis che rimbalza contro un treno in movimento. Si immagini di lanciare una pallina a 30 km/h verso un treno in avvicinamento a 50 km/h. Il conduttore del treno vede la pallina avvicinarsi a 80 km/h, per poi allontanarsi a 80 km/h, dopo che la pallina e' rimbalzata elasticamente contro la parte anteriore del treno. A causa del movimento del treno, tuttavia, l'allontanamento della pallina è a 130 km/h rispetto alla stazione.