SCIENZE - FENOMENI E SISTEMI DI COMUNICAZIONE - I SATELLITI

PRESENTAZIONE

Con il nome di satelliti si chiamano tutti quegli oggetti che ruotano per inerzia intorno ad un corpo celeste, mantenendosi ad una certa distanza da esso in virtù della loro velocità e quindi della loro accelerazione centrifuga. Alzando gli occhi al cielo, soprattutto in notti senza luna e particolarmente limpide, può capitare di scorgere tra le innumerevoli stelle, deboli luci che solcano velocemente la volta celeste. Quei bagliori sono i satelliti artificiali: macchine portate nello spazio dall'uomo. Sono ormai numerosi i satelliti artificiali che sono stati messi in orbita e ognuno di essi è stato costruito con uno scopo ben preciso: per collegare radiofonicamente località molto distanti fra loro, per osservare la terra e il cielo a scopi civili (meteorologia, ricerche geologiche, osservazioni ecologiche ed astronomiche) oppure militari (controllo degli armamenti, reti di osservazione difensiva e armi d'attacco orbitanti).

TIPI DI SATELLITE

Il fattore determinante che ha permesso l'utilizzo dei satelliti è stato ancora una volta la miniaturizzazione elettronica. Grazie al transistor, che ha sostituito egregiamente le valvole termoioniche, si sono realizzati risparmi nel consumo di energia elettrica e quindi maggiori rendimenti e maggior affidabilità generale. A seconda degli scopi per i quali sono stati costruiti, i satelliti artificiali possono essere suddivisi in: - Satelliti meteorologici. Rilevano la posizione delle perturbazioni sul suolo terrestre consentendo di formulare previsioni precise. - Satelliti per la navigazione. In pratica si comportano come dei radiofari che girano intorno alla terra. Poiché l'orbita di un satellite può essere calcolata con precisione pressoché assoluta, una nave o un aereo rilevando i segnali emessi dal satellite, possono determinare esattamente la propria posizione nell'oceano o nel cielo. - Satelliti per la ricognizione. A questa categoria appartengono i famosi satelliti, spia in grado di rilevare oggetti e situazioni a terra anche se particolarmente piccoli; per esempio esistono dei satelliti muniti di telecamere in grado di leggere il numero di targa di un'automobile lontana anche 150 chilometri dalla loro orbita. Le maggiori super-potenze, Stati Uniti ed Unione Sovietica, utilizzano questi sofisticatissimi satelliti per controllare la quantità di armamenti dell'avversario , soprattutto di quelli nucleari. - Satelliti scientifici. Sono usati per compiere osservazioni sugli strati più alti dell'atmosfera, nonché per la rilevazione di raggi cosmici.- Satelliti per le telecomunicazioni. Se un trasmettitore emette onde di una certa lunghezza, potrà essere ricevuto solo da stazioni radio raggiungibili in linea d'aria. Per superare il limite dell'orizzonte è necessario fare ricorso ai satelliti che, essendo molto alti nel cielo, possono essere visti contemporaneamente da due luoghi nascosti dietro la curvatura terrestre. La stazione trasmittente punterà l'antenna verso il satellite, che riceverà il segnale e lo ritrasmetterà a terra verso il destinatario. Grazie ai satelliti per telecomunicazioni possiamo seguire in diretta ciò che avviene in una qualsiasi parte della terra. A seconda del tipo di satellite, la forma e la struttura possono variare. Essenzialmente possiamo dire che un satellite è munito di antenne riceventi (per poter percepire comandi dalla terra e permettere ai tecnici di verificare il funzionamento delle varie parti), di un sistema di piccoli razzi per correggere opportunamente la rotta celeste e di antenne ed apparati trasmittenti per inviare segnali radio, immagini e dati rilevati. Per riuscire a funzionare un satellite ha bisogno di energia; a ciò esso provvede in vari modi: utilizzando l'energia solare, che raccoglie con pannelli fotovoltaici, oppure una batteria atomica. Sistema di telecomunicazione mediante satellite

LE TRAIETTORIE ORBITALI

I satelliti si muovono intorno ai pianeti obbedendo alle leggi che Giovanni Keplero aveva enunciato verso la fine del 1500 e che, insieme alle leggi formulate da Newton sulla gravitazione universale, regolano il movimento di ogni corpo vagante nello spazio: le orbite dei pianeti sono ellissi; di cui il Sole occupa uno dei due fuochi; la retta che congiunge il Sole con un pianeta, chiamata raggio vettore, copre, durante l'orbita, angoli uguali in tempi uguali. Spiegate in questa maniera, queste leggi possono sembrare incomprensibili: in realtà il discorso è molto semplice. La prima legge spiega che un pianeta che orbita intorno al Sole descrive un'ellisse, cioè una figura geometrica particolare: un'ellisse è caratterizzata lungo l'asse maggiore, da due punti chiamati fuochi dell'ellisse e da un insieme di punti (costituenti la circonferenza) la cui somma delle distanze dai due fuochi è costante. Appoggiamo un foglio di carta sopra un piano legno, piantiamo due chiodi ad una certa distanza tra loro e leghiamo loro uno spago senza tenerlo; poi tenendo ben teso lo spago con una matita, tracciamo sul foglio la figura. La curva che ne uscirà sarà un'ellisse; tale curva è caratterizzata da un asse maggiore passante attraverso i due fuochi, cioè i due chiodi, e un asse minore perpendicolare a quello maggiore.La prima legge dunque dice che la Terra orbita intorno al Sole descrivendo un'ellisse e che il Sole occupa appunto il posto di uno dei fuochi. In realtà tutti i corpi celesti orbitanti si comportano obbedendo a questa legge di Keplero; quindi anche la Luna, che ruota intorno alla Terra, descrive un'ellisse, così come ogni altro satellite artificiale o naturale. La seconda legge spiega che il satellite non percorre l'orbita con la stessa velocità, ma che quest'ultima varia in maniera tale che la retta che unisce il corpo orbitante con quello fisso descrive una certa area nell'unità di tempo. Questo significa che quando il satellite è vicino al fuoco dell'ellisse percorre l'orbita con una velocità maggiore di quando si trova più lontano. Tuttavia in alcuni casi, a seconda della velocità del satellite, la forma dell'orbita descritta potrà essere circolare, ellittica, parabolica o iperbolica. Occorre sapere che ogni corpo che viaggia con una velocità superiore ad un certo valore può sfuggire alla forza di gravitazione terrestre: questa velocità è pari a circa 8 chilometri al secondo e un satellite che si muova ad una simile velocità descrive un'orbita circolare. Se poi la velocità cresce fino agli 11.2 chilometri al secondo, la forma dell'orbita diventerà ellittica. Superando quest'altro limite l'orbita assumerà una forma parabolica e poi iperbolica; in questi due casi il satellite, dopo essersi avvicinato moltissimo ad uno dei fuochi, riceverà una spinta tanto forte da causare l'allontanamento e la dispersione definitiva nello spazio. L'orbita dei satelliti artificiali viene impartita dai razzi vettori che, dopo averli portati nello spazio, imprimono loro la velocità necessaria per descrivere il percorso più appropriato al compito che dovranno svolgere; un satellite di ricognizione, che dovrà rilevare con precisione cosa succede sulla Terra, percorrerà un'orbita che lo manterrà il più vicino possibile al suolo, ovvero un'orbita circolare. I satelliti di ricerca, che devono compiere determinate rilevazioni ad una certa quota, avranno orbite tali da permettere al corpo ruotante di sostare a quelle altitudini il maggior tempo possibile (orbite ellittiche). Le orbite iperboliche e paraboliche si riservano a quei satelliti d'esplorazione interplanetaria che nella loro fuga sfiorano quei corpi celesti che si vogliono studiare. Giovanni Keplero (1571-1630)

DURATA DELL'ORBITA

Ogni corpo al quale sia stata impressa una spinta, acquista velocità e tende a mantenerla fino a che non interviene qualche fattore esterno. Un satellite in teoria viaggia nel vuoto spaziale per cui niente dovrebbe modificare la sua velocità. In realtà, percorrendo la sua orbita ellittica sfiora gli strati alti dell'atmosfera e viene frenato dalla resistenza che offre l'aria, per quanto essa sia rarefatta. Quando la velocità del satellite è ridotta a meno di 8 chilometri al secondo. inizia l'inesorabile caduta verso il suolo terrestre (detta decadimento dell'orbita). Il tempo di permanenza in orbita di un satellite può essere calcolato con una certa precisione. Tuttavia si sono verificati inquietanti casi di caduta non prevista: inoltre alcuni dei satelliti precipitati erano provvisti di batterie atomiche per l'alimentazione delle apparecchiature di rilevamento e di trasmissione a terra dei dati. Benché la quantità di materiale radioattivo all'interno dei reattori orbitanti non sia sufficiente a scatenare un'esplosione atomica, la notizia di un simile avvenimento ha sempre grande eco nell'opinione pubblica che, giustamente, si preoccupa dell'eccessivo proliferare di questi corpi celesti, molti dei quali messi in orbita con intenti tutt'altro che pacifici.