N a v i g a z i o n e s p a z i a l e ( * ) P . P E R N A Z Z A Ricevuto il 19 F e b b r a i o 1903 R I A S S U N T O . Vengono b r e v e m e n t e discussi i principali a s p e t t i della navigazione spaziale, la q u a l e p u ò essere divisa in t r e f a s i : c i r c u m n a v i g a z i o n e della t e r r a (sosta in o r b i t a o p a r t e n z a ; n a v i g a z i o n e m e d i a o i n t e r p l a n e t a r i a ; a v v i c i n a m e n t o e a p p r o d o sul p i a n e t a . L ' a s s i s t e n z a r a d i o dalla t e r r a , p u ò giocare il ruolo p r i n c i p a l e per la prima delle d u e fasi, m e n t r e p e r l ' u l t i m a gli a s t r o n a u t i d e b b o n o f a r e affida- m e n t o sulla n a v i g a z i o n e a u t o - f r e n a t a , sugli s t r u m e n t i e l e t t r o n i c i e l'osser- vazione d i r e t t a . L a riserva di energia riduce le generali necessità della navigazione spaziale. S U M M A R Y . - Lì rie fi y are discussed t h e priucipal a s p e c t s of " space n a v i g a t i o n " . w h i c h c a n b e d i v i d e d in t h r e e p h a s e s : c i r c u i n n a v i g a t i o n of t h e E a r t h ( p a r k i n g o r b i t or d e p a r t u r e ) ; m i d d l e or i n t e r p l a n a t e r y n a v i g a t i o n ; a p p r o a c h a n d l a n d i n g 011 t h e pia net. T h e r a d i o - a s s i s t e n c e f r o m t h e E a r t h , w i t h t r a n s p o n d e r , m a y play t h e principal iole for t h e first t w o phases, while f o r t h e l a s t p h a s e , t h e a s t r o n a u t a m u s t rely 011 t h e s e l f - c o n t a i n e d n a v i g a t i o n : electronics a n d o b s e r v a t i o n . T h e energy reserve reduce» t h e general needs of space n a v i g a t i o n . 1. L a N a v i g a z i o n e s p a z i a l e u m a n a p u ò r i g u a r d a r s i c o m e n a t u r a l e e s t e n s i o n e d e l l a n a v i g a z i o n e a e r e a n o t t u r n a a d a l t i s s i m e q u o t e . T u t t a v i a , l ' a m b i e n t e fisico e o p e r a t i v o n e l l o s p a z i o v u o t o p r e s e n t a a s p e t t i n o t e v o l m e n t e d i v e r s i : — v o l t a c e l e s t e p e r m a n e n t e m e n t e o s c u r a , e q u i n d i gli a s t r i s e m p r e v i s i b i l i ; (*) N o t a p r e s e n t a t a al 2° Congresso I n t e r n a z i o n a l e Tecnico Scientifico dello Spazio. R o m a , 19-23 Giugno 1962. 4 4 8 P . P E R N A Z Z A —• sensazione (l'immobilità e d'isolamento; — imponderabilità; — alti valori delle accelerazioni sia alla partenza che al rientro; — radiazioni cosmiche; — calore solare; — imperiose esigenze di condizionamento dell'astronave; ecc. 2. Circa gli effetti della « imponderabilità » sull'organismo umano, i pareri dei p r i m i astronauti sembrano discordi. I fisiologi ritengono, t u t t a v i a , che la imponderabilità, prolungata nel tempo, possa determinare i seguenti effetti dannosi: —• perdita di orientamento e di equilibrio, fino a possibile collasso psico-fisiologico dell'individuo; — atrofizzazione del sistema muscolare. A tali inconvenienti si potrà, probabilmente, rimediare creando a bordo una accelerazione artificiale (meglio se propulsiva), e con il lavoro fisico degli astronauti. 3. Per la condotta della navigazione, occorrerà assicurare: 1) un sistema di riferimento spaziale; 2) riferimenti per il controllo di assetto e di direzione del veicolo; 3) comandi a reazione (o balistici), con relativa riserva di energia (gas compresso e/o ruote giroscopiche); 4) riserva di energia propulsiva per le manovre e per le correzioni di r o t t a ; 5) più sistemi di navigazione. 4. Nella Navigazione orbitale circumterrestre, la traiettoria percorsa dal « p u n t o sub-satellite» può riguardarsi come una circonferenza mas- sima della Terra. L a navigazione del veicolo sarà ancora riferita alla Terra (coordinate geografiche e altitudine); e l'orizzonte fisico terrestre rappresenterà il piano istantaneo di navigazione. L'assenza di peso non p e r m e t t e r à , t u t t a v i a , di poter utilizzare il pendolo e l'usuale orizzonte artificiale giroscopico per la indicazione della verticale locale (o dell'orizzonte). P e r il controllo di assetto e di direzione del veicolo, l ' a s t r o n a u t a dovrà f a r riferimento: o alla visione d i r e t t a dell'orizzonte locale e degli astri; N A V I G A Z I O N E S P A Z I A L E 4 4 9 —• o agli s t r u m e n t i : Orizzonte artificiale a raggi infrarossi (R.I.), Indicatore di virata, Girodirezionale. Dei q u a t t r o sistemi classici di navigazione (osservata, stimata, radio e astronomica), la radioassistenza da t e r r a può giocare il ruolo principale. La distanza dalla Terra, o da un pianeta, p o t r à anche determinarsi, con la necessaria precisione, misurandone l'angolo di parallasse sotteso dal suo diametro, a mezzo di sestante telescopico. 5. Nella Navigazione interplanetaria, il piano dell'orbita percorsa dal veicolo (e definito d a : Terra-Sole-Pianeta di destinazione) rappresenterà il piano di navigazione, il piano per i riferimenti di assetto del veicolo, e per l'orientamento degli astronauti. Poiché quasi t u t t i i pianeti (esclusi soltanto Plutone e Mercurio), giacciono nel piano della nostra Eclittica, quest'ultima può assumersi come piano ideale di riferimento. La direzione del Polo Nord della Eclit- tica rappresenterà, allora, la direzione della verticale fittizia; m e n t r e la congiungente veicolo-centro del disco solare rappresenterà la verticale vera (tuttavia non utilizzabile a bordo a mezzo del pendolo, per assenza di peso). Nel campo interplanetario, per le grandi distanze dalla Terra, la radio-assistenza non p o t r à , forse, soddisfare t u t t e le esigenze della navi- gazione. Bisognerà, quindi, f a r ricorso agli astri e, in particolare, al rile- v a m e n t o dei pianeti. Rispetto ad essi, infatti, sono compatibili la velocità e lo spostamento dell'astronave nello spazio. Il metodo astronomico per la determinazione della posizione, appare semplice sia nel principio che nella pratica realizzazione. I n f a t t i , una p i a t t a f o r m a inerziale può materializzare, a bordo, il piano della Eclittica. La p i a t t a f o r m a sarà orientata e stabilizzata, a lungo termine, a mezzo di giroscopi i quali saranno a loro volta controllati, a breve ter- mine, con il p u n t a m e n t o di telescopi sul Sole, su pianeti e/o su stelle opportune. Sarà ancora necessario stabilire u n a direzione fondamentale di riferimento (direzione di un Nord fittizio) sul piano della Eclittica, o prossima a detto piano. A tale scopo, la direzione Sole-Punto gamma sembrerebbe la soluzione ideale, per quanto la direzione Sole-stella (ad esempio Sole-Regolo) possa risultare una soluzione pratica più conveniente. Rispetto a tale direzione, permanentemente fissa nello spazio inter- planetario, verranno effettuate, a mezzo di sestanti telescopici di a l t a 4 5 0 P . P E R N A Z Z A precisione e a p u n t a m e n t o automatico, le misure angolari di P i a n e t i situati in posizione relativa opportuna. D u e o più rilevamenti angolari di pianeti (reiterabili a volontà), sia nel piano dell'orbita che nel piano zenitale, ad essa relativo, saranno suffi- cienti per poter determinare la posizione spaziale del veicolo rispetto al sistema di riferimento prestabilito. Determinata la posizione e v a l u t a t i gli eventuali scarti, sarà oppor- tuno, ai fini del risparmio di energia propulsiva, effettuare p r o n t a m e n t e le necessarie correzioni di r o t t a . 6. Avvicinamento e Approdo. L'avvicinamento al Pianeta-obiettivo può suddividersi in due fasi: —• avvicinamento iniziale — dal limite della « gravisfera » del pianeta all'istante del passaggio al « traverso »; — avvicinamento f inale —• dal « traverso » all'approdo sul pianeta. I n ogni caso, il p u n t o cruciale del problema, se non si dispone di energia propulsiva sovrabbondante, sta nel raggiungere il « traverso » alla distanza giusta e alla velocità prestabilita. Gli impulsi di f r e n a m e n t o disponibili e il sistema di navigazione dovranno p e r m e t t e r e di raggiungere le suddette condizioni: — sia che s'intenda approdare, attraverso eventuale corridoio atmosferico di penetrazione; —• sia che s'intenda orbitare intorno al pianeta ad u n a determi- n a t a distanza; •—• sia, infine, che si voglia semplicemente circumnavigare il pia- neta, per f a r subito ritorno verso la Terra. 7. Il sistema di navigazione per Vavvicinamento v a riferito, ovvia- mente, al pianeta di destinazione perché è rispetto ad esso che vanno, ora, considerate posizione, direzione e velocità relativa dell'astronave. La velocità di arrivo sul pianeta, senza impulsi di f r e n a m e n t o , sarebbe, infatti, iperbolica: uguale, cioè, alla velocità di fuga dal pianeta + velocità relativa residua, posseduta dal veicolo al limite della « gravi- sfera » del pianeta stesso. La strumentazione nautica, idonea a soddisfare le esigenze dell'av- vicinamento, può così configurarsi: —• sestante telescopico, per la misura della distanza e per il m a n t e - nimento della linea di m i r a ; N A V I G A Z I O N E S P A Z I A L E 4 5 1 —- radar-doppler, per la misura della distanza e della velocità relativa; — radio-altimetro; — orizzonte artificiale a R.I.; — indicatore di virata, e girodirezionale, per il m a n t e n i m e n t o del piano orbitale e per la misura della velocità angolare del veicolo rispetto al pianeta. L a suddetta strumentazione va considerata, n a t u r a l m e n t e , integrata al sistema generale di navigazione, le cui p a r t i essenziali saranno costi- tuite dalla piattaforma inerziale e dal relativo commutatore automatico, munito di « memoria » e di predispositore di « programma ».