Il Flyby di BepiColombo

Venerdì 10 aprile, ore 6:25: BepiColombo effettuerà un flyby del nostro pianeta. L’operazione lo indirizzerà verso il Sistema Solare più interno, verso il più piccolo dei pianeti: Mercurio.

BepiColombo è nello spazio da ormai un anno e mezzo. Nel 2025 arriverà in orbita attorno al pianeta Mercurio e lo studierà da vicino con i suoi due moduli: il Mercury Planetary Orbiter (MPO) che tramite la sua strumentazione studierà le proprietà superficiali e interne del pianeta come la composizione della crosta e la struttura geologica, e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) che ne studierà invece il campo magnetico, la magnetosfera e la sua interazione con il Sole.

Percorrere la distanza che separa la Terra da Mercurio — 0,620 unità astronomiche in media — non è affatto semplice, paradossalmente, muoversi verso il sistema solare interno presenta diverse difficoltà rispetto a muoversi verso il sistema solare esterno.

1. La distanza cambia costantemente a causa dei moti orbitali dei pianeti intorno al Sole, che hanno periodi orbitali più corti dell’anno terrestre. Inoltre quando un satellite si porta da una distanza dal Sole più elevata ad una più bassa lo fa diminuendo la sua velocità istantanea (ad esempio accendendo i propulsori), e portandosi più vicino al corpo intorno cui ruota, la sua velocità aumenta. Mercurio, trovandosi ad una distanza minore dal Sole rispetto la Terra, ruota più velocemente. Mentre la Terra vive una velocità istantanea media di 29 km/s (fra un massimo di 30 ed un minimo di 28), Mercurio ne vive una di 47,36 km/s (fra un massimo di 59 ed un minimo di 39) . Per colmare questo divario di distanze e velocità con costi ragionevoli, vengono in aiuto di BepiColombo i cosiddetti “voli ravvicinati”, od in inglese “flyby”.
   
2. In secondo luogo, ma non meno importante, trovandosi più vicino al Sole la sonda è soggetta ad un maggior irraggiamento solare che tenderà a riscaldarla,10 volte più intenso di quello che percepiamo alla distanza della Terra. Ciò influenza anche le dimensioni dei pannelli fotovoltaici che non potendo essere perpendicolari ai raggi solari, dovranno essere inclinati e dunque posti in una posizione che li rende meno efficienti di quanto si possa pensare.
   
3. Sarà soggetta ad una pressione di radiazione molto più intensa rispetto alla quota della Terra, che influenzerà maggiormente la sua traiettoria.

Come può un volo ravvicinato con un pianeta farci accelerare o decelerare?

Si sfrutta “l’effetto fionda gravitazionale“. Quando un satellite in orbita intorno al Sole passa vicino un altro pianeta ed entra nella sua sfera di influenza gravitazionale ne riceve una spinta, tanto maggiore quanto più il pericentro della sua orbita passa vicino al pianeta, ma la gravità fa solo da “tramite“, perché l’energia scambiata è l’energia cinetica del moto orbitale. Infatti il “guadagno” di velocità per il satellite proviene dall’energia cinetica del moto orbitale del pianeta. Sonde come le Voyager non sarebbero mai potute trovarsi in una traiettoria di fuga dal Sole se non avessero ricevuto delle spinte con questo sistema.

Se volessimo fare un’analogia usando un esempio con forze di contatto, si potrebbe considerare il caso di una pallina da tennis che viene intercettata da una racchetta che si muove con velocità costante. Dopo l’impatto, che approssimeremo in questo caso come completamente elastico, la velocità finale della pallina è la sua velocità iniziale più parte di quella della racchetta.

Ciò permette notevoli risparmi di propellente a scapito di un viaggio molto più lungo, soprattutto quando ne sono previsti numerosi e la maggior parte della massa della navicella sono strumenti scientifici.
Questo sarà il primo passando a soli 12700 km dalla Terra da cui riceverà una prima spinta che frenerà la sua velocità orbitale, portando il perielio più vicino al Sole di quanto lo sia adesso. Serviranno un totale di 9 flyby, di cui 2 saranno con Venere e 6 con Mercurio per portarsi ad una velocità relativa con Mercurio abbastanza bassa da permettere a BepiColombo di poter frenare con i propri propulsori per porsi in un’orbita stabile intorno al pianeta.

In questa animazione potete osservare la traiettoria di BepiColombo dal lancio al primo flyby.

+++ 8 days to earth fly-by +++#whereisbepinow?
A service to let you know the position of @ESA_Bepi spacecraft in its trip to #Mercury.
#Bepicolombo #bepit pic.twitter.com/r0VBfAKFbK

— Bep-it! (@bepit_outreach) April 1, 2020

La missione si propone i seguenti obiettivi scientifici principali:

• studiare da vicino il moto di un pianeta così vicino alla sua stella, anche in virtù delle sue influenze relativistiche;
• studiare l’origine e l’evoluzione, la forma la struttura superficiale ed interna di Mercurio;
• analizzare le interazioni tra Mercurio e il suo ambiente spaziale;
• studiare la magnetosfera di Mercurio;

In Copertina: Rendering Artistico del flyby di BepiColombo con la Terra. ESA