Double Gravity-Assist Rendezvous Trajectory to Halley's Comet Using Deep-Space Low Thrust

Le comete sono antiche viaggiatrici ghiacciate che custodiscono i segreti della nascita del nostro sistema solare. Sono composte dalla stessa polvere e gas congelati che si sono coalescenti per formare i pianeti, e studiarle aiuta gli scienziati a capire come l'acqua e la vita possano essere arrivate sulla Terra. Tra tutti questi visitatori, uno si distingue per dimensioni, luminosità e storia culturale: la Cometa di Halley. È l'unica cometa a breve periodo che può essere vista a occhio nudo ed è destinata a tornare nella parte interna del sistema solare circa ogni settantasei anni. La sua ultima visita è stata nel 1986, quando una flotta di veicoli spaziali è passata accanto ad essa a velocità incredibili. Poiché si muovevano molto velocemente rispetto alla cometa, le navi hanno potuto solo osservarla fugacemente per poche ore, catturando un'immagine sfocata e incompleta della sua superficie e fallendo nel misurare la sua rotazione. Gli scienziati desiderano da tempo fare meglio. Sognano una missione che possa rallentare abbastanza da eguagliare il suo passo, permettendo un'osservazione lunga e dettagliata prima che la cometa si avvicini troppo al Sole e inizi a eruttare gas e polvere.

Il problema è che dare un passaggio a Halley è incredibilmente difficile. La cometa viaggia su un percorso strano e inclinato che va in direzione opposta rispetto ai pianeti, e si muove a una velocità molto diversa. Per fermarsi e eguagliare il suo moto, una sonda dovrebbe normalmente bruciare una quantità enorme di carburante per invertire la propria direzione e rallentare, molto più di quanto qualsiasi razzo attuale potrebbe trasportare. Per decenni, gli esperti hanno pensato che questo fosse impossibile senza utilizzare motori nucleari futuristici e non ancora testati. Tuttavia, un nuovo studio condotto da ricercatori di università degli Emirati Arabi Uniti e dell'Italia suggerisce che una missione è in realtà possibile utilizzando tecnologie che già possediamo. Hanno progettato un percorso che utilizza la gravità di due pianeti giganti, Giove e Saturno, per svolgere il lavoro pesante, combinata con un motore elettrico molto efficiente alimentato da batterie nucleari.

I ricercatori si sono posti l'obiettivo di dimostrare che una sonda potrebbe lasciare la Terra, passare vicino a Giove e Saturno e arrivare alla Cometa di Halley in tempo per il suo prossimo ritorno nel 2061. Non hanno cercato il singolo percorso perfetto, quanto piuttosto uno realistico che funzioni con l'hardware attuale. Il loro piano prevede una sonda con un peso compreso tra 1.500 e 2.000 chilogrammi, alimentata da un propulsore a effetto Hall — un tipo di motore elettrico che utilizza una piccola quantità di carburante per produrre una spinta costante e delicata per anni. Questo motore è alimentato da generatori termoelettrici a radioisotopi, che sono batterie nucleari standard utilizzate nelle missioni nello spazio profondo. Il viaggio inizia con un lancio dalla Terra che conferisce alla nave velocità sufficiente per raggiungere Giove. Invece di procedere per inerzia, la sonda aziona il suo motore elettrico continuamente mentre viaggia verso Giove, il che l'aiuta a guadagnare energia e riduce la quantità di carburante necessaria per il lancio iniziale.

Una volta raggiunta Giove, la sonda esegue un'assistenza gravitazionale. Questo è un manovra in cui la nave vola vicino al pianeta e usa la sua massiccia gravità per proiettarsi in avanti, guadagnando velocità senza usare alcun carburante. I ricercatori hanno calcolato che questo primo sorvolo la spingerebbe su un percorso ad alta velocità verso Saturno. Il viaggio tra Giove e Saturno è la parte più critica del tragitto. Il team ha scoperto che per la maggior parte delle date di lancio tra il 2030 e il 2040, la posizione dei pianeti richiederebbe troppo carburante per colmare il divario. Tuttavia, hanno scoperto due finestre specifiche, nel 2036 e nel 2037, in cui i pianeti si allineano perfettamente. In questi anni, il viaggio da Giove a Saturno richiede quasi nullo carburante, agendo essenzialmente come un viaggio gratuito.

La seconda assistenza gravitazionale avviene a Saturno. Questa è la chiave per risolvere la parte più difficile del puzzle: cambiare l'inclinazione della sonda. La Cometa di Halley orbita su un angolo ripido che è quasi perpendicolare al percorso dei pianeti. Per incontrarla, la sonda deve invertire il proprio intero percorso di volo. I ricercatori hanno dimostrato che, volando vicino a Saturno, la gravità del pianeta può deviare la traiettoria della sonda, ponendola su un'orbita che si muove all'indietro e che corrisponde all'inclinazione della cometa. Dopo aver lasciato Saturno, la sonda trascorre i successivi vent'anni regolando lentamente il proprio percorso con il motore elettrico, arrivando infine alla cometa prima che questa attraversi l'orbita di Marte. Questa tempistica è cruciale perché permette agli scienziati di studiare la cometa mentre è ancora relativamente calma, prima che l'intensa attività del suo avvicinamento più prossimo al Sole oscuri la visuale.

Lo studio presenta due scenari dettagliati per questa missione. Il primo prevede un lancio nell'agosto 2036. La sonda passerebbe vicino a Giove all'inizio del 2038 e a Saturno alla fine del 2039, incontrando finalmente la cometa nell'agosto 2060. La seconda opzione, un piano di riserva, prevede un lancio nel settembre 2037, con sorvoli nel 2039 e nel 2040, arrivando nel settembre 2060. In entrambi i casi, la sonda arriverebbe con una massa secca di oltre 800 chilogrammi, il che è sufficiente per trasportare un carico scientifico significativo. I ricercatori hanno calcolato che l'energia necessaria per lasciare la Terra è elevata, ma non impossibile; è paragonabile all'energia utilizzata dalla missione New Horizons verso Plutone. Il risultato più sorprendente è che il motore elettrico, nonostante la sua spinta delicata, è abbastanza potente da completare la missione nell'arco della lunga durata del viaggio. Le simulazioni mostrano che la sonda arriva con un carico scientifico sostanziale, dimostrando che la missione non è solo una possibilità teorica, ma una realtà ingegneristica pratica.

Questo lavoro rappresenta un cambiamento significativo nel modo in cui pensiamo all'esplorazione dello spazio profondo. Combinando due assistenze gravitazionali con un sistema di propulsione elettrica a lunga durata, il team ha eliminato la necessità di motori nucleari esotici e non ancora testati. Hanno dimostrato che, con una pianificazione attenta e l'uso di razzi a forte capacità di carico già esistenti, l'umanità può tornare alla Cometa di Halley per un incontro ravvicinato. Lo studio non garantisce che la missione avverrà, poiché si basa su simulazioni e modelli matematici, ma rimuove le principali barriere tecniche che hanno bloccato una simile missione per decenni. Offre una tabella di marcia chiara per un futuro in cui possiamo finalmente rallentare, orbitare e comprendere davvero uno degli oggetti più famosi del nostro cielo. Il percorso è aperto, la tecnologia è pronta e il prossimo ritorno della Cometa di Halley nel 2061 potrebbe essere il momento in cui otterremo finalmente quell'osservazione ravvicinata che stiamo aspettando.