I lanciatori e i razzi funzionano grazie al terzo principio della dinamica e, nel caso di un lanciatore, questo è trattenuto a terra dalla sua massa e spinto verso l'alto dai gas espulsi dai motori a getto.
I lanciatori e i razzi funzionano grazie al terzo principio della dinamica, la terza legge di Newton. Questa legge fisica è detta principio di azione e reazione: ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Nel caso di un lanciatore, la spinta generata dai motori è contrastata dal peso del razzo stesso. La spinta di un razzo è generata tramite l’espulsione di massa (gas combusti) da un ugello: tecnicamente, si chiama propulsione a getto
Il motore di un razzo è alimentato da due serbatoi, uno che contiene il carburante (nei motori a combustibile liquido si usa idrogeno liquido; alcuni enti spaziali stanno sperimentando il metano) e l’altro che contiene ossigeno liquido. Per i razzi di spinta, che vengono utilizzati nelle primissime fasi del lancio, viene usato propellente solido. L’innesco di tali razzi viene effettuato tramite cariche pirotecniche e la loro accensione non può essere disattivata perché il loro scopo è fornire la spinta necessaria a superare l’attrazione gravitazionale terrestre.
Il lancio avviene da basi collocate il più possibile vicino all’Equatore e nella stessa direzione della rotazione terrestre, cioè verso Est, perché in questo modo il lanciatore può “capitalizzare” la velocità fino a 1670 km/h. Si tenga conto che sulla superficie della Terra la velocità di fuga è pari a 11,2 km/s circa, ovvero poco più di 40000 km/h.
Cosa implica un lancio? Mettiamo Sir Isaac Newton ai comandi (citazione da “Apollo 13” e profondissima verità). Più esattamente portiamo il grande scienziato su una montagna sulla cui vetta è stato collocato un cannone nel quale si mette polvere da sparo e una palla metallica (per la cronaca, un disegno del genere si trova su Philosophiae naturalis principia mathematica, il suo grande testo e uno dei più importanti libri della storia.
Al primo tentativo di Sir Isaac Newton la palla percorre una classica traiettoria balistica e la palla cade nelle vicinanze della montagna. Con ulteriori tentativi, fatti aggiungendo sempre polvere da sparo, la palla percorre sì una traiettoria balistica, ma cade sempre più lontano dalla montagna. Si può così arrivare a caricare il cannone con una quantità di polvere da sparo sufficiente a garantire che la palla da cannone non cada più e cioè continui, per lungo tempo, a girare intorno alla terra.
Un satellite artificiale, lanciato con le attuali tecnologie, raggiunge l’orbita prevista ed è dotato di un sistema di manovra che gli consente di mantenere l’orbita, caratterizzata da un punto di apogeo (la massima distanza dalla Terra) e di perigeo (la minima distanza dalla Terra). L’apogeo è un punto della massima importanza perché in taluni casi i satelliti sono dotati di motori di apogeo, che vengono attivati per spostarli dall’orbita in cui il lanciatore li ha collocati per far sì che raggiungano, tipicamente, l’orbita geostazionaria che, lo anticipiamo, ha una distanza fissa dalla superficie terrestre.
La tipica orbita è ellittica (come mostrato dall’immagine tratta da Wikipedia
Una eventuale orbita circolare è un caso particolare di orbita ellittica. Si distingue tra orbita terrestre bassa, in cui si trova ad esempio la Stazione Spaziale Internazionale, a 390 km di altezza; orbita terrestre media, in cui si trovano i satelliti dei sistemi di navigazione (GLONASS, Galileo e GPS), collocati a una distanza tra 2.000 e 35.786 km e Orbita geostazionaria: a una quota di 35 790 km sul livello del mare in un'orbita inclinata a 0 gradi rispetto all'equatore terrestre, i satelliti appaiono fermi rispetto alla superficie terrestre.