 [Missione terminata] Il risveglio di Rosetta | Non sei l'unico ad avere avuto questa curiosità...cercando sul web per "preparare" questa risposta (non essendo uno scienziato) non sai la roba che ho trovato!
Per esempio qua c'è la dimostrazione che la NASA ha mantenuto in volo (in un hangar al chiuso) un aereo radiocomandato "illuminandolo" con un laser agli infrarossi.
(pdf) |  [Missione terminata] Il risveglio di Rosetta |
...A che distanza si trova dalla terra?...
La distanza di Rosetta (quindi di Philae) dalla Terra ad oggi è poco più di 267 milioni di km (metro più, metro meno).
http://sci.esa.int/where_is_rosetta/
...Abbiamo la tecnologia adatta? Fino ad ora avevo visto solo laser di comunicazione...
Alimentare i pannelli solari del lander con la tecnologia laser attuale è impossibile. I raggi laser soffrono di dispersione sulle lunghe distanze. Sull'
enorme distanza Terra<->Philae il raggio si disperderebbe fino a diventare irrilevante.
I laser attuali hanno problemi già su distanze molto più modeste, come quella tra Terra e Luna.
Per esempio, l'esperimento
Lunar Laser Ranging misura la distanza Terra<->Luna calcolando il tempo di risposta di un laser sparato da terra su speciali riflettori lasciati sulla Luna dalle passate missioni.
Da Wikipedia:
Il raggio laser emesso dalla terra giunge sulla superficie della Luna con un diametro di circa 6,5 chilometri. I fotoni ricevuti possono essere identificati perché il laser emette una luce altamente monocromatica. La luce riflessa è troppo debole per essere vista ad occhio nudo, dato che, anche nelle condizioni migliori, ogni 1017 fotoni emessi solo uno viene ricevuto sulla Terra.
Sono poco avvezzo al linguaggio matematico: 10
17 significa 10 seguito da 17 zeri (oppure 1 seguito da 18 zeri), quindi, tanto per visualizzarlo, un numero così: 1.000.000.000.000.0
00.000
...Decisamente una media bassa!
In inglese:
Lunar Laser Ranging.
I laser di comunicazione che solitamente vengono impiegati in missioni spaziali agiscono su distanze molto minori, come quello di cui ho scritto nel
thread sul LADEE:
...La stazione ha "sparato" un laser indirizzandolo verso il LADEE, in orbita lunare, ed il mezzo spaziale ha catturato il segnale rispondendo a sua volta con l'emissione del suo raggio di luce da 0,5 watt, captato da un telescopio nel deserto del New Mexico.
Sulla distanza Luna-Terra il fascio di luce, che all'origine ha un diametro di poco più di 10 cm, quando arriva a terra si disperde su un'area di più di 5 km2...
...E' in grado un laser di alimentare un pannello fotovoltaico?
A livello basico, un pannello fotovoltaico converte fotoni in energia elettrica.
I raggi laser non sono altro che un'intensa sorgente di fotoni di un solo specifico colore, quindi in linea di principio questi fotoni possono essere convertiti in energia elettrica.
Ad ogni modo, l'energia dei fotoni dovrà essere superiore ad una certa soglia, che dipende dal materiale di cui è fatto il pannello; questo perchè quasi tutti i pannelli solari sono costruiti in materiale semiconduttivo che assorbe luce solo a partire da un certo livello.
Quindi spara un laser che abbia un'energia uguale o superiore a questo livello di soglia su un pannello solare e dovresti ottenere energia.
Ricorda però che per generare fotoni anche il laser ha bisogno di energia, quindi questo schema di conversione di energia non è molto pratico nè conveniente. Usare una sorgente alimentata di suo per creare corrente in un pannello solare è un po' un controsenso. Di sicuro funziona, ma mentre generi elettricità da una parte, ne consumi dall'altra.
È un po' come consumare benzina per accelerare una macchina su cui sia stato montato un mulino a vento per produrre energia eolica...
Questo link a Wikipedia italiana, che parla della potenza disponibile su Philae, è stranamente (e direi anche finalmente) più dettagliato della sua
controparte inglese.
...E allora perchè non è stata usata un'altra fonte di energia?
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaCi si potrebbe chiedere perchè è stata scelta questa tipologia di alimentazione per la missione Rosetta: esiste la tecnologia RTG (
Generatore termoelettrico a radioisotopi), molto più "potente" e affidabile dei pannelli solari, che funziona convertendo in energia il calore generato dal decadimento dell'isotopo radioattivo del plutonio 238.
La NASA in passato ha mandato nello spazio un sacco di RTG (Apollo, Cassini, Galileo, New Horizons, Viking 1 e 2, ecc..), ma la missione Rosetta è una
missione ESA, l'Agenzia Spaziale Europea, che, in quanto tale, non ha accesso alla tecnologia RTG.
Solo USA e Russia la adottano, affrontando scarsa disponibilità di materia prima ed enormi costi di produzione.
Gli Stati Uniti hanno
ricominciato da un paio d'anni a produrre plutonio 238.
Altri fattori politici/ambientalistici sono il
rischio percepito derivante dal mettere materiale radioattivo in cima a quello che alla fine è una gigantesca bomba, ma ancora prima i trattati europei che governano il nucleare in maniera molto restrittiva.
Ammesso che la ESA avesse potuto optare per una soluzione RTG, avrebbe dovuto rivedere tutto il progetto, in quanto questi sistemi di alimentazione sono grossi e pesanti, devono poter radiare all'esterno per dissipare meglio il calore in eccesso, l'energia erogata non è regolabile...insomm
a presentano la loro bella serie di problemi progettuali da risolvere. Non scordiamoci che più peso da portare in orbita significa molto più peso al momento del lancio.
Inoltre, sempre seguendo la stessa ipotesi, la lunga rotta seguita da Rosetta ha visto, tra gli altri, 3
fly-by della Terra. Anche se gli RTG sono generalmente ben protetti, nessuno ha voglia di testare l'affidabilità di quei sistemi di protezione in situazioni simili.
Al
minuto 50:09 di questo video viene proprio chiesto a Stefan Ulamec, il manager di Philae per il DLR, perchè non sia stato usato un RTG.
Questo invece è un vecchio "Curiosity Building Report", in cui Ashwin Vasavada ci spiega perchè per quella missione è stato scelto il sistema RTG:
Pagina NASA sugli RTG
Per chiudere con una risata, sulla questione "potenza del laser"
ci viene in aiuto il simpatico sito XKCD, che poi esaspera il concetto oltre il limite dell'umano.
Un utente ha domandato:
Se tutte le persone sulla Terra puntassero contemporaneamente un laser sulla Luna, questa cambierebbe colore?
La spiritosa - e documentata - risposta del sito è stata la seguente:
No, se usiamo normali puntatori laser.
La prima cosa da considerare è che non tutti riescono contemporaneamente a vedere la Luna. Dovremmo prima riunire tutti gli abitanti della Terra in un unico punto, ma questo ha delle gravi e catastrofiche implicazioni (per chi fosse interessato a cosa succede in questo caso,
questo è il link dove si discutono queste implicazioni - N.d.T.). Scegliamo invece un'ora in cui la Luna sia visibile a quante più persone possibile. Dato che il 75% della popolazione mondiale vive tra 0°E e 120°E, dovremmo fare questo esperimento quando la Luna si trova da qualche parte sul Mare Arabico.
Possiamo provare ad illuminare sia una Luna piena, che una nuova. La Luna nuova è più scura, e questo rende più visibili i nostri laser, ma è anche un target più subdolo, perchè è principalmente visibile di giorno, e questo vanificherebbe lo sforzo.
Luminosità a parte, un momento ideale sarebbe alle 14:00 EST del 27 dicembre 2012, quando c'è una Luna piena alta nel cielo tra Mumbai ed Islamabad. In quel momento la Luna sarebbe visibile a circa 5 miliardi di persone, principalmente in Asia, Europa ed Africa - in pratica il massimo che potrebbero mai vedere la Luna nello stesso momento.
Ma scegliamo invece un quarto di Luna, così potremo vedere l'effetto sulla metà in ombra. Eviteremo il quarto di Luna del 21 dicembre per non incoraggiare il nonsenso sulle profezie Maya, e prenderemo quella del 4 gennaio 2013, mezz'ora dopo mezzanotte GMT. Sarà giorno in Asia orientale ma notte in Africa ed Europa.
Ecco il nostro target:
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaIl tipico puntatore laser rosso ha circa 5 milliwatt di potenza, ed un buon modello ha un raggio così stretto da colpire effettivamente la Luna, anche se quando arriverà sulla sua superficie questo sarà disperso su una vasta area.
L'atmosfera distorcerebbe ed assorbirebbe un po' il raggio, ma la maggior parte della sua luce dovrebbe arrivare a destinazione.
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaSupponiamo che tutti abbiano una mira così precisa da colpire la Luna, e che la luce sia uniformemente diffusa sulla superficie.
Mezz'ora dopo la mezzanotte (GMT), tutti puntano il loro laser e spingono il bottone.
Ecco cosa succede:
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaBella delusione!!
Però ha senso. La luce solare investe la Luna con poco più di un kilowatt di energia per metro
2. Dato che l'area del disco della Luna è circa 10
13 metri quadrati, viene raggiunta da circa 10
16 watt di luce solare - 10 petawatt, o 2 megawatt per persona — una misura che supera enormemente i loro puntatori laser da 5 milliwatt.
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta5 milliwatt è una robetta. Possiamo fare di più.
Un laser da 1 watt è una cosa estremamente pericolosa. Non è ancora così potente da accecare una persona, ma può bruciare la pelle ed incendiare oggetti. Ovviamente è illegale comprarli.
Scherzo! Puoi comprarli
qua per circa 300$.
Quindi, supponiamo di spendere 2 bilioni (2.000 miliardi) di dollari per comprare un laser verde da 1 watt a tutti. Oltre ad essere più potenti, la luce laser verde è più vicina al centro dello spettro visibile, quindi l'occhio è più sensibile ad essa, e sembra più luminosa.
Ecco l'effetto:
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaCavolo!
I puntatori laser che stiamo usando producono circa 150 lumen (più di qualsiasi torcia) in un raggio di 5 minuti d'arco. Quindi illuminiamo la superficie lunare con circa mezzo lux - il Sole ne genera 130.000.
Per paragone, la luce della Luna piena illumina la Terra con circa 1 lux — ciò significa non solo che i nostri laser sono troppo deboli per essere visti da Terra, ma anche che, se stessimo sulla Luna, la luce dei laser sarebbe più debole della luce lunare che noi vediamo arrivare sulla Terra.
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta Con il progresso tecnologico che si è avuto negli ultimi 10 anni nelle batterie al litio e nei LED, il mercato delle torce ad alto rendimento è esploso. Ma è chiaro che una torcia non ci basterebbe. Quindi saltiamo del tutto questa parte e diamo ad ognuno una Nightsun.
Potresti non conoscerne il nome, ma è molto probabile che ne hai vista una in azione: è il faro di ricerca montato sugli elicotteri della polizia e della Guardia Costiera. Con un output di 50.000 lumen, trasforma la notte in giorno.
Il suo raggio copre parecchi gradi, ma noi monteremo una lente per metterlo meglio a fuoco intorno a mezzo grado, che ci serve per colpire la Luna.
Ecco l'effetto:
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaÈ difficile da vedere, ma stiamo facendo progressi! Il raggio fornisce 20 lux di illuminazione, rischiarando la luce ambiente sulla metà in ombra di un fattore 2! È comunque molto difficile da vedere, e di sicuro non produce effetti sulla metà illuminata.
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta Cambiamo le Nightsun con dei proiettori IMAX - una coppia di lampade da 30.000 Watt raffreddate ad acqua, con un'uscita combinata di più di un milione di lumen.
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaAncora appena visibile.
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta Sulla sommità del Luxor Hotel di Las Vegas è installato il faro più potente esistente sulla faccia della Terra. Diamone uno a ciascuno.
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaOh, e montiamo anche una lente in modo di focalizzare la luce sulla Luna.
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaLa nostra luce è finalmente visibile e abbiamo raggiunto il risultato. Bel lavoro gente!
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta ...Beh...
Il Dipartimento di Difesa americano ha sviluppato laser da diversi megawatt di potenza, progettati per distruggere in volo missili nemici in arrivo.
Il Boeing YAL-1 era un laser chimico della "classe megawatt" montato su un 747. Era un laser infrarosso, quindi non era direttamente visibile, ma possiamo immaginare di costruire un laser visible di potenza simile. Diamone uno a ciascuno.
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaFinalmente! Siamo riusciti ad eguagliare la luminosità del Sole!
Stiamo anche consumando 5 petawatt di energia, che corrisponde a 2 volte il consumo medio elettrico mondiale.
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta Ok, montiamo un laser da un megawatt su ogni singolo metro quadro della superficie dell'Asia. Alimentare questa serie di 50 bilioni di laser consumerebbe le intere riserve mondiali di greggio in circa 2 minuti, ma in quei 2 minuti la Luna apparirebbe così:
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaLa Luna splende come il Sole di metà mattina, e verso la fine dei 2 minuti, la superficie lunare è incandescente.
[Missione terminata] Il risveglio di Rosetta Ok, allora usciamo del tutto dal regno del plausibile.
Il laser più potente sulla Terra è quello del
NIF (National Ignition Facility), un laboratorio di ricerca sulla fusione. È un laser all'ultravioletto da 500 terawatt di potenza. Comunque, spara solamente in impulsi di pochi nanosecondi di durata, cosicchè l'energia totale generata equivale ad un quarto di tazza di benzina.
Immaginiamo di aver trovato in qualche modo un sistema per alimentarlo ed accenderlo continuamente, di averne dato uno a ciascuno, e di averli tutti puntati alla Luna.
Purtroppo, il flusso di energia laser sarebbe tale da trasformare l'atmosfera in plasma, incendiando istantaneamente la superfice terrestre, ed uccidendoci tutti.
Ma facciamo finta che il laser riesca a passare in qualche modo l'atmosfera, senza avere interazioni con essa.
Anche in queste condizioni la Terra prenderebbe fuoco. La luce riflessa dalla Luna sarebbe 4.000 volte più luminosa del Sole di mezzogiorno. La luce lunare sarebbe così forte da far evaporare gli oceani in meno di un anno.
Ma dimentichiamoci della Terra - cosa accadrebbe alla Luna?
Il semplice laser eserciterebbe una sufficiente pressione di radiazione da accelerare la Luna di un decimilionesimo di G. Quest'accelerazione non sarebbe notata a breve termine, ma lungo il corso degli anni, sposterebbe la Luna fuori dall'orbita terrestre.
...Questo se la pressione di radiazione fosse l'unica forza in gioco.
40 megajoule di energia bastano per vaporizzare un kg di roccia. Dato che la roccia lunare ha una densità media di 3 kg/litro, i laser pomperebbero così tanta energia da vaporizzare 4 metri di suolo lunare al secondo.
Ma la roccia lunare non evaporerebbe così velocemente per un motivo molto importante:
quando un blocco di roccia viene vaporizzato, non è che sparisce così...del tutto. Lo strato superficiale della Luna diventa plasma, ma quello stesso plasma blocca il raggio laser.
I nostri laser continuano ad inondare di energia il plasma, e questo continua a scaldarsi. Le particelle rimbalzano su sè stesse, sbattono sulla superficie lunare, e finiscono per partire nello spazio ad una velocità pazzesca.
Questo flusso di materiale trasforma effettivamente l'intera superficie lunare in un motore a razzo molto efficiente.
L'uso del laser per eliminare materiale superficiale in questa maniera è chiamato "ablazione laser", e si sta affermando come un promettente sistema di propulsione spaziale.
La Luna è grossa, ma lentamente di sicuro il jet di plasma inizia a spingerla lontano dalla Terra (gli stessi jet ci spazzerebbero via dalla faccia della Terra e distruggerebbero gli stessi laser, ma facciamo finta di essere invulnerabili). Il plasma strapperebbe via anche la superficie della Luna, dando luogo ad una complessa interazione difficile da modellare.
Ma se ci azzardiamo ad indovinare che le particelle di plasma fuoriescono ad una velocità media di 500 km/s, ci vorranno alcuni mesi prima che la Luna non sia più alla portata dei nostri laser. Manterrà la maggior parte della sua massa, ma fuggirà dalla gravità terrestre ed entrerà in un'orbita asimmetrica intorno al Sole.
Tecnicamente la Luna non diventerà un nuovo pianeta, attenendoci alla definizione di pianeta della IAU. Dato che la sua nuova orbita attraverserà quella terrestre sarà considerata un pianeta nano, come Plutone. Quest'orbita porterà delle periodiche perturbazioni orbitali imprevedibili. Magari verrà fiondata nel Sole, forse sarà eiettata verso il Sistema Solare esterno, o impatterà su uno dei pianeti - molto facilmente questo sarà il nostro.
Penso che in questo caso siamo tutti d'accordo: ce lo siamo meritato.
[Missione terminata] Il risveglio di RosettaFinalmente! Potenza sufficiente!!
Fonti: Quora - troppe altre per ricordarsele tutte...
