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Energia caratteristica

Misura dell'energia eccedente quella necessaria a sfuggire all'attrazione di un altro corpo

In astrodinamica l'energia caratteristica è una misura dell'eccesso di energia specifica (ovvero energia per unità di massa) che è necessaria per sfuggire all'attrazione di un corpo celeste.

Viene comunemente indicata con il simbolo ed è definita come il quadrato della velocità di eccesso iperbolico:

dove:

L'energia caratteristica viene utilizzata come parametro di costo per le orbite e le traiettorie orbitali e come parametro di confronto per i lanciatori.

In particolare, valori di C3 maggiori di zero indicano traiettorie in cui il veicolo spaziale sfugge all'influenza gravitazionale del corpo celeste (orbite iperboliche); ad esempio, traiettorie di trasferimento dalla Terra a Marte hanno valori di C3 intorno a 10 km²/s², mentre trasferimenti verso i pianeti più esterni possono richiedere 50–100 km²/s².

Valori negativi di C3 invece caratterizzano le orbite ellittiche;[1] In particolare, una traiettoria di ritorno libero per la Luna ha un C3 intorno a -2 km²/s².

Nei lanciatori, C3 viene usato per determinare il carico che può essere inserito in una determinata orbita. La tabella seguente mostra alcuni esempi di lanciatori e la massa trasportabile a seconda dell'energia caratteristica della traiettoria.

Massa trasportabile (kg) a seconda della traiettoria[2]
Lanciatore C3 = 0 km²/s² C3 = 10 km²/s² C3 = 100 km²/s²
Stati Uniti Delta IV Heavy 9588 8000 ND
Europa Ariane 5 6600 >3190 ND
Stati Uniti Atlas V 6500 5500 850
Russia Proton 4838 4279 1061
Cina Lunga Marcia 3C 2300 1700 ND
Russia Sojuz 1600 1220 1220
Stati Uniti Taurus 329 263 35

NoteModifica

  1. ^ Può sembrare strano che un parametro definito come il quadrato di una velocità possa assumere valori negativi. In realtà, la velocità di eccesso iperbolico è correttamente definita solo per orbite iperboliche, pertanto l'energia caratteristica perde significato fisico nel caso di orbite ellittiche e viene usata solamente come parametro di confronto.
  2. ^ (EN) Andrew J. Ball et al., Planetary Lander and Entry Probes, Cambridge University Press, 2007, p. 15, ISBN 978-0-521-12958-9.

BibliografiaModifica

  • Giovanni Mengali e Alessandro A. Quarta, Fondamenti di meccanica del volo spaziale, Pisa, Pisa University Press, 2013, ISBN 978-88-6741-210-5.
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