Il viaggio verso Giove sta richiedendo così tanto tempo principalmente a causa delle complesse dinamiche di volo e della meccanica orbitale coinvolte. Il veicolo spaziale chiamato Juice, lanciato cinque mesi fa, ha coperto finora 370 milioni di chilometri, che rappresentano solo il 5% del suo percorso verso Giove. Per spiegare questa lunga durata, l’Agenzia Spaziale Europea scompone la scienza delle dinamiche di volo e della meccanica orbitale.

Ogni corpo celeste nel nostro universo, come pianeti, lune, stelle o galassie, orbita attorno a un altro corpo celeste. La Terra orbita attorno al Sole a una velocità di 30 km/s. Quando un veicolo spaziale viene lanciato dalla nostra Terra, eredita questa energia orbitale, che in effetti lo colloca in un’orbita simile attorno al Sole come la Terra.

Uno potrebbe supporre che il percorso più efficiente verso Giove sarebbe una linea retta, ma questo approccio ha le sue sfide. Non solo richiederebbe una quantità enorme di carburante per spingere il veicolo spaziale in quella direzione, ma sarebbe necessaria una riserva ancora maggiore di carburante per decelerare e mettere in orbita Giove al suo arrivo, altrimenti il veicolo spaziale supererebbe il suo obiettivo.

La Terra e Giove, nel loro eterno viaggio celeste attorno al Sole, cambiano costantemente posizione l’uno rispetto all’altro. La loro distanza varia, raggiungendo un massimo di 968 milioni di chilometri e un minimo di poco meno di 600 milioni. Date queste costanti variazioni, puntare direttamente un veicolo spaziale su Giove non è fattibile. Invece, gli ingegneri di volo devono anticipare dove sarà Giove quando il veicolo spaziale arriverà.

Storicamente, missioni come Voyager, Pioneer e New Horizons sono riuscite a raggiungere Giove in meno di due anni. Tuttavia, queste missioni erano semplici sorvoli, utilizzando Giove come una fionda gravitazionale per raggiungere altre destinazioni.

Per mantenere una presenza prolungata attorno a Giove, l’approccio deve essere più lento. La massa del veicolo spaziale gioca un ruolo cruciale in questo contesto. Più massa implica più carburante, che a sua volta influisce sulla complessità del lancio. Juice, con un peso di oltre 6.000 kg, è una delle sonde interplanetarie più pesanti mai costruite. Anche con l’immensa potenza del razzo Ariane 5, una traiettoria diretta di due anni verso Giove non era fattibile.

La soluzione si trova nelle manovre di assistenza gravitazionale o sorvoli. Queste manovre sfruttano l’attrazione gravitazionale dei corpi celesti per aumentare la velocità del veicolo spaziale, una danza cosmica che scambia energia tra il veicolo spaziale e i pianeti.

L’itinerario di Juice comprende una serie di sorvoli che coinvolgono la Terra, la Luna e Venere. Queste manovre lo posizioneranno per il suo grande appuntamento con il sistema gioviano nel luglio 2031. Il viaggio, che includerà un record di 35 sorvoli delle lune di Giove, si concluderà con Juice che entrerà in orbita attorno a Ganimede, segnando una storica prima per l’umanità.