Don't panic: the random motion of Tesla in space

Elon Musk's recent stunt to launch a red Tesla Roadster towards Mars, with a lot of pilot in astronaut suit in the driver's seat, brought to light a technological theme initially developed in the 1960s, during the Apollo missions. We are talking about the super heavy launchers that is, those rockets that allow to carry at least 50 tons of weight in low Earth orbit (between 160 and 2000 km of altitude).

In astronautics they are called vectors (or launchers) those designed missiles, and used, to send a certain “payload” into space. Depending on the payload (payload in English) they are classified into light throwers (up to 2t), medi (and 2 the 20t), heavy (and 20 a 50t) and super heavy (more than 50t) [1]. Throughout history, pochissimi razzi sono stati capaci di portare in orbita un carico utile di tale entità. Il record incontrastato (140t) spetta ancora oggi al Saturn V, il vettore che ha permesso all’uomo di raggiungere la Luna (fig.1). Citando Oriana Fallaci: “Un uomo, messo accanto a quel razzo, sembra meno di una formica. E’ un razzo così ciclopico che la sua altezza equivale a quella di un grattacielo con trentasei piani, la sua ampiezza è quella di una stanza di sette metri per sette. […] Se ne raggiungi con un ascensore la cima, io l’ho fatto, ti coglie il terrore. E di ciò non ti rendi conto alla televisione […] ti mancano i termini di paragone…” [2].

Cinquant’anni dopo, around Falcon Heavy, missile progettato dalla SpaceX, compagnia spaziale del patron di Tesla, deve mantenere la promessa del suo ideatore, ossia diventare il più grande lanciatore dopo il leggendario razzo di Wernher von Brown, con tanto di propulsori riciclabili.

Fig.1 – Confronto tra alcuni lanciatori super-pesanti

However, molti continueranno a chiedersi quale sia stata l’utilità di mandare nello spazio un’automobile sportiva. Considerati i precedenti disastri di SpaceX, il primo lancio del Falcon Heavy era ad alto rischio fallimento. Al tempo stesso era necessario effettuare dei test per capire se il vettore potrà, un domani, trasportare le dichiarate 63,8t di payload [3]. Per non mettere in pericolo oggetti di valore scientifico, come ad esempio satelliti da milioni di dollari, Elon Musk ha scelto di utilizzare come peso di prova la sua personale “utilitaria” [4]. Questa mossa è stata anche ampiamente criticata poiché appare come una mera trovata pubblicitaria, tuttavia non è un segreto che l’affezione del pubblico verso l’astronautica goda di alti e bassi. For example, una volta vinta la corsa allo spazio contro l’URSS, gli americani smisero di seguire le missioni spaziali. La Tesla cosmica ha senz’altro risvegliato l’interesse di tutti.

Ma che fine faranno l’auto ed il suo conducente?

Sebbene, a detta di Musk, essi continueranno a fluttuare nello spazio per i prossimi miliardi di anni [4], molti studiosi la pensano diversamente. Un recentissimo studio pubblicato dai canadesi Hanno Rein e Daniel Tamayo e dal ceco David Vokrouhlicky ha come obiettivo valutare la probabilità di impatto della Tesla con i corpi celesti del sistema solare interno. Il titolo del lavoro “The random walk of cars and their collision probabilities with planets (Il moto casuale delle macchine e la loro probabilità di collisione con pianeti)” [5] è tra il serio ed il faceto, come d’altronde tutto quello che riguarda questa impresa. Nel loro lavoro, basato su seri modelli matematici, i ricercatori hanno compiuto delle simulazioni a più corpi che coprono un arco di tempo pari a diversi milioni di anni. Assumendo che l’automobile è stata lanciata dalla Terra ed è oggi diretta, senza ulteriori correzioni di rotta, verso l’orbita di Marte è altamente probabile che, in the future, tra la Tesla ed il nostro pianeta ci saranno molti incontri ravvicinati (fig.2). Mentre la probabilità d’impatto di un oggetto che incrocia l’orbita terrestre può essere stimata con precisione in una scala di tempi confrontabile con la vita umana, l’orbita caotica del Roadster non può essere definita con precisione sul tempo necessario ai molti incontri. Then, le conclusioni possono essere tratte solo in termini statistici. Da questo punto di vista il comportamento della Tesla ha molte similarità con gli asteroidi near-Earth (vicini alla Terra) o NEAs. Essi si muovono nella regione interna del sistema solare in modo caotico effettuando numerosi incontri ravvicinati con i pianeti di tipo terrestre, which heavily and unpredictably disturb its orbit. The most common fate of this type of asteroid is to crash into the Sun. Only a small percentage of them wander long enough in the area of terrestrial planets to have a non-zero probability of impact with the Earth, Venus or Mars. On the other hand, there are also differences between the Tesla and the NEAs. The first is the fact that asteroids typically spread into the solar system from the asteroid belt., while the Tesla was launched from Earth. The second is the fact that the car did not perceive the gravitational resonance effect with Jupiter, which happens for NEAs. In any case, it is quite certain that the first close encounter with Earth will take place in 2091 and in most of the simulated cases no impact is expected for the subsequent ones 3 millions of years. This doesn't mean that the chances of collision are null, and also define the maximum time with which the material must degrade 1 million years is in fact estimated a probability of impact of 6% with the Earth and del 2.5% with Venus. This leads to the assessment that the Tesla journey in space cannot last more than a few tens of millions of years, as in the case of near-Earth asteroids.

Fig.2 – Orbit of Tesla in the inner solar system [6]

Musk's car is likely to last that long?

Several sites reported an interview [7][8] to a plastics expert at Indiana University, he dr.. William Carroll, that in the 2005 he was president of the American Chemical Society. According to Carroll, between cosmic radiation and micrometeorite impacts, the life expectancy of the materials that make up the vehicle can be, in some cases, even just one year. We are referring to everything that is plastic: on Earth, cosmic rays and the solar wind are attenuated by the atmosphere and the magnetosphere, but in a vacuum it is not so. In extreme conditions, organic polymers risk crumbling in a few months. All the rest, instead, could be destroyed by micrometeorites, that is, very small pieces of rock that are extremely common in space. Suffice it to say that the amount of cosmic dust that is assumed to fall on Earth every day is a few tens of tons. Questi “sassolini” viaggiano a velocità relative molto elevate e, nonostante la loro piccola massa, sono in grado di fare dei danni notevoli. Perciò dobbiamo immaginarci che nei prossimi secoli la carrozzeria della Tesla verrà ridotta a colabrodo ed il suo occupante (battezzato prontamente Starman, dalla canzone di David Bowie) in cenere.

E per concludere, cosa si è portato Starman nel suo periglioso viaggio verso Marte e la fascia degli asteroidi? Pare che nel cassetto portaoggetti ci siano una copia della Hitchhiker's Guide to the Galaxy di Douglas Adams e l’intera trilogia della Fondazione di Isaac Asimov (in supporto ottico 5D). L’immancabile asciugamano e la scritta “Don’t Panic (Niente Panico)” (altri riferimenti a Douglas Adams) non potevano mancare, as well as a tag that reads “Made on Earth by humans (Made on Earth by humans)”.

In a vacuum it will not be possible to hear “Space Oddity” from the Tesla speakers, but to see her travel like this, against the black background of the cosmos, should be enough for anyone to imagine that it is a "space freak".

[UMM]

Bibliography:

[1] NASA Launch Propulsion Systems Technology Area Roadmap, TA01-7

https://www.nasa.gov/pdf/500393main_TA01-LaunchPropulsion-DRAFT-Nov2010-A.pdf

[2] Oriana Fallaci – That day on the moon – Rizzoli (1970)

[3] Falcon Heavy Overview from SpaceX website

http://www.spacex.com/falcon-heavy#falconHeavy_overview

[4] Elon Musk's tweet: “Payload will be my midnight cherry Tesla Roadster playing Space Oddity. Destination is Mars orbit. Will be in deep space for a billion years or so if it doesn’t blow up on ascent. 1 dic 2017” / Il carico sarà la mia Tesla Roadster color ciliegia [con l’autoradio] che manda “Space Oddity”. La destinazione è l’orbita di Marte. Resteremo nello spazio profondo per un miliardo d’anno o giù di lì, sempre che [il razzo] non esploda al decollo.