Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale | Web Agency Brescia
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Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale

Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale

Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale


Le compagnie private impegnate nell’industria aerospaziale, comeSpaceX e Virgin Galactic per citare due tra le maggiori,non solo hanno portato un contributo concreto eimportante nell’elevarele tecnologie a disposizione ad un livello superiore, manegli ultimi anni hanno convintoun sempre maggior numero di persone ainteressarsi all’argomento.

E’ vero, gli appassionati del segmento aerospaziale sono sempre esistiti, ma la componente “spettacolo” introdotta dal crescentenumerodilive streaming innegabile. Cos, se inizialmente l’interesse risultava focalizzatoverso i soli “main event”, sempre pi persone attendono l’avvio di missioni secondarie per seguirle in diretta. Alla fontedi questo fortissimohype, che attornia pure le missioni minori,senza ombra di dubbioc’stato un forte contributo di Elon Musk.

Pensiamo ad esempio alla prima missione di lancio del Falcon Heavy di due anni fa, una delle live streaming pi seguite di sempre, che ha sicuramente contribuito ad ampliare l’utenza interessata.Tutti pazzi per le missioni spaziali! O quantomeno, sempre pi persone si interessano all’argomento e seguono con curiosit le pagine social delle principali agenzie, con il preciso obiettivo di restare il pi possibile aggiornati e non perderegli appuntamentilive.Seguire il lancio di un razzo orbitale “addictive”, ma quanti sanno realmente come funziona tecnicamente? Proviamo a spiegarlo in modo semplicein questo piccolo approfondimento.

COS’E’ UN RAZZO VETTORE


Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale

Prima di rispondere cominciamo conuna piccola curiosit:lo sapevate che i primi razzi noti sono stati inventati in Cina nel 1200? Inizialmente usati come fuochi d’artificio, nei secoli successivi vennero impiegati nel settore bellico e pi di recente nel segmento aerospaziale, che ci che ci interessa di pi.

Il motore a razzo si basa sul principio di azione e reazione, dove la spinta creata dai motori in grado di superare il peso del razzo evincere la forza di gravit. Vista l’assenza pressochtotaledi attriti meccanici (pensiamo acasiopposti, come il motore di una macchina), la propulsione a razzo vanta un’efficienza altissima.Il comburente(ossidante della combustione) pi noto l’ossigeno, ma molte altre sostanze in natura possono comportarsi come tali (nitriti, nitrati, perossidi tra questi). Se per i motori a reazione l’ossigeno atmosferico sufficiente come comburente, nei razzi impiegati per i viaggi spazialiil discorso cambia. Non potendo contare sull’atmosfera terrestre, il comburente viene aggiunto emiscelato con il combustibile dando origine a due varianti, i motori a razzo acombustibile liquido e quelli a combustibile solido.

Quelli a combustibile liquido si basano solitamente sull’ossigeno liquido come comburente e su una sostanza combustibile, solitamente il cherosene RP-1. Qui il comburente eil combustibile vengono mantenuti separati fino all’ingresso nella camera di combustione. Pensiamo ad esempio all’Atlas V, il lanciatore pipotente a disposizione della NASA, recentemente impiegato per l’invio del nuovo rover Perseverancecon lamissione Mars 2020. Nella configurazione base, Atlas V composto da un primo stadio a cherosene eossigeno liquido, mentre lo stadio superiore alimentato da idrogeno liquido eossigeno liquido. Per quantoriguarda i razzi a combustibile solido, invece,la sostanza utilizzata vede miscelati a monte entrambi i componenti. Casi celebri di razzi alimentati in questa modalit sono il Solid Rocket Booster (utilizzato con loSpace Shuttle) o i razzi ArianeV.

Quando si parla di razzi per l’utilizzo in ambito aerospazialesi dovrebbe correttamente parlare di razzi vettore, o lanciatori. Come spiegato poco sopra, razzi di questo genere utilizzano comburentiautonomi al posto dell’aria, in questo modo si riesce aottenere la spinta necessaria allo spostamento di payload pesanti. Va detto, per, che per i lanciatori satellitari su larga scalail peso utile di carico sempre una piccola parte rispetto al totale, che primariamente rappresentato dal peso dei propellenti.

STADI DI UN RAZZO


Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale

Un razzo solitamente dotato di uno o pi motori, o stadi, ognuno con il suo compito specifico.La conformazione di un razzo a pi stadi di due tipologie distinte, seriale o in parallelo.

La configurazioneseriale quella utilizzata ad esempio dal Falcon 9, dove il secondo stadio posto sopra al primoeospita in cima il carico utile. Anche i potentiSaturn V della NASA mostravano una disposizione seriale, ma in questo caso si parla addiritturadi3 stadi.

Lo stadio primario il primo motore ad avviarsi, quello che fornisce la spinta iniziale per far staccare da terra il razzo. Visto l’incredibile dispendio energetico che tale operazione comporta, solitamente il primo stadio sempre quello dotato di maggior potenza. La sua spinta continua fino all’esaurimento del carburante, una volta che questo termina lo stadio si separa e, se possibile, si tentail ritorno a terra sfruttando ii paracadute per rallentarlo.

Apriamo una piccola parentesi per i nuovi lanciatori riutilizzabili, come il Falcon 9, che mantengono una parte del carburante per il ritorno a terra. Nel caso specifico, la discesa viene rallentata attraverso 4 ali aerodinamiche in titanio.Successivamente, i motori vengono riaccesi e, se tutto fila liscio, lo stadio primario riesce ad atterrare in piedi nel sito scelto. A questo proposito, sappiamo che SpaceX si affida alleLanding Zone 1 e2 alla Cape Canaveral Air Force Station,alla Landing Zone 3 alla Vandenberg Air Force Base, o alle piattaforme galleggianti nel caso la discesa avvenga nell’oceano.

Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale

Nella configurazione in parallelo, diversi stadi sono fissati su un razzo centrale. Qui la sequenza di avvio leggermente diversa:al momento del lancio, infatti, tutti i motori vengono accesi. Quando il propellente si esaurisce nei razzi ausiliari, questi vengono sganciati eil motore principale continua a spingere fino a che non si raggiunge l’orbita o l’altezza desiderata.

Celebre la stadiazione parallela che spinse loSpace Shuttle, mentrein tempi pi recenti vale la pena menzionare quella del Falcon Heavy di SpaceX.

PERCHE’ I RAZZI CURVANO IN RISALITA?


Curiosit Hi-Tech: come funziona un razzo aerospaziale

Molti si saranno chiesti perchi razzi inizialmente affrontano la fase di risalita con un’accelerazione verticale, alla quale segue una traiettoria inclinata con un angolo variabile, un argomento che ha scatenato detrattori e sostenitori di teorie complottiste. In realt, la fisica offre tutte le risposte. Senza scendere in argomentazioni complesse e poco fruibili, spieghiamo il perchdi questa manovra.

In fase di lanciotutti i razzi affrontano una fase di salita in verticale, questa permette di guadagnare altitudine rapidamente e di aumentare la velocit.Durante questa parte del lancio, la gravit agisce direttamente contro la spinta del razzo, riducendo la sua accelerazione verticale.Le perdite di efficienza associate a questo rallentamentopossono essere ridotte al minimo eseguendola manovra di pitchover. In tale fase, il razzo dirige parte della spinta su un lato, causando un’inclinazione della traiettoria. A seconda dell’inerzia e degli obiettivi da raggiungere, l’inclinazione pu variare da pochi gradi ad alcune decine. Una volta che il pitchover completo e l’inclinazione raggiunta, i motori vengono reimpostati eil razzo riprende a spingere lungo l’asse. La manovra di pitchover ha due scopi, il primo posizionare il razzo sulla direzione corretta per la sua ascesa in orbita, il secondo farlo con il minor dispendio energetico possibile. Dopo il pitchover, infatti, l’angolo di attacco del razzo viene azzerato per il resto della sua salita in orbita, l’effetto si traduce in una notevoleriduzionedei carichi aerodinamici laterali.

E’ importante ricordare anche un altro aspetto, il raggiungimento di un’orbita richiede anche una velocit adeguata per il suo mantenimento. Questa varia a seconda dell’altezza elamanovra di pitchover facilita notevolmente la riuscita di tale fase.

E UNA VOLTA IN ORBITA?


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Siamo alla fine di questa breve guida al funzionamento dei razzi impiegati in ambito aerospaziale.Abbiamo visto come avvieneil lancio, ci siamo addentrati nellastruttura di un razzo, approfondito ipropellenti usati e abbiamo descritto lamanovra di entrata in orbita.Ma per quanto riguarda le fasi successive?

Qui entra in gioco ci che viene chiamato Reaction Control System (RCS), ossia quel sistema di propulsori che un veicolo spaziale utilizza per il controllo dellaposizione e del movimento in tutte le direzioni. Esistono diversi sistemi RCS, l’obiettivo riuscire a fornire spinte di qualsiasi entit, sia minime che maggiormente propulsive, al veicolo spaziale. L’intervento di un sistema RCS permette di mantenere l’orbita impostata, consente di eseguire manovre di attracco (comequelle alla ISS), ma anche di controllare l’orientamento del mezzo.In casi estremi, rappresenta pure una soluzione di backup per uscire da un’orbita, nel caso i motori principali non possano operare. Per alcuni razzi ilsuo utilizzo avviene anchein fase di rientro atmosferico,con l’obiettivo di mantenere un corretto orientamento in fase di discesa. I sistemi RCS sono di comune utilizzo su razzi, sonde e satelliti.

Chiudiamo con una curiosit:la Stazione Spaziale Internazionale utilizza giroscopi a controllo elettrico (CMG) per il controllo dell’assetto primario, mentre la propulsione RCS viene utilizzata comesistema di backup e potenziamento.

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