La SpaceX ha lanciato la Starship SN8, un prototipo dell’astronave progettata per andare sulla Luna e su Marte. Il suo breve volo ha attirato molta attenzione soprattutto per i suoi ultimi secondi di volo, prima dell’atterraggio quando è esplosa.
Pochi hanno pensato alla quasi perfetta totalità dei suoi sei minuti e mezzo di volo, la tecnologia rivoluzionaria e le manovre coinvolte. È ragionevole considerarlo un test di enorme successo.
Le normali capsule spaziali ritornano sulla Terra utilizzando la “resistenza aerodinamica” per rallentare il loro rientro. La decelerazione da 35.000 kph provoca molto calore, motivo per cui sono provviste di scudi termici e il touchdown finale è controllato dai paracadute. SpaceX a parte, al memento nessuna agenzia o compagnia si affida ai razzi per il rientro controllato e questo è un vero spreco di risorse.
Il fondatore e CEO di SpaceX, Elon Musk, ha invece imposto un nuovo standard grazie al quale tutti ora stanno cercando di sviluppare razzi in grado di rientrare con i propri mezzi ed essere riutilizzati ma SpaceX è ancora un ampio passo avanti a tutti, la nuova Starship sarà completamente riutilizzabile, permettendo un enorme risparmio nei costi che SpaceX sostiene. Se la tua destinazione finale è la Luna e poi Marte, questo ha molto senso perché puoi utilizzare la stessa astronave. rifornita sul posto, per il viaggio di ritorno e per i viaggi successivi.
Starship è un sistema missilistico completamente riutilizzabile progettato per trasportare 100 tonnellate di carico in orbita terrestre e oltre. Ha un primo stadio “booster” che lo spinge in orbita e poi rientra sulla Terra con i suoi mezzi. La fase di richiamo è progettata per atterrare in sicurezza e per essere riutilizzata. SpaceX ha capito come farlo con il razzo Falcon, ma in quel caso si recupera solo il primo stadio.
L’atterraggio del primo stadio booster è “facile” perché viene espulso due minuti dopo il lancio e quindi ritorna sulla Terra da un’altitudine relativamente bassa, senza mai raggiungere velocità super elevate. La NASA definisce la velocità ipersonica “alta” come un “numero di Mach” da 10 a 25. Il booster raggiunge solo circa Mach 6.
L’astronave stessa tornerà dall’orbita, raggiungendo Mach 25. A questa velocità, il calore del rientro scioglierebbe i motori. È quindi necessario uno scudo termico di grande resistenza che dissipi il 99% dell’energia, proteggendo il carico e i motori. Lo Space Shuttle parzialmente riutilizzabile della NASA aveva enormi ali usate per far scivolare il veicolo su una pista. Ma le ali sono pesanti e riducono la potenziale capacità di carico. Inoltre, saranno inutili sulla Luna e su Marte.
L’ingegnosità della Starship sta nel fatto che si limita a “cadere di ventre” fino alla fine – un tipo di caduta libera in cui l’atmosfera rallenta gradualmente la sua velocità. Quando si avvicina al suolo, dovrebbe essere abbastanza lenta da poter, con una breve accensione dei motori, riprendere l’assetto verticale e atterrare dolcemente.
Nessun altro veicolo vola così per scelta. Gli aerei sono progettati per mantenere il flusso d’aria attaccato alle ali per fornire il sollevamento. Se perdi quel flusso d’aria, cadi dal cielo – una condizione chiamata stallo. La Starship dovrebbe entrare nell’atmosfera con un angolo di 90 gradi. Ciò significa che sarà completamente stallata. Proprio come una foglia fluttua a terra, questa è una configurazione intrinsecamente instabile e l’aerodinamica è impossibile da prevedere.
È qui che entra in gioco il controllo attivo. Starship ha quattro alette che vengono usate proprio come un paracadutista usa le quattro braccia per controllare la caduta libera. Con il volo di prova della SN8, Space X ha dimostrato che è possibile controllare la caduta sulla pacia. La discesa dalla quota di 12,5 km ha dato a SpaceX numerose informazioni sulle condizioni della seconda metà di un rientro dall’orbita.
In particolare, questa discesa permetterà a SpaceX di valutare l’efficacia dei flap nel mantenere stabile l’astronave e farla atterrare sul bersaglio. Possiamo vedere dai video rilasciati da SpaceX che i flap hanno permesso un buon controllo. Questa sembra un’ottima notizia per SpaceX.
Equazione del razzo
Essendo completamente riutilizzabile, la Starship dovrebbe risultare molto più economica delle tradizionali imbarcazioni monouso. Ma capire esattamente quanto carburante devi trasportare è una faccenda complicata. Gli aerei convenzionali decollano sempre con un po’ di carburante di riserva, ma possono sempre effettuare un atterraggio di emergenza se calcolano male.
I razzi devono essere lanciati con un’enorme quantità di carburante solo per essere sicuri di averne abbastanza per l’atterraggio. La quantità di carburante necessaria è data dalla “equazione del razzo”. Ciò dimostra che se si desidera lanciare 100 tonnellate di carico utile sulla Luna a una velocità di 12.000 metri al secondo, sono necessarie ben 2.000 tonnellate di carburante.
Quando si tratta del tipo di carburante, è interessante notare che il cherosene e l’idrogeno (come quelli usati dall’Apollo 11) siano ancora i combustibili per missili più utilizzati. Le leggi della fisica e della chimica non sono cambiate molto in cinquant’anni. Ma Starship sta effettivamente sperimentando l’uso del metano come carburante. Nonostante sia più difficile da lavorare, dà un po’ più di spinta.
Allora perché SN8 è esploso? Puoi vedere nel video alcuni lampeggi verdi appena prima dell’atterraggio. I motori sono realizzati con rame, che brucia con una caratteristica fiamma verde. SpaceX dice che c’è stato un problema con la pressione del carburante proprio all’ultimo momento, il che significa che il razzo non poteva rallentare. L’ossigeno in eccesso risultante ha iniziato a bruciare i motori stessi. Se non fosse stato per gli ultimi secondi, l’atterraggio avrebbe potuto essere perfetto. Gli ingegneri cercheranno ora di risolvere il problema per SN9.
