Breve Storia dell'Astronautica

di Patrizio Claudio Casiraghi

 

Tecnica Astronautica - Parte 3. Anatomia di un missile

Ancora oggi i fuochi d'artificio sono dei cilindri spesso dotati di un asta che sporge posteriormente. Questa era la sagoma sulla quale hanno iniziato a lavorare i primi studiosi di missilistica. Sin dall'inizio però pensarono di spostare il propulsore in cima al missile, per questo era indispensabile anche l'uso di propergoli liquidi, usando il resto del missile al posto dell'asta di stabilizzazione. Senza l'asta infatti un fuoco d'artificio è instabile e vola con una traiettoria disordinata. La realizzazione di missili contenenti il propulsore in testa ed i serbatoi ai lati si rivelò impraticabile, quindi i serbatoi passarono sotto al razzo, ma dovevano essere protetti dai gas combusti. La soluzione era di tornare a mettere il razzo in fondo al missile e dotare lo stesso di alette stabilizzatrici. La formula si rivelò vincente. Ciò dava la possibilità d'installare in cima al razzo sia gli strumenti di controllo del missile che il carico pagante o payload, in gergo tecnico. A causa della grande quantità di propergoli necessari al propulsore, la volumetria interna di un missile è occupata per la maggior parte dai serbatoi dei propergoli o di altri gas pressurizzanti, dove occorrono. Lo spazio destinato ai propulsori, ai dispositivi di controllo ed al carico è decisamente minimo. Ma un missile non è in grado di raggiungere lo spazio assemblato tutto in un solo pezzo. Adottando la tecnica del missile unico si otterrebbe un missile che trasporta un carico di propergoli eccessivo, si dovrebbero costruire delle strutture più robuste e soprattutto è al momento impensabile realizzare dei propulsori capaci di garantire la loro funzionalità per tutti i dieci minuti necessari per partire da terra e raggiungere lo spazio. Sin dai primordi l'idea vincente fu quella di suddividere il missile in più missili sovrapposti. I razzi più potenti spingono il primo stadio del missile, quindi i razzi successivi sono via via sempre meno potenti, quindi leggeri. Nel complesso è possibile che il peso di tutti i razzi di un missile multistadio sia minore di quello di un missile unico. Questo facilita anche il lavoro già in fase di progettazione, perché occorre realizzare propulsori che devono garantire una vita utile di pochi minuti poi, se si guastano, non è più un problema. In alcuni casi, per risparmiare sul peso delle strutture, alcuni missili lasciano che il peso delle strutture di sostegno sia compensato dai serbatoi. Per capire come funziona basta pensare ad una lattina che quando è piena è dura e rigida e quando è vuota si schiaccia con facilità. In pratica la pressione interna dei propergoli si comporta come se il serbatoio fosse un blocco unico sopportando lo sforzo dinamico del peso del missile al di sopra. Ovviamente il serbatoio una volta in funzione si svuota, ma esistono gas come l'azoto che può essere convogliato nel serbatoio e pompato ad una pressione sufficiente a mantenere la rigidità della struttura. La cosa incredibile è che spesso le pareti del serbatoio sono più sottili di un foglio di pellicola d'alluminio presente nelle nostre case, più fragili agli urti. Una delle idee più ovvie che possono venire è perché gli stadi vuoti dei missili non vengono recuperati invece che lasciarli cadere e perderli per sempre. Dotandoli di ali o paracadute potrebbero essere riutilizzati. Il problema è che sono stati sottoposti a sforzi che spesso sono al limite strutturale. I propulsori poi sono così degradati che non sono più riutilizzabili. Le strutture, anche se fossero recuperabili, costerebbero di più solo per la loro rimessa in attività che ad abbandonarli al loro destino. Pertanto ancora oggi si preferisce realizzare "missili a perdere" perché più economici, nonostante i loro costi elevati. L'unico tentativo di realizzare un vettore recuperabile è quello delle navette spaziali, che affronteremo in un altra parte. Ora ci si potrebbe chiedere perché mai decollare verticalmente con un missile e non utilizzare ad esempio un aereo per il volo iniziale. L'idea non è nuova. Il primo a teorizzarla fu il tedesco Sanger a cavallo tra le due guerre mondiali. L'idea di per sè stessa è semplice. Un grande aereo trasporta sul suo dorso il veicolo spaziale. Lo porta ad alta quota ed ad alta velocità, quindi sgancia il veicolo che parte via con i suoi razzi mentre l'aereo torna alla base di partenza. Detto così sembra semplicissimo ed ancora una volta scopriamo che le cose più semplici sono le più difficili. Più volte gli enti spaziali di tutto il mondo se ne escono con l'intenzione in futuro di realizzare questo progetto, ma poi non se ne fa nulla. Solo l'European Space Agency aveva avviato uno studio serio, ma poi ha abbandonato perché ci sono delle difficoltà tecniche non da poco al momento insormontabili. Eppure in piccolo è stato realizzato. Si tratta del Pegasus, una sorta di missile lanciabile da un aereo in volo ad alta quota, ma può trasportare solo piccoli satelliti. Al momento il missile è il miglior veicolo a disposizione per spedire carichi nello spazio. Il primo stadio porta il missile con una traiettoria quasi verticale al di sopra degli strati più densi dell'atmosfera, quindi il secondo acquisisce la velocità per portare il tutto fin nello spazio. Si aprono i portelli che hanno protetto il carico che ora è esposto allo spazio, quindi si attiva il terzo stadio che porta il carico alla quota di parcheggio. Il carico si sgancia e con i suoi propulsori si mette in orbita mentre il terzo stadio inizia a cadere verso la Terra. Il tutto nel breve volgere di dieci minuti circa. Ovviamente esistono missili molto potenti capaci di satellizzare carichi molto pesanti ed altri più piccoli. Esistono missili a tre e più stadi e poi spesso sono coadiuvati al lancio da più missili ausiliari. Si tratta di piccoli missili spesso a combustibile solido che aiutano il missile principale a sollevarsi in volo. Il loro peso è trascurabile quindi la loro spinta è tutta energia in più per il missile. Molto prima che il primo stadio abbia esaurito la sua spinta, i missili ausiliari hanno esaurito la loro e si sganciano. Sono tanto leggeri che spesso hanno in dotazione un paracadute per il recupero e futuro riutilizzo, là dove possibile.

Parti principali che compongono un razzo, in questo caso una V2 (Credit: Wikimedia)

Il razzo Pegasus appena rilasciato dall'aereo madre (Credit: NASA)

Lancio di un razzo vettore Europeo Ariane 5 (Credit: Arianespace)

Parti principali che compongono un razzo, in questo caso una V2 (Credit: Wikimedia)

Il razzo Pegasus appena rilasciato dall'aereo madre (Credit: NASA)

Lancio di un razzo vettore Europeo Ariane 5 (Credit: Arianespace)

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Ultimo aggiornamento 23/03/2017

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