Domande e risposte sull'atterraggio del Falcon 9

Il Falcon 9 si inclina pericolosamente a pochi passi dalla chiatta in mezzo all'Atlantico.
Il tentativo di atterraggio del Falcon 9 diretto verso la Stazione Spaziale di settimana scorsa ha attirato l'attenzione dei media di tutto il mondo. E con questa straordinaria visibilità, è normale che in molti si siano fatti una o più domande su questo particolare atterraggio e sull'intero settore del riutilizzo dei razzi. Oggi cercheremo di rispondere a quattro delle domande che abbiamo sentito più di frequente, ma se non riusciremo a rispondere ai vostri dubbi, potrete contattarci sulla nostra pagina Facebook, nei commenti qui sotto o scrivendo al nostro indirizzo mail tramite il modulo potete trovate nella barra laterale in qualunque pagina del nostro sito.

Perché non atterrare con un paracadute?
Atterrare con un paracadute, a prima vista, potrebbe sembrare un'ottima idea. Certo, un po' di rischio c'è sempre, ma comunque molto meno rispetto a una discesa rallentata dai soli motori. Purtroppo, il problema che ha costretto la SpaceX a scartare l'idea del paracadute è un altro: la precisione. Con un paracadute infatti si rischierebbe di mancare completamente il sito d'atterraggio desiderato. Viaggiando a Mach 6 - più di settemila chilometri orari - basterebbe una frazione di secondo di ritardo o di anticipo nell'apertura del paracadute per far mancare allo stadio la piattaforma di decine di chilometri. Inoltre, è impossibile prevedere con una precisione assoluta le dinamiche atmosferiche che potrebbero deviare il razzo durante la discesa, una volta aperto il paracadute.

Perché non atterrare in mare?
A questo punto, potrebbe venirvi in mente un'altra domanda: se atterrare con un paracadute aumenterebbe il rischio di mancare la chiatta, che problema c'è ad atterrare in mare? In fondo, è esattamente ciò che facevano i razzi laterali a propulsione solida che spingevano lo Space Shuttle durante la fase iniziale dell'ascesa. La risposta è il sale. Gli effetti corrosivi prodotti dal sale dell'acqua possono danneggiare i motori e gli altri componenti dello stadio a tal punto che riqualificarli, cioè prepararli a poter volare di nuovo, rischierebbe di costare più che costruirli partendo da zero.

Perché il Falcon 9 rallenta così all'ultimo?
Una delle cose che più ci hanno colpito nei filmati rilasciati dalla SpaceX è la velocità con cui il primo stadio del Falcon 9 scende verso la chiatta. Il razzo entra nel campo della videocamera a grande velocità, per poi rallentare proprio all'ultimo. A prima vista, potrebbe sembrare più sicuro rallentare in quota, scendere lentamente e toccare con gentilezza la piattaforma. Ma, da un punto di vista aerospaziale, sarebbe incredibilmente inefficiente, cioè sprecheremmo un sacco di carburante inutilmente. La manovra più efficiente è proprio quella del Falcon 9, detta in inglese suicide burn, letteralmente "manovra del suicidio": accendere i propri motori all'ultimo istante, così da fermarsi a pochi centimetri dal suolo. Può sembrare rischioso, e lo è se a guidare il razzo ci sono dei piloti umani, ma per un computer come quello a bordo del Falcon 9 non è nulla di che, un semplice calcolo matematico-fisico.
Ma a rendere impossibile una discesa un po' più lenta e gentile è anche un altro particolare, cioè quello della spinta dei motori. Mentre, ad esempio, i motori delle nostre auto hanno solo un limite superiore, cioè possono andare a 10 km/h come a 130, i motori dei razzi hanno, nella stragrande maggioranza dei casi, anche un limite inferiore. Ad esempio, ognuno dei nove Merlin 1D che spingono il primo stadio del Falcon 9 genera una spinta massima di 620 kN. Tuttavia, a differenza del motore di un'auto, non può generare una spinta di 300 o 200 o 50 kN. Molti motori di razzi hanno addirittura una spinta fissa, cioè che o spingono a 500 kN (ad esempio), o niente. In questo senso, i motori Merlin 1D sono molto avanzati, in quanto possono regolare la loro spinta e abbassarla fino al 70% della spinta massima. Di più non possono, ma è già qualcosa. Ciò però impedisce al primo stadio del Falcon 9 (che, quasi privo di carburante, è relativamente leggerissimo) di eseguire una discesa lenta e controllata, perché la spinta dei motori (anche quando, come nella manovra finale, rimane acceso solo il motore centrale) sarà sempre eccessiva, cioè tenderà sempre a far tornare il razzo in quota. In termini tecnici, il TWR (thrust to weight ratio, cioè il rapporto spinta-peso) è troppo alto per permettere una discesa lenta e controllata.

Com'è che il Falcon 9 controlla la sua discesa?
Il Falcon 9 utilizza tre sistemi per controllare la sua discesa. Quello più evidente sono le quattro alette aerodinamiche, o grid fins, che si estendono dalla sommità del primo stadio durante il rientro. Anche solo la loro presenza serve a stabilizzare il razzo con i motori all'ingiù, un particolare non da poco. Il fatto che poi siano addirittura controllabili permette al Falcon 9 di avere un controllo aerodinamico ancor più preciso. Un secondo sistema è fornito dal sistema di controllo di reazione (RCS) a gas freddo, che consiste in piccoli ma potenti getti di azoto compresso che escono da alcuni fori posti sul lato del veicolo, consentendogli di raddrizzarsi in caso si stia inclinando. Questo sistema è visibile negli ultimi secondi del filmato: dopo che il Falcon 9 ha toccato terra, il sistema si attiva perché rileva che il razzo si sta inclinando. Tuttavia, dato che una delle gambe robotiche si era già piegata, gli sforzi dell'RCS sono risultati vani. Un terzo e ultimo sistema è rappresentato dal motore centrale, il cui ugello può essere inclinato in tre dimensioni per regolare il vettore di spinta del razzo e quindi raddrizzarlo. Questo sistema in inglese è conosciuto come gimballing.
Domande e risposte sull'atterraggio del Falcon 9 Domande e risposte sull'atterraggio del Falcon 9 Reviewed by Pietro Capuozzo on 19.4.15 Rating: 5
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