Analisi del primo volo di Starship ad alta quota
Dopo estenuanti ore di attesa, finalmente il prototipo Serial Number 8 dell’astronave Starship ha effettuato il primo test di volo ad alta quota. Facciamo insieme un’analisi del volo di SN8
Obiettivo della missione
Testare il funzionamento dei 3 propulsori Raptor, dell’aerofreno tramite le pinne mobili, la piena funzionalità del Thrust Vectoring Controll [TVC] dei 3 propulsori (ovvero il meccanismo di direzionamento della spinta), e la capacità di eseguire la manovra di spanciata (bellyflop maneuver) necessaria per finire la caduta libera con un atterraggio leggero sul sito d’atterraggio designato. Di conseguenza raccogliere una cospicua telemetria che permetta di capire cosa è andato storto, perché è andato storto, e risolverlo per i test successivi. Bisogna ricordare che SN8 era completamente automatizzato, e di conseguenza veniva controllato da un sistema di controllo attivo che analizza i dati dei sensori e li elabora in tempo reale per azionare i sistemi di controllo.
Tutto ciò che è avvenuto ieri sera potrà sembrare magari banale e rivisto, ma in realtà è la prima volta che tutta una serie di tecnologie innovative hanno volato insieme per la prima volta, ed eseguito manovre così complesse, considerandone anche la stazza. E’ la prima volta che si prova a fare dei lanciatori e delle navicelle quasi interamente in acciaio usando per lo più gusci sottili, usando laminati d’acciaio spessi solo 4 millimetri. Starship è alta 50 metri ed un diametro di 9, ed è molto più grande dell’Orbiter dello Space Shuttle o del Buran.
Fasi di Volo
Ascesa
[“T-10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, liftoff!”] Il decollo è uno dei momenti più entusiasmanti. Negli ultimi secondi il computer di bordo decide se è il caso di proseguire con il volo oppure annullarlo. Ad esempio martedì 8 Dicembre uno dei Raptor ha comunicato delle letture anomale che hanno obbligato di abortire la missione ad 1,3 secondo dal decollo, 0,3 secondi prima dell’accensione dei propulsori. L’ascesa sembra del tutto regolare per i primi secondi. Starship mantiene le pinne pressoché ferme mentre il TVC sembra operare per mantenere l’assetto corretto lungo l’asse di rollio. Infatti le pinne di questo design non permettono di effettuare delle manovre di rollio durante la fase di ascesa, e questo compito spetta proprio al TVC.
[T+1’41”] Avviene lo spegnimento del primo Raptor. Sappiamo da un tweet di Elon Musk che è stato del tutto intenzionale. Essendo i restanti due propulsori fuori asse, per mantenere la spinta allineata con il centro di massa SN8 si inclina leggermente lungo l’asse di beccheggio, in direzione dei due propulsori rimasti accesi, cominciando ad acquisire velocità in orizzontale.
[T+1’49”] Parte dei gas di scarico del propulsore spento sembra che abbiano innescato un piccolo incendio del rivestimento di alcune delle componenti interne stipate internamente alla gonna che circonda i propulsori. E’ normale che si formi una “palla di fuoco” quando un propulsore viene spento. Sembra che da un punto comincia a fuoriuscire del fumo. Forse uno dei serbatoi pressurizzanti si è danneggiato?
[T+3’14”] Avviene lo spegnimento del secondo Raptor. Starship ora continua l’ascesa con un solo propulsore, (quello con il seriale 42 ), avvicinandosi al punto previsto da cui comincerà la fase di caduta libera (skydive). Con un solo propulsore attivo, SN8 non può controllare il rollio tramite il TVC, ed infatti la vediamo oscillare lungo tale asse.
[T+4’39”] Viene spento il terzo Raptor, dopo che ha dato un bel “colpetto” direzionando la spinta in modo da alzare l’angolo di beccheggio. Le pinne inferiori cominciano a muoversi, in modo da offrire meno resistenza al flusso d’aria e sviluppare una coppia che continui ad aumentare l’angolo di beccheggio. Il sistema di RCS posizionato sull’ogiva, contribuisce alla riuscita di questa manovra. Si ha così un ribaltamento della navicella di 90 gradi.
Discesa (Skydive)
[T+4’45”] Comincia la fase di Caduta Libera! 100 tonnellate d’acciaio che cominciano a cadere “di pancia” da 12,5 km d’altitudine. Qui cominciamo veramente a mettere alla prova questo nuovo design, usando le superfici di controllo (le pinne) in maniera diversa da come si è sempre fatto. Infatti in questo caso svolgono una duplica funzione: da una parte permettono di mantenere il controllo della traiettoria, dall’altra permettono di frenare la caduta. Ve ne avevamo parlato in dettaglio a questo articolo: Starship Update & MK1. Starship cade con il muso leggermente inclinato verso il suolo.
[T+6’17”] Le pinne inferiori di Starship si inclinano, facendole alzare il muso, che ora è sopra l’orizzonte. La manovra di spanciata sta per cominciare.
[T+6’30”] Si riaccendono i primi due raptor, molto inclinati verso il 42, e le pinne inferiori si inclinano verso il corpo di SN8. Qui vediamo veramente l’efficacia del TVC. La spinta fa alzare il muso velocemente. In meno di 2 secondi si porta quasi in verticale, mentre il TVC inclina velocemente i propulsori nella direzione opposta per fermare la rotazione, che inevitabilmente non viene smorzata istantaneamente. La manovra di spanciata è stata un vero successo! A circa 150 metri dal suolo, è verticale e continua la discesa.
Atterraggio
“Ciao Suolo!”
[T+6’38”] si cominciano a vedere i gas di scarico del Raptor “di sinistra” di colore verde, qualche secondo dopo si spegne quello di destra (non previsto), mentre quello di sinistra continua ad emettere dei gas sempre più verdi, e del fumo nero. Il colore verde della fiamma indica che c’è del Rame che si è vaporizzato ed è entrato nel flusso dei gas di scarico, venendo quindi bruciato. Avevamo visto una cosa analoga durante alcuni dei test dei Raptor sul banco di prova quasi 2 anni fa. Al contrario dei propulsori Merlin, che fanno una fiammata verde alla riaccensione perché usano un composto che si ignisce al contatto con l’ossigeno,.
Elon Musk fa sapere con un tweet che c’è stato un problema di pressurizzazione dei serbatoi che stipano il combustibile per l’atterraggio (fuel header tanks), quindi si è formata una miscela ricca di ossigeno in camera di combustione che ha bruciato il rame presente, e di conseguenza il propulsore ha smesso di esercitare la spinta prevista.
[T+6’42”] Di conseguenza SN8 arriva al sito di atterraggio designato con una velocità più elevata del previsto, finendo la sua discesa con un litofreno che provoca il disassemblaggio non previsto del prototipo (un modo più carino per dire che esplode). RIP SN8
Conclusioni
Nonostante SN8 non sia sopravvissuto al test, è stato un grande successo per la SpaceX. Tutto ha funzionato quasi correttamente, e capendo dall’analisi dei dati cosa è andato storto si possono implementare le migliorie sui prototipi successivi. Insomma, sbagliando si impara! Lo abbiamo già visto con l’esplosione di SN4 sulla rampa di lancio prima del saltello a 150 metri. Ciò che è andato storto è stato corretto ed SN5 e SN6 hanno saltellato senza problemi. Intanto SN9 è già pronta che aspetta di essere portata alla rampa di lancio! Anche se probabilmente faranno delle correzioni prima del prossimo volo. In un anno sono stati fatti veramente passi da gigante.
La compagnia di Elon Musk ha dimostrato che ha intrapreso una strada valida che li porterà ad essere ancora più competitivi verso le altre agenzie spaziali. Il sistema di trasporto Starship + SuperHeavy sarà il più grande mai realizzato e totalmente riutilizzabile, permettendo di inviare persone, carico e propellente, in LEO (150 t di carico, stipabili nei 1000 m3 di volume disponibili nell’ogiva), e con il rifornimento in orbita potenzialmente anche verso la Luna e Marte.
Credits: In copertina, video ed immagini tratte dalla diretta di SpaceX