Star Wars: George Lucas e l’amore per lo spazio

Nato un anno prima della fine della seconda guerra mondiale, George Lucas ha trasformato il fascino della fanciullezza in un’epopea spaziale.

Era il 1977 quando la mente di George Lucas, uno dei registi più amati nel genere fantascientifico, partorì uno dei progetti più ambiziosi e rivoluzionari che la storia del cinema abbia mai conosciuto: Guerre stellari. Le difficoltà che contraddistinsero questo colossale progetto furono molte a partire dallo scarso budget a disposizione della Lucasfilm, la casa produttrice che finanziò la trilogia originale, e dalla totale mancanza della computer grafica (CGI). Per questi motivi gli scenografi e lo stesso regista si trovarono a dover affrontare sfide quasi insormontabili, tra le quali la creazione di tutta la serie di macchine, robot e oggetti che avrebbero caratterizzato l’universo di Star Wars. Molte intuizioni per la creazione di questi oggetti furono ispirate da parti di velivoli aeronautici. Si racconta infatti che George Lucas, dal momento che stava girando delle scene nell’ex capannone della Rolls Royce, Leavesden Aerodome, mandò i suoi collaboratori a rovistare tra i resti e i pezzi di alcuni aerei dismessi per trovare qualcosa da poter utilizzare sul set.

Il Podracer

Una delle scene più spettacolari del primo capitolo della trilogia prequel “Star Wars – La minaccia fantasma” è senza dubbio la gara con gli sgusci (podracer) che si svolge annualmente nel pianeta di Tatooine. In questo evento, il giovane schiavo Anakin Skywalker riesce a riacquistare la propria libertà vincendo e aggiudicandosi il primo posto. Dall’ immagine sotto riportata, che immortala il momento prima della partenza, si nota immediatamente come queste potenti macchine volanti siano costituite da sistemi propulsivi di vario tipo: turbofan, turbojet o motori a ioni, i quali sono collegati con dei cavi a una navicella dalla quale il pilota comanda lo ‘sguscio’.

Fotogramma tratto da Star Wars – La minaccia fantasma del momento che precede la gara con i Podracer.
Confronto tra il Pratt & Withney TF-30 e la ricostruzione dello sguscio di Anakin Skywalker.

Il blu podracer di Anakin monta due motori 620C Radon-Ulzer ai quali il giovane Anakin ha aggiunto due post bruciatori, degli impianti che aumentano significativamente la spinta del mezzo, che consentono allo sguscio di raggiungere velocità nell’ordine dei 957 km/h. Per costruire questa macchina George Lucas si ispirò al motore Pratt & Withney TF-30, un turbofan costruito originariamente per aerei subsonici e dotato poi di un post bruciatore per essere adattato per il volo supersonico. Questo motore entrò in servizio nel 1964 e fu utilizzato su numerosi aerei militari tra i quali il famoso l’F14 Tomcat.

Il Droide IG-88

Nella figura a sinistra è riportata una sezione del motore Rolls-Royce Derwent, a destra il droide cacciatore di taglie IG-88.

IG-88 era un droide costruito dall’azienda di fantasia, Holowan Laboratories, assoldato da Darth Vader per dare la caccia all’equipaggio della celebre navicella guidata da Han Solo, il Millennium Falcon. Nella saga di Guerre Stellari questo infallibile cacciatore di taglie compare numerose volte e fu assemblato con una serie di componenti aeronautici. La prima cosa che spicca all’attenzione è la testa, per la quale fu utilizzata una camera di combustione proveniente da un vecchio Rolls-Royce Derwent, un datato motore aeronautico a compressione centrifuga che ricalcava l’idea del primo motore a reazione progettato da Frank Whittle. Il combustore, parte fondamentale di qualsiasi sistema turbogas, ha il compito di confinare il processo di combustione in una zona specifica in modo da ottimizzare l’efficienza e diminuire le perdite. La camera di combustione del Derwent ha una configurazione tubolare ovvero, l’intero volume di combustione è suddiviso in elementi discreti di forma cilindrica disposti tangenzialmente intorno all’asse della macchina. Ogni elemento cilindrico viene chiamato “can” ed è proprio uno di questi che fu utilizzato per la realizzazione della testa del droide IG-88. Al giorno d’oggi, la configurazione tubolare in ambito aeronautico è stata quasi totalmente abbandonata in virtù del fatto che è una soluzione molto ingombrante e che aumenta le perdite aerodinamiche dovute all’area bagnata (la superficie di contatto tra fluido e componente), mentre trova molto spazio in applicazioni terrestri, ad esempio nell’ambito delle turbine a gas per la produzione di energia elettrica.

La cabina di comando del Millennium Falcon

L’ultimo particolare che riporteremo proviene da una delle navicelle spaziali più iconiche dell’universo fantascientifico: il Millennium Falcon. Il celebre mercantile comandato da Han Solo e Chewbacca appare in tutti i film della saga e data la sua importanza scenografica, ogni dettaglio non poteva essere trascurato dagli addetti ai lavori. La cura al minimo particolare presente nel Millennium Falcon è assai maniacale e in essa si riversano tutte le fascinazioni verso il campo dell’aviazione da cui George Lucas fu ispirato.

In questa immagine si può osservare il confronto tra l’interno del Falcon e del B-29.

Se è vero che le fredde e spigolose navi imperiali sono state ispirate dalla cultura ingegneristica della Lutwaffe e che i rumori dei vascelli spaziali furono il prodotto della distorsione sonora di rumori usciti fuori dagli ugelli di aerei militari, è inequivocabile che la cabina di comando del Falcon sia stata ispirata dal popolare B-29 Superfortress. Questo aereo, la cui progettazione richiese uno sforzo notevole da parte della Boeing, era un bombardiere strategico quadrimotore ad elica utilizzato in numerose operazioni militari tra le quali, il bombardamento atomico delle città di Hiroshima e Nagasaki. Tutte queste testimonianze, e ce ne sono altre, dimostrano l’affascinante connubio tra il reale e il fantascientifico dimostrando come tra i due mondi non ci sia poi la discrepanza che pensiamo esserci. Fu George Lucas stesso a descrivere come la meraviglia ingegneristica che si cela dietro a un aereo, a un motore, a un compressore sia paragonabile al frutto del lavoro di un disegnatore poiché, in definitiva, sono entrambe manifestazione della fantasia della mente umana.

I segreti dell’elicottero

Dietro una livrea semplice e accattivante e un rotore composto da poche pale, si nasconde un meccanismo di funzionamento ingegneristicamente complicato e di difficile manovrabilità per il pilota.

Gli elicotteri sono le macchine volanti per eccellenza dal momento che possono decollare e atterrare senza bisogno di accelerare o frenare lungo una pista. Inoltre, hanno un margine di manovrabilità molto più ampio rispetto agli aerei dato che possono mantenersi stazionari in volo (hovering) e, una volta in aria, possono orientarsi in tutte le direzioni. Tuttavia, questa maggiore libertà di movimento è associata ad una notevole complessità del rotore di volo che richiede al pilota abilità notevoli ed estrema attenzione in tutte le manovre che esegue (con i comandi a disposizione) toglierei.

Foto di un elicottero Bell UH-1Y Venom dell’aeronautica statunitense.

Come tutte le macchine volanti, anche gli elicotteri usano l’aerodinamica dei profili alari per generare portanza (lift): quando le pale del rotore ruotano rispetto all’aria che le circonda, la forma appositamente sagomata del profilo produce una forza che sostiene l’elicottero in volo e lo fa avanzare in una certa direzione. La rotazione è imposta alle pale tramite un motore di tipo turbo-shaft costituito da un compressore che aspira aria al suo interno e la comprime prima che un processo di combustione energizzi il fluido che, infine, passa attraverso una serie di stadi di turbina. Solitamente, quest’ultima è divisa in due parti, ovvero una turbina di alta pressione (HPT) che guida in compressore e una turbina di bassa pressione (LPT) direttamente collegata ad un albero che alimenta il moto di rotazione del rotore dell’elicottero attraverso un riduttore a ruote coniche che trasferisce la potenza dall’albero solidale alla turbina al master, l’albero sul quale è montato il rotore.

Forze agenti su un profilo alare immerso in un fluido in moto.

L’aspetto più stimolante del volo di un elicottero è capire come controllarne gli spostamenti, ovvero come muoverlo in avanti e indietro, come spostarlo lateralmente e come farlo ruotare attorno ad un asse verticale. Per i primi due tipi di moto, la risposta è piuttosto semplice dal momento che basta inclinare il piano di rotazione delle pale nella direzione voluta. In questo modo, la forza generata dal rotore avrà una certa inclinazione rispetto all’asse verticale così che la componente orizzontale genererà una spinta tale da spostare l’elicottero nella direzione desiderata, mentre quella verticale bilancerà la forza peso del velivolo. Pertanto, la questione più intrigante riguarda come far ruotare un elicottero attorno al proprio asse, così che possa spostarsi lateralmente o inclinarsi in avanti/indietro. Per capirlo, è necessario fare chiarezza sul funzionamento di un profilo alare, infatti la portanza che esso riesce a produrre varia in funzione dell’angolo d’attacco del profilo stesso (l’angolo tra la corda del profilo e la direzione dell’aria relativa alla pala n.d.r.); in particolare, maggiore è l’angolo d’attacco, maggiore la portanza generata dal profilo (ovviamente, questa relazione ha un limite superiore per cui, al di sopra di un certo valore dell’angolo di attacco, le prestazioni del profilo diminuiscono drasticamente). Qualora le pale dell’elicottero abbiano differenti angoli d’attacco l’una rispetto all’altra, la forza di lift è diversa su ciascuna di esse e questa differenza tra le varie forze genera una coppia che tende a far ruotare l’elicottero attorno al proprio asse. È ovvio che ciascuna pala dovrà cambiare il proprio angolo d’attacco in modo continuo così da avere sempre lo stesso valore di angolo d’attacco ad una data posizione circonferenziale sul piano di rotazione delle pale. Questo complesso movimento delle pale è gestito tramite un meccanismo noto come “piatto oscillante”.

Funzionamento del “collective pitch“. Fonte: http://www.gizio.it/
Funzionamento del “cyclic pitch“. Fonte: http://www.gizio.it/

Il piatto è composto da due dischi montati sul master. Il primo, noto come disco fisso, è collegato rigidamente alla fusoliera dell’elicottero, pertanto non ruota solidalmente al master, ma può muoversi verso l’alto e verso il basso, oppure inclinarsi in avanti, indietro, a destra e a sinistra attraverso un sistema di pistoni idraulici. Il secondo, noto come disco mobile, è montato sopra il disco fisso attraverso un cuscinetto assiale e si muove solidalmente al master a cui è collegato da un braccio meccanico: in questo modo, esso può compiere tutti i movimenti del disco fisso e, in più, è in grado di ruotare liberamente con il master e con le pale. Infine, ciascuna pala è collegata al disco mobile mediante delle billette. Questo meccanismo consente di variare contemporaneamente l’angolo d’attacco di tutte le pale semplicemente muovendo il disco fisso secondo uno dei modi precedentemente indicati. In particolare, inclinando il disco fisso, ciascuna pala vede cambiare il proprio angolo d’attacco di una quantità dipendente dall’entità dell’inclinazione. In questo modo, variando periodicamente il proprio angolo d’attacco, una pala genera più lift di quella diametralmente opposta. Questo squilibrio di forze crea un momento che inclina l’elicottero in una direzione che risulta 90° in anticipo rispetto a quella che intuitivamente ci si aspetterebbe per effetto del fenomeno di precessione giroscopica. In definitiva, per inclinare l’elicottero in avanti, sarà necessario applicare una coppia lateralmente tramite un’inclinazione a sinistra (se si osserva l’elicottero del piano di coda) del piatto oscillante. Qualora invece il piatto sia inclinato all’indietro, la coppia risultante fa ruotare l’elicottero verso sinistra. Inoltre, facendo traslare verso l’alto o verso il basso il disco fisso, l’angolo d’attacco di tutte le pale varia della stessa quantità. La forza di lift sarà dunque la stessa su ciascuna pala e l’elicottero si alzerà o si abbasserà di quota.

Infine, la maggior parte degli elicotteri hanno un rotore di coda. In sua assenza, la fusoliera ruoterebbe in senso opposto rispetto alle pale come conseguenza della coppia di forze che si genera nel contatto tra le ruote del riduttore. Il rotore di coda ha lo scopo di prevenire questa rotazione generando una forza avente un momento tale da bilanciare la coppia all’interfaccia delle ruote. Si capisce come, aggiustando in maniera appropriata l’angolo d’attacco delle pale del rotore di coda, il pilota possa gestire il moto di imbardata dell’elicottero.

Rotore di coda di un elicottero Dauphin II 1/48 KittyHawk

Da questa breve descrizione del funzionamento del rotore di un elicottero è evidente come le operazioni di manovra del velivolo siano un compito piuttosto arduo per il pilota che si trova contemporaneamente a dover gestire molteplici comandi, quali il “collective pitch” con cui fa traslare verticalmente il piatto oscillante, il “cyclic pitch” con cui ne regola l’inclinazione, la leva per gestire la potenza fornita dal motore e i pedali con cui controlla la forza prodotta dal rotore di coda. Questo complesso quadro è ulteriormente complicato dal fatto che una piccola variazione nell’assetto dei comandi può indurre una marcata variazione del comportamento dell’elicottero, il quale, peraltro, non risponde istantaneamente alle modifiche di assetto, nonché dalla necessità di operare contemporaneamente su più comandi per ottenere la condizione di moto desiderata.

Panoramica della cabina di comando di un elicottero. Fonte: http://www.gizio.it/

Valentina Tereškova, la prima donna nello spazio

Negli anni ’60 la società fu sconvolta dalla caparbietà e dalla inestimabile forza di volontà di Valentina Tereškova, una ragazza che fu una fonte di ispirazione per molte donne che, come lei, decisero di mostrare il loro valore al mondo.

Valentina Tereskova pochi istanti prima del decollo del Vostok 6

Valentina Tereskova nacque il 6 marzo del 1937 in un piccolo paese sulle rive del fiume Volga, Masslenikovo. Elena e Vladimir, i suoi genitori di estrazione proletaria e modesta, lavoravano rispettivamente come operaia in un’industria tessile e come guidatore di trattori. Purtroppo l’infanzia di Valentina e dei suoi fratelli fu segnata dall’avvento della seconda guerra mondiale nella quale morì il padre, arruolato come carrista nell’esercito russo. Negli anni seguenti, nonostante le difficoltà economiche e l’incertezza che contraddistinse il dopoguerra, la futura cosmonauta, spinta dalla passione per il volo divenne un’ammirevole paracadutista. Per capire cosa portò la Tereskova ad essere la prima donna a effettuare un volo in orbita attorno alla terra è necessario contestualizzare il periodo storico in cui essa visse.

Negli anni ’60 lo spazio rappresentava il campo di battaglia sul quale gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica si misuravano per dimostrare la propria superiorità e supremazia. A questo scopo, entrambi i paesi finanziarono numerose attività di ricerca spaziale che videro i primi effetti quando, nel 1961, grazie allo sforzo sovietico, Yuri Gagarin fu il primo uomo a compiere un’orbita attorno al globo. Negli anni successivi, si susseguirono numerose prove di forza che miravano a eseguire orbite più durature e lunghe. Tuttavia, questo non bastava al primo ministro Khrushchev che, preoccupato dai successi delle missioni americane, desiderava stupire l’intero globo attraverso missioni sempre più spettacolari e sorprendenti. Fu così che, nel 1961, da un’idea dello stesso primo ministro, fu istituito un bando per il reclutamento di una donna da inviare nello spazio. La selezione iniziò nell’estate dello stesso anno sotto la direzione del veterano Gagarin il quale recuperò migliaia di lettere che erano state inviate da giovani aspiranti cosmonaute dopo il primo volo Vostok e che erano state accantonate. Alla fine, dopo approfondite indagini e interviste, furono selezionati quattro profili, tra i quali anche quello di Valentina Tereškova. Le quattro candidate furono sottoposte a un anno di duro addestramento che comprese lo studio delle nozioni fisiche e matematiche di base, la preparazione fisica e psicologica e l’apprendimento del funzionamento della navicella spaziale. Dopo questo periodo molto intenso la candidata migliore si dimostrò la Tereskova che fu quindi scelta per la missione Vostok 6.

Valentina Tereskova e Yuri Gagarin durante una intervista pubblica.

Fu così che il 16 giugno 1963 alle 12.29, dalla cosmodromo di Bajkonur fu lanciato il Vostok 6 con a bordo la cosmonauta Valentina Tereškova, dopo pochi minuti il razzo raggiunse l’orbita e finalmente la prima donna era nello spazio. In quel momento le donne di tutto il mondo, qualunque fossero le loro tendenze politiche o ideologiche, reagirono con orgoglio ed esuberanza alla notizia che una ragazza poco più che ventenne era riuscita a dare speranza a chi, come lei, aveva voglia di dimostrare il proprio valore. Dopo quasi tre giorni di volo in orbita la navicella iniziò le procedure per l’atterraggio e dopo essere entrata in atmosfera il paracadute principale si spiegò permettendo alla Tereškova di aprire il portello laterale e lanciarsi dalla capsula. Nei pochi istanti di quella silenziosa discesa che la condusse al suolo si sarà indubbiamente sentita molto orgogliosa, soprattutto per aver ispirato moltissime ragazze che, prendendo spunto da lei, trovarono la forza di combattere gli stereotipi della società dell’epoca.

La navicella Vostok 6 dopo l’atterraggio.