Starship SN8 : il primo balzo verso Marte

Mercoledì 9 dicembre alle ore 23.45 italiane l’ottavo prototipo Starship è decollato con successo dalla base di SpaceX a Boca Chica in Texas, effettuando un volo di circa 7 minuti concluso con una spettacolare esplosione. Nonostante ciò, la maggior parte dei test sono stati superati e il volo è stato un successo dal valore inestimabile.

Starship è senza dubbio uno dei più ambiziosi progetti dell’azienza statunitense SpaceX. L’imponente razzo di 118 metri si compone di due stadi di cui il secondo prende il nome di Starship, analogamente all’intero razzo, mentre il primo di Superheavy. L’aspetto rivoluzionario di questo razzo è la possibilità di riutilizzo sia del primo che del secondo stadio. Questa caratteristica permetterà di abbassare sensibilmente i tempi di lancio ma soprattutto i costi di produzione. La rivoluzionaria navicella voluta da Elon Musk, tra i vari obiettivi, si prefigge il duplice scopo di portare l’uomo su Marte e di colonizzare in breve tempo il nostro satellite, la Luna.

Il primo stadio Superheavy e il secondo Starship che costituiscono l’intero razzo Starship.

Il prototipo SN8

SN8 è l’ottavo prototipo della serie SN e il primo completo del secondo stadio Starship, contrariamente all’idea iniziale di utilizzare materiali compositi in fibra di carbonio, è costruito interamente in acciaio inossidabile.

Schema che riassume i prototipi di Starship e Superheavy.

Questa scelta fu dettata essenzialmente da ragioni progettuali dovuti al fatto che una superficie in acciaio possiede una miglior resistenza ai gradienti termici che si sviluppano a causa dell’attrito durante il rientro in atmosfera. Con questo volo gli ingegneri della società statunitense hanno voluto analizzare il comportamento di alcune parti innovative, tra le quali le alette orientabili montate alla base e al vertice del razzo, i nuovi motori Raptor e gli scudi termici. Le appendici aerodinamiche sono state pensate per orientare il vettore orizzontalmente rispetto alla superficie terrestre stabilizzandone la discesa. Questo consente di diminuire sensibilmente la velocità di caduta, grazie alla resistenza aerodinamica generata dalla maggior superficie a disposizione e ciò permette di adottare scudi termici più sottili e quindi meno pesanti, in virtù della minor energia termica. Inoltre questa soluzione consente di non dover sprecare carburante per rallentare il razzo.

Immagine scenografica del secondo stadio la sera prima del lancio.

SN8 è dotato di 3 motori Raptor per volo atmosferico, mentre gli altri 3 sono adibiti al volo spaziale e non sono stati montati visti gli scopi del test. Il Raptor é uno dei nuovi motori sviluppati da SpaceX e adotta molte soluzioni innovative che conferiscono al sistema propulsivo una straordinaria efficienza. Quest’ultimo presenta la classica configurazione di un motore a propellente liquido con due serbatoi adibiti allo stoccaggio del combustibile e del comburente in pressione, uno o due turbocompressori che mandano il propellente in pressione nella camera di combustione, il quale, a processo ultimato, viene espulso da un ugello per generare la spinta. Uno degli aspetti interessanti di questo motore é il ciclo chiuso con cui è stato progettato. Solitamente, per alimentare il compressore viene utilizzata una turbina fatta muovere dalla combustione che avviene in un pre-bruciatore, il quale utilizza il propellente con una miscela ricca (eccesso di combustibile in relazione al rapporto stechiometrico) i cui prodotti, non solo non contribuiscono alla spinta, ma sono anche composti da propellente incombusto che viene quindi sprecato. Il sistema del Raptor invece, recupera i gas combusti in cui é presente combustibile non sfruttato, reimmettendoli in camera di combustione.

Ma come avviene questo processo? Vengono utilizzati due pre-bruciatori (pre-burner), uno che lavora in condizione ricche e alimenta la turbina connessa alla pompa del carburante, l’altro che lavora in condizioni magre e alimenta la turbina connessa al compressore del comburente. Dai due passa tutto il propellente e, dopo aver estratto l’energia di combustione sufficiente per alimentare le turbine, i prodotti vengono inviati in camera di combustione. Questo sistema a fasi a flusso completo aumenta l’efficienza complessiva, in quanto preriscalda il propellente favorendo la combustione, e fa sì che neanche una minima parte di carburante sia sprecata e non utilizzata per la propulsione. Inoltre, il Raptor utilizza una miscela combustibile/comburente formata da metano e ossigeno che, oltre a generare una combustione pulita e essenzialmente poco inquinante (i prodotti di combustione sono anidride carbonica e acqua), offrono un impulso specifico molto elevato.

I 3 Raptor montati su Starship. Lo spazio vuoto ospiterà altri 3 Raptor progettati per funzionare in assenza di atmosfera.

Sulla pancia del razzo sono montate anche delle tegole esagonali di materiale refrattario e ablativo che serviranno come scudo termico e la cui resistenza meccanica è stata testata durante il volo. La presenza dello scudo termico è necessaria perché nella prima fase di rientro, l’atmosfera è troppo rarefatta per garantire controllo aerodinamico ma la velocità è tale che le superfici sono sottoposte a temperature elevate che, senza scudo termico, determinerebbero la fusione della struttura del razzo.

Alcune piastrelle di scudo termico montate su SN8 per essere testate.

Il Volo di SN8

Dopo un inaspettato rinvio del volo, previsto alle 22.40 ore italiane, a causa di un velivolo privato entrato nello spazio aereo dello Starship SN8, probabilmente per avere una visuale privilegiata sul lancio, alle ore 23.45 i motori del secondo stadio si accendono e il razzo decolla senza problemi. Durante l’ascesa due dei tre motori Raptor si spengono (non sappiamo se volutamente o meno) lasciando la SN8 a galleggiare nei cieli fino allo spegnimento dell’ultimo motore. A quel punto inizia la discesa verso il suolo e il razzo si orienta perfettamente in posizione “supina” grazie alle alette aerodinamiche, favorendo l’azione di rallentamento dell’attrito aerodinamico.

Schema riassuntivo delle fasi del test di SN8.

Poco dopo, ultimata la fase di discesa orizzontale, i motori si riaccendono riportando il razzo in posizione verticale, tuttavia la velocità è troppo elevata e una volta toccato il suolo l’esperienza del volo di test della Starship SN8 si conclude con una spettacolare esplosione. Nonostante questo finale, Elon Musk, che aveva dato alla perfetta riuscita del test una probabilità pari al 30% ,si è mostrato sin da subito positivo, annunciando che il test è stato un successo e ha permesso di catturare una mole di dati molto importanti per la continuazione del progetto Starship che un giorno si promette di portare l’uomo su Marte.

Il momento della spettacolare esplosione del razzo SN8.