Prima accensione per il motore dimostrativo europeo a combustione frazionata

Il logo di AstronautiNEWS. credit: Riccardo Rossi/ISAA
Il logo di AstronautiNEWS. credit: Riccardo Rossi/ISAA

Il primo test di un dimostratore a scala ridotta di un motore a razzo a combustione frazionata ha avuto luogo nel centro di ricerca DLR tedesco di Lampoldshausen, in Germania. Lo sviluppo di questa tecnologia fa parte del Programma per futuri lanciatori dell'Agenzia Spaziale Europea (Next Generation Launchers, NGL).

Uno degli sviluppi tecnologici necessari per la prossima generazione di veicoli da lancio europei è la progettazione del motore primario, in quanto i motori europei maggiormente performanti – come il Vulcain di Ariane 5 – stanno raggiungendo il massimo di spinta e prestazioni ottenibili.
Un obiettivo del programma per futuri lanciatori (FLPP, Future Launchers Preparatory Programme) dell'ESA è lo sviluppo di nuove tecnologie per i propulsori di nuova generazione. I test di queste settimane fanno riferimento a propulsori in regime di combustione frazionata.

I propulsori a propellente liquido possono infatti essere classificati in cicli aperti o cicli chiusi, in funzione di come producono i gas che mettono in moto le turbine, che a loro volta permettono il trasferimento di ossidante e combustibile in camera di combustione. L'esperienza dell'Europa è stata rivolta principalmente a motori a combustione aperta – come il Vulcain – e in motori a ciclo chiuso ad espansione – come il motore Vinci di Ariane 5 (in fase di test).

Le ricerche attuali sono orientate allo sviluppo di tecnologie di propulsione a ciclo chiuso a combustione frazionata. Esempi di motori a combustione frazionata sono i motori principali dello Space Shuttle (SSME, Space Shuttle Main Engines). Questo perchè le prestazioni di un propulsore con generatore di gas (come il Vulcain) in termini di Impulso specifico ponderale sono intrinsecamente limitate, mentre nel caso della combustione frazionata aumentano considerevolmente con la pressione di combustione: l'ottenimento di migliori prestazioni avviene grazie all'utilizzo di pre-camere di combustione a pressione molto maggiore della pressione della camera principale.

Con gli aumenti di Impulso specifico sarà  anche possibile ridurre la quantità   di propellente (l'impulso specifico è la spinta sulla portata ponderale di propellente consumato), riducendo di conseguenza le dimensioni e la massa del veicolo di lancio.

Per quanto riguarda i propellenti si pensa di analizzare in futuro la possibilità  offerta da idrocarburi, come il metano liquido: sebbene questo contenga meno energia specifica rispetto all'Idrogeno liquido, l'alta densità   e la potenziale inferiore richiesta di storabilità   potrebbero ridurre massa e dimensioni dei serbatoi.

Il recente test presso il centro DLR di Lampoldshausen ha comportato l'accensione di un piccolo propulsore a idrogeno a combustione frazionata. Dei test che utilizzino metano come propellente assieme all'ossigeno liquido sono in fase di preparazione.

I test del programma ESA-FLPP sono gestiti da un consorzio di aziende come Snecma (Francia), Avio (Italia) e Astrium (Germania) e si avvalgono dei centri ESA e DLR come appoggio ai test.

Credits: ESA and Wikipedia