Elon Musk accende i motori per Marte

(C) Elon Musk via Twitter

Lo scorso 4 febbraio Elon Musk ha diffuso su Twitter le prime immagini dell’accensione al banco prova del potente motore a razzo Raptor durante un test che ha avuto luogo a McGregor, Texas.

Anche se collegato ad un blocco di cemento di parecchie tonnellate e non ancora ad un razzo vero e proprio, la prova è stato un indubbio successo, che ha battuto un record vecchio di anni e ha spianato la strada ai test di volo della nuova astronave di SpaceX concepita per i piani di Elon Musk per la colonizzazione di Marte.

Ecco lo spettacolare video rilasciato da Musk in persona.

Qualche dettaglio tecnico sui Raptor

A partire dal 2009 SpaceX ha iniziato a lavorare su un nuovo motore a razzo, il Raptor, capace di operare a metano e ossigeno liquidi. Inizialmente un progetto a bassa priorità, a partire dal 2012 l’azienda ha iniziato a parlarne pubblicamente in misura sempre maggiore e ad investire maggiori risorse interne per il suo sviluppo, finché a febbraio 2019 è stato testato il primo prodotto finito.

La novità apportata dai Raptor in casa SpaceX, al di là dell’essere il motore più potente ad oggi in dotazione all’azienda californiana, è l’alimentazione a metano e ossigeno liquidi. La scelta del metano come propellente per un razzo, al momento abbastanza inusuale, è spinta dalla scelta di SpaceX di avere un unico tipo di combustibile per primo e secondo stadio. Questo consente infatti di abbassare i costi di produzione, facilitare il mantenimento a temperature criogeniche e anche di rifornire l’astronave al di fuori della Terra. Il metano infatti può essere prodotto anche su Marte, utilizzando le risorse locali come ghiaccio e anidride carbonica, così come descritto già dal 1991 da Robert Zubrin nel suo piano di missione “Mars Direct“.

Comparazione dei tipici propellenti usati in astronautica. Credit: IAC Guadalajara, Elon Musk

Il funzionamento è quello di un motore a ciclo a precombustione a flusso completo, dove una parte di combustibile e ossidante (metano e ossigeno) viene dapprima utilizzata per azionare le turbopompe, aumentando la pressione nella camera di combustione, e poi consumata completamente nella stessa camera di combustione.

Il processo è complesso ma efficiente. Precedentemente si usavano cicli separati per azionare le turbopompe, e il gas combusto in questo passo veniva espulso, sprecando un po’ di energia di spinta. Il motore a ciclo a precombustione conserva questo gas di scarto, molto caldo, e lo reimmette nel ciclo, finendo nella camera di combustione finale.

Per azionare la turbina di compressione del metano arriva una gran quantità di metano e una piccola di ossigeno, che si combinano bruciando parzialmente, ottenendo una miscela di gas di metano incombusto e gas di scarico a una temperatura dell’ordine di circa 500 gradi centigradi. Nell’altra turbina, avviene un processo opposto, arriva una gran quantità di ossidante e una piccola di carburante, che generano una combustione parziale producendo un mix di gas caldo ricco di ossigeno, di qualche grado di temperatura inferiore al gas dell’altra turbopompa.

Nella camera di combustione finale arrivano questi due gas caldi, che bruciano infine completamente a una temperatura di circa 3000 gradi. Il calore prodotto nell’ugello viene parzialmente refrigerato facendo passare i condotti del metano a contatto con l’ugello, con il duplice vantaggio di riscaldare il metano dalle temperature criogeniche e di raffreddare l’ugello per evitare che raggiunga il punto di fusione.

Schema riassuntivo del funzionamento di un motore a razzo a ciclo a precombustione

Il motore Raptor è stato progettato per essere utilizzato ad una pressione di 30 MPa (300 bar) nella camera di combustione e dare una spinta propulsiva di 1700 kN a livello del mare.

I test a McGregor

Il 3 febbraio a McGregor, in Texas, è stato testato per la prima volta un motore (quasi) definitivo. Il test è stato molto limitato, non era a piena potenza e la durata è stata solo di due secondi, ma tutto ha funzionato alla perfezione. La riuscita del test non era scontata e i dati ottenuti sono preziosissimi per gli ingegneri di SpaceX. Il motore ha girato a una potenza del 60% e la pressione ottenuta nella camera di combustione è stata di 17 MPa.

L’11 febbraio è stato ripetuto il test, questa volta per più tempo e con una potenza maggiore, la pressione nella camera di combustione è arrivata a 26,89 MPa, superando il record precedente di 25 MPa detenuto da decenni dal motore russo RD-180. Elon Musk ha dichiarato che sebbene il motore possa raggiungere l’obiettivo di 30 MPa in camera di combustione, solo 25 sono sufficienti per il funzionamento del nuovo razzo.

Il 21 febbraio il motore è stato testato fino al punto di rottura: non è stato rilasciato pubblicamente a quanto sia arrivata la pressione massima in camera di combustione, ma alcune componenti hanno ceduto, come peraltro atteso dagli ingegneri. Un nuovo motore, migliorato e modificato in base ai dati raccolti con le accensioni fin qui condotte, verrà presto messo a disposizione per continuare i test, mentre il vecchio verrà riciclato, per quanto possibile.

La rottura del motore, che potrebbe far pensare ad un guasto inaspettato, è in realtà parte integrante delle campagne di sperimentazione, che analizzano circostanze e modalità del cedimento per ottenere una comprensione maggiore del funzionamento delle varie componenti del propulsore.


Il test a massima pressione nella camera di combustione ha danneggiato il Raptor SN1 (come da attese). Molte componenti sono in uno stato decente per essere riutilizzate, ma i prossimi test saranno col SN2, che è quasi completato.

Elon Musk

L’integrazione dei Raptor con lo “Starhopper”

Una volta completati i test a McGregor i motori verranno trasferiti a Boca Chica, sempre in Texas, dove nel frattempo continuano i lavori sul prototipo Starhopper, la navicella di test su cui probabilmente verranno montati tre Raptor.

Starhopper è un veicolo sperimentale destinato a test in volo suborbitale, che secondo le più rosee aspettative potrebbe effettuare la sua prima missione già nel 2019.

Il razzo definitivo, il famoso e più volte ribattezzato BFR, sarà alto più di 100 metri e largo 9, sarà composto dal booster SuperHeavy spinto da 31 motori Raptor e dalla navicella Starship, posta in cima al booster e a sua volta dotata di altri 7 motori Raptor

Fonte: Elon Musk (@elonmusk) | Twitter

Immagine in evidenza: Elon Musk via Twitter

  Copyright Associazione ISAA 2006-2021 - Vedi qui i dettagli della licenza.

Commenti

Commenta e approfondisci su ForumAstronautico.it

Gianmarco Vespia

La scienza è importante. Ne ho fatto parte tanti anni fa, ma ho dovuto abbandonare la carriera. In Italia manca il supporto agli scienziati, in molti modi: sostegno, fiducia, credibilità, rispetto e finanziamenti. ISAA mi ha dato la possibilità di diventare divulgatore e di raggiungere un pubblico interessato e appassionato in questo piccolo settore che è l'astronautica. La scienza si muove troppo in silenzio, occorre pazienza e attenzione per capirla e apprezzarla, per spiegarla alle nuove generazioni, appassionarle e permettergli di costruire un futuro migliore per sé e per il mondo intero.

2 Risposte

  1. Emilia ha detto:

    Tanta fortuna per Elon Mask

  2. Giovanni ha detto:

    Ma avete spiegato a Musk che su Marte non ci sono strade? Come fa a guidare la sua Tesla?