Starship fa un altro passo avanti grazie a un diluvio d’acqua
Domenica 6 agosto SpaceX ha condotto un importante e atteso test del sistema di protezione della rampa di lancio a “diluvio d’acqua” (Water Deluge System) nel sito di Boca Chica, in Texas, con un breve static fire di Booster 9 che, pur terminato anticipatamente, ha mostrato segnali incoraggianti. Al termine del test la rampa non ha mostrato alcun danno e nei giorni immediatamente successivi non sono stati notati particolari attività di manutenzione.
Una situazione ben migliore di quella occorsa in occasione del primo decollo del gigantesco razzo Starship avvenuto lo scorso aprile, quando la straordinaria potenza dei suoi 33 motori Raptor aveva maciullato il cemento armato posto al di sotto della rampa. Oltre al danno materiale alle strutture, alcuni frammenti avevano con ogni probabilità colpito il fondo del razzo causando il malfunzionamento di alcuni motori e la rottura di alcuni sistemi di avionica, rivelatisi poi fattori determinanti per la fine prematura del volo.
Perché le rampe di lancio vanno protette
Il problema fondamentale è che i motori a razzo producono una grande quantità di gas di scarico incandescenti ad alta velocità: in altre parole una grande quantità di energia cinetica e acustica a poca distanza dal suolo che, in assenza di misure di contenimento, possono portare al danneggiamento della rampa e alla distruzione del razzo.
Come ben spiegato dal dott. Philip Metzger, un ex dipendente NASA molto esperto della questione in un lungo thread su X (ex Twitter), i gas di scarico di un vettore al decollo sono in quantità e con una pressione tali da riuscire a infiltrarsi facilmente in crepe o altre irregolarità del terreno della rampa provocandone la frattura, anche nel caso di pesanti lastre in cemento armato. A livello acustico, le onde d’urto vengono riflesse dal suolo e rimbalzano verso l’alto, esercitando una notevole pressione sulla superficie esterna del vettore in decollo. Entrambi questi fattori concorrono, se non mitigati, alla possibile perdita catastrofica della missione già nelle primissime fasi.
Metzger ha analizzato le immagini del decollo di Starship nelle quali erano evidenti enormi frammenti di cemento armato che letteralmente volavano accanto al razzo, e ha suggerito che questo fosse il risultato della mancanza di un sistema di smorzamento alla base della rampa. Questi sistemi sono normalmente costituiti da due parti: un condotto per indirizzare e disperdere i gas di scarico chiamato “trincea” e un cuscino d’acqua capace di smorzare le vibrazioni acustiche e al contempo di prevenire danni alla struttura causati dal calore degli esausti.
Le aziende aerospaziali hanno risolto questi due problemi con soluzioni lievemente diverse per forma e dimensioni, ma analoghe a livello funzionale. Sotto le rampe vengono scavate delle profonde trincee di forma adatta a raccogliere e allontanare gli esausti. Lo smorzamento delle vibrazioni acustiche avviene grazie a numerosi soffioni idraulici distribuiti in precisi punti della rampa che, a partire dagli istanti immediatamente precedenti l’accensione, inondano la zona con milioni di litri d’acqua. Questi ultimi formano un vero e proprio cuscino poco sotto ai motori, oltre che allagare tutte le zone potenzialmente impattate dalle fiamme.
Ecco due esempi di funzionamento del water deluge system, prima in casa NASA…
e poi in casa ESA, presso la futura rampa di lancio di Ariane 6. In entrambi i video sono ben visibili anche le trincee: uno scavo nel caso di NASA e due grandi “gallerie” nel caso di ESA.
La scelta di SpaceX
Nonostante Starship sia dotata di un numero di motori a razzo superiore a qualsiasi altro vettore attualmente in servizio, già nel 2020 Elon Musk si era pubblicamente pronunciato a sfavore della costruzione di una trincea per le fiamme, e il primo decollo del nuovo vettore è in effetti avvenuto senza alcun sistema di protezione della rampa di lancio. Non è dato sapere quali analisi siano state condotte a supporto questa scelta, che si è rivelata un grosso errore di valutazione.
Le immagini del primo decollo di Starship, soprattutto se riviste al rallentatore, non hanno lasciato spazio a dubbi. I 33 Raptor hanno sbriciolato le lastre di cemento armato che costituivano il pavimento della rampa, per poi continuare a scavare nel sottosuolo fino a creare un cratere profondo alcuni metri e ripulendo all’osso i tondini di acciaio delle fondamenta in cemento cemento armato. Una pioggia di sabbia di detriti di calcestruzzo si è riversata su un’ampia zona attorno a Boca Chica, rinvigorendo il dibattito sull’impatto ambientale del centro di lancio soprattutto in caso di incidente.
La ricostruzione della rampa di lancio di Starship ha richiesto un paio di mesi, ed è avvenuta integrando un sistema di protezione costituito da una sorta di “doccia” rovesciata che spruzza verso l’alto grandi quantità d’acqua. Il getto, che quando entra in funzione ricorda la forma di un fiore, scorre dal centro della rampa verso il perimetro esterno. Non sono però state scavate trincee per le fiamme, probabilmente contando sul fatto che la distanza tra l’anello di lancio e il suolo, combinato con la potenza e la direzione impressa ai getti d’acqua, saranno sufficienti a garantire un’adeguata protezione.
Il test di domenica doveva durare 5 secondi e impiegare tutti e 33 Raptor, ma durante la diretta il commentatore ha annunciato che quattro dei propulsori si erano spenti prematuramente, e che la durata del test è stata ridotta a 2,74 secondi. Inoltre non è noto il livello di potenza a cui i motori hanno operato. La vera prova del fuoco, quella svolta nelle peggiori condizioni possibili, sarà dunque il decollo del secondo prototipo di Starship, attualmente previsto per l’autunno 2023.
Tornare presto a volare
La buona riuscita del collaudo del WDS è stato un importante risultato per SpaceX, che non ha alcun interesse a perdere un altro vettore o a danneggiare ulteriormente il sito di lancio, ma è anche servita a dimostrare alla FAA e agli altri enti regolatori che l’azienda ha probabilmente trovato il modo di contenere rischi e ricadute ambientali legati alle operazioni di lancio.
Prima di tornare a volare, SpaceX dovrà anche risolvere in modo convincente le inefficienze mostrate dal sistema di terminazione del volo (FTS) che, stando alle dichiarazioni di Elon Musk, è entrato efficacemente in funzione solo dopo 40 secondi dal comando di autodistruzione inviato per porre fine all’erratico volo della prima Starship.
SpaceX sta costruendo una nuova rampa di lancio a Cape Canaveral, in Florida, presso il Kennedy Space Center. I lavori sono già in stato avanzato e non è ancora chiaro se e come il sistema a diluvio d’acqua possa essere integrato a questo punto.
Fonti: SpaceX e ForumAstronautico.it
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