Scritto: Giovedì, 10 Dicembre 2020 18:50 Ultima modifica: Domenica, 13 Dicembre 2020 00:52

Starship SN8: dal sogno alla realtà!


Il prototipo SN8 della Starship di SpaceX ha compiuto il tanto atteso primo volo ad alta quota. Tutto si è svolto perfettamente, fino alla fase finale di atterraggio, lasciando stupiti tutti gli appassionati ed esperti del settore.

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Il momento del decollo di SN8. Il momento del decollo di SN8. Credit: Jack Beyer/NASAspaceflight

Il 9 dicembre 2020 sarà ricordato come un momento 'storico' per l'astronautica mondiale. La SpaceX è riuscita a far volare ad alta quota un suo prototipo Starship, quello conosciuto con il numero di produzione SN8, ed a fargli eseguire tutte le complesse manovre previste. L'unico inconveniente è stato al momento dell'atterraggio sulla piazzola quando, colpa una abbassamento della pressione nel serbatoio del propellente, non è riuscito a rallentare sufficientemente, schiantandosi ed esplodendo.

Ma andiamo con ordine; il primo tentativo di lancio di SN8 si era tenuto nella giornata del 8 dicembre dalla rampa di Boca Chica, Texas, sito di costruzione e test delle Starship. Grazie agli appassionati americani, ed alla SpaceX stessa, tutto l'evento veniva trasmesso in diretta streaming. Ma, ad appena 1,3 secondi dal decollo, i computer di bordo avevano fermato tutto. A quel punto, senza che la SpaceX chiarisse il motivo del problema, veniva tutto rimandato di 24 ore. Il giorno successivo, 9 dicembre, la finestra di lancio del test si è aperta, come il giorno precedente, alle 8 locali (le 15:00 italiane) e si sarebbe chiusa alle 17 (la mezzanotte nostrana). Dopo vari rinvii del momento del decollo, avvenuti nel corso della giornata, questo veniva fissato per le 16:20 (le 22:20 italiane) ma, a circa 2 minuti e 6 secondi dal lancio è stato nuovamente interrotto. Dopo alcuni minuti, senza nessuna comunicazione da parte SpaceX, appariva un cartello con una nuova ora di decollo: le 16:40 (23:40 italiane), quindi quasi alla chiusura delle finestra di lancio. Altro piccolo aggiustamento per le 16:45 (le 23:45 italiane) e, finalmente, SN8 decollava grazie alla spinta dei tre motori Raptor che bruciano metano ed ossigeno liquido. Anche questa è stata una delle tante 'prime' di oggi. Infatti era la prima volta che un prototipo di Starship si alzava dal suolo grazie alla spinta di tre motori. Infatti i piccoli 'salti' dei prototipi precedenti (SN5 ed SN6) erano sempre stati eseguiti con un solo motore Raptor installato.

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Il prototipo SN8 prosegue la corsa nel cielo. Nell'immagine in basso a destra i tre motori Raptor a piena potenza Credit: SpaceX

Circa 100 secondi dopo l'accensione dei motori, mentre il veicolo continuava la sua salita indisturbata verso il cielo terso pomeridiano del Texas meridionale, uno dei tre Raptor si spegneva. Dopo altri due minuti anche un secondo motore si spegneva, lasciandone soltanto uno in funzione per un altro minuto e mezzo. Dopo il test Elon Musk ha chiarito, in uno dei tanti tweet, che i motori si sono comportati come previsto, e quindi solo allora abbiamo compreso che questi spegnimenti in successione erano programmati. Infine, dopo poco meno di cinque minuti dal decollo, Starship ha spento tutti i motori, dopo aver raggiunto un'apogeo stimato di 12,5 km, ed ha iniziato a ricadere verso la Terra. Il prototipo ha assunto quindi la posizione che viene chiamata 'skydiver' (da paracadutista) o 'belly-flop' (di pancia). In pratica SN8 ha assunto una posizione orizzontale, con le alette anteriori e posteriori che si muovevano, come fa un paracadutista con le braccia e le gambe mentre scende in caduta libera, per mantenere stabile quell'inusuale assetto. Sono trascorsi quindi altri due minuti, mentre la Starship ricadeva verso il suolo, con l'assetto orizzontale mantenuto straordinariamente stabile per un veicolo di quelle dimensioni.

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Il prototipo SN8 nella fase di caduta libera di 'pancia'. Credit: Richard Angle/Teslarati

Verso le 16:52 locali (le 23:52 italiane) SN8 riaccendeva, prima uno, e poi due motori Raptor mentre eseguiva una brusca rotazione di oltre 90° portandosi da orizzontale a verticale nel tentativo di atterrare sulla piazzola in cemento posta a poche decine di metri dalla rampa di lancio. Sfortunatamente, come abbiamo accennato sopra, qualcosa è andato storto ed uno dei due motori si è spento prematuramente e, nello stesso momento, lo scarico di quello rimasto prendeva un colore verde. Questo fatto era segno di una combustione estremamente ricca di ossigeno a causa della perdita di pressione del serbatoio del propellente. A quel punto SN8 toccava il suolo circa 10/20 secondi prima del previsto, ad una velocità di 30 metri al secondo; troppo veloce per sopravvivere, ed esplodeva in una palla di fuoco. Comunque, negli oltre 400 secondi di volo, dal decollo all'esplosione, gli ingegneri e tecnici della SpaceX hanno sicuramente raccolto migliaia di dati che potranno mettere a frutto entro pochi giorni. Infatti il prototipo successivo, SN9, è già pronto nella zona di Boca Chica dedicata all'assemblaggio dei veicoli Starship. Elon Musk ha confermato che, da parte loro, il test ha avuto un successo quasi insperato (alcuni giorni prima aveva dato solo un 30% di riuscita) compiendo tutti i compiti (tranne l'atterraggio) assegnati. In pratica il test ha dimostrato l'ascesa compiuta con tre motori, la stabilità nella caduta libera, il passaggio dell'alimentazione del propellente dei motori dal serbatoio principale a quello, più piccolo, posto all'interno dell'ogiva, la ri-accensione dei motori e la manovra di cambio di assetto. Per tutte le immagini delle varie fasi del volo ad alta quota di SN8 consiglio vivamente di guardare la pagina curata da Marco Di Lorenzo per i due giorni di test del'8 e 9 dicembre.

I danni dell'esplosione al suolo non sembrano, al momento, essere così gravi da creare troppi ritardi nei test successivi.

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Il prototipo SN9, dentro l'hangar Mid Bay, e SN5 e SN6 fuori. Credit: Mary BocaChicaGal

Ma facciamo un passo indietro e vediamo quali eventi ci hanno portato fin qui: l'ultima volta che, su questo blog, abbiamo parlato approfonditamente del progetto Starship di SpaceX era il 5 settembre, quando il prototipo SN6 aveva eseguito il suo primo, ed ultimo, 'saltino' di 150 metri. Da allora la SpaceX ha avuto il pieno successo nel lancio della prima missione operativa della Crew Dragon, diretta alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), che ha fatto passare in secondo piano le varie operazioni a Boca Chica, base operativa del progetto Starship. Su questo progetto Elon Musk, fondatore e capo progettista della SpaceX, scommette il suo futuro, quello della sua compagnia e, forse, anche quello del volo spaziale umano. In pratica il sistema Starship, completamente riutilizzabile, permetterebbe alla SpaceX di abbandonare i vettori Falcon 9 ed utilizzare solamente, per tutti gli scopi, questo nuovo razzo. Starship, lo ricordiamo, è composto di due parti: il SuperHeavy, ovvero il primo stadio, completamente riutilizzabile e propulso da diverse dozzine di motori Raptor a metano/ossigeno liquido, e dalla Starship vera e propria. Questa nave spaziale, lunga circa 50 metri, sarà in grado di essere lanciata dal SuperHeavy, raggiungere l'orbita grazie ai propri motori Raptor (3 ottimizzati per l'atmosfera e 3 per il vuoto) e rientrare ed atterrare sulla Terra o qualunque corpo celeste come Luna, Marte, ecc.

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Nell'illustrazione artistica un veicolo Starship completo in volo. Credit: SpaceX

Quello che viene fatto a Boca Chica, che si affaccia sul Golfo del Messico, è uno sviluppo accelerato del processo di realizzazione dell'intero sistema, utilizzando il metodo di testare sul campo vari prototipi, sempre più complessi, ed imparare dagli errori fatti. Un sistema che, in campo aerospaziale, non è mai stato utilizzato prima d'ora (almeno su questa scala). Ricordo infatti che, una volta completato, il 'sistema Starship' completo (SuperHeavy + Starship) sarà alto 120 metri, con un diametro di 9 e con la possibilità di trasportare, in orbita bassa terrestre, oltre 100 tonnellate di carico utile, sia cargo che esseri umani.

I prototipi Starship SN5 ed SN6, protagonisti degli scorsi mesi, si trovano adesso all'esterno degli hangar di montaggio, in attesa di un loro destino, dopo i salti compiuti con successo. Il prototipo SN8, una volta completato con le alette inferiori, venne trasportato alla rampa di lancio e sottoposto a vari test criogenici per dimostrare la sua resistenza. Nel frattempo anche il prototipo SN7.1, soltanto un serbatoio più piccolo del normale, è stato testato più volte fino alla rottura, voluta, avvenuta il 23 settembre, per valutare la resistenza del nuovo tipo di acciaio (301L) utilizzato per lo scafo del veicolo. I risultati del test distruttivo devono aver convinto gli ingegneri della SpaceX che la strada intrapresa è quella giusta e quindi hanno proseguito con il completamento di SN8 ed iniziato l'assemblaggio di SN9.

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In quest'immagine il prototipo SN8 sulla rampa durante una visita di Elon Musk Credit: SpaceX

SN8, una volta raggiunta la rampa di lancio dei prototipi ed issato sopra, è stato fornito di tre motori Raptor, per l'esattezza dei numeri seriali Nr.30, Nr.36 e Nr.32. Il 20 ottobre si è svolto il primo static fire (una breve accensione dei motori per valutarne le condizioni) con tutti e tre i motori Raptor. Come per i precedenti test di accensione si è trattato di un breve evento, circa tre secondi, ma durante il quale i motori hanno mostrato tutta la loto potenza. Poi anche l'ogiva, completa di alette superiori, è stata trasportata alla rampa e, prima di essere unita al resto del veicolo, ha visto il collaudo del sistema di controllo a reazione, l'RCS. Questo sistema, dotato di piccoli motori a gas inerte, si trova nella parte superiore dell'ogiva e serve per il controllo di assetto del veicolo. Il 23 ottobre, grazie alle gigantesche gru presenti nei pressi della rampa, i due segmenti di SN8 sono stati accoppiati e saldati. Per la prima volta, dopo SN1 un anno fa (in effetti rivelatosi solo un guscio vuoto buono per l'effetto scenico della presentazione di Musk), una Starship volante è stata completata. Intanto, nei pressi degli edifici di assemblaggio di Boca Chica è apparsa una parte superiore di Starship dipinta di bianco e con la bandiera USA ed il logo 'worm' della NASA (quello utilizzato negli anni '90 ma da poco tornato di moda). Non si esclude che possa trattarsi di un mockup (ovvero un prototipo inerte) da presentare all'agenzia spaziale statunitense per il lander del programma Artemis. Infatti già gli altri due concorrenti per il veicolo di atterraggio abitato lunare, Dynetics e National Team, hanno inviato dei mockup presso il centro Marshall della NASA. In questo modo la NASA può iniziare a vedere e valutare, dal vivo, le dimensioni e le sistemazioni interne di questi veicoli. Tornado a Boca Chica; nelle ultime settimane il nuovo hangar (High Bay) è stato completato ed ora ospita le prime parti del SuperHeavy BN1 e di SN9. Infatti il 9 novembre sono iniziati i lavori per dotare il prototipo Starship SN9 delle sue alette di controllo, mentre prosegue anche l'assemblaggio, in vari stadi di avanzamento, dei prototipi da SN10 fino a SN15.

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In questo chiaro diagramma, i vari prototipi Starship al punto a cui si trovano alla data del 10 dicembre 2020'. - Credit: Brendan Lewis/NSF - Processing: Marco Di Lorenzo

Nei giorni fra il 9 ed il 12 novembre la SpaceX ha eseguito una serie di test sempre più complessi su SN8 in rampa: dal rifornimento dei propellenti criogenici, ai test di pressione fino ad un primo static fire, il 10, condotto però con un solo Raptor. In quell'occasione l'accensione ha sollevato dei piccoli detriti nell'aria, molto probabilmente pezzi di cemento della piazzola di lancio. Dopo un giorno di pausa, il 12 è stato eseguito un secondo static fire, stavolta con due Raptor, che però ha avuto esiti peggiori. Infatti, appena accesi, i due motori sono stati spenti ma non prima che cominciasse a colare liquido incandescente da uno di essi. Poco dopo Elon Musk stesso ha ammesso che l'accensione aveva scaraventato detriti della piazzola contro i motori stessi, danneggiandone pesantemente uno. Inoltre anche le valvole dei serbatoi propellenti avevano subito un guasto e, solo grazie ad un disco di rottura, attivato come previsto in caso di sovrappressione del serbatoio, SN8 aveva evitato il botto.

Nei giorni successivi, uno dei tre motori Raptor, il Nr.32, era stato quindi sostituito, ed installato uno nuovo, il Nr.42. Finalmente, il 24 novembre, si è svolto un nuovo static fire per verificare che tutti e tre i motori Raptor, compreso quello nuovo installato, fossero in ottime condizioni per il volo, tanto atteso, a 12,5 km. Questo static si è finalmente svolto come previsto spianando così la strada al test. Inizialmente il volo avrebbe dovuto raggiungere i 20 km, poi scesi a 15 ed infine a 12,5. Queste riduzioni, nella quota da raggiungere, sembrerebbero dovute ai venti ad alta quota che il veicolo incontrerebbe durante la delicata fase di traslazione fra la fase di ascesa propulsa e la discesa di pancia, utilizzando le superfici aerodinamiche.

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I tre motori Raptor installati sul prototipo SN8. Credit: SpaceX

Come si vede il lavoro che giace dietro questo progetto è veramente gigantesco e solo la perseveranza (e forse incoscienza) di Musk permettono di poterlo veder avanzare. Noi seguiremo, come fatto finora, molto attentamente il progetto Starship perchè, sicuramente, è parte della Storia dell'astronautica. Mentre scrivo queste parole, ho ancora negli occhi quel breve volo che ci ha scaraventato, per una sera, avanti nel futuro dell'astronautica. Speriamo che almeno questo possa farci sognare e dimenticare, almeno per un istante, questo anno terribile.

 

Fonti:
SpaceX - https://www.spacex.com/vehicles/starship/
  - https://www.spacex.com/media/starship_users_guide_v1.pdf
NASASpaceflight - https://www.nasaspaceflight.com/2020/12/from-hops-hopes-starship-sn8-test-program-next-phase/
Lab Padre - https://www.youtube.com/channel/UCFwMITSkc1Fms6PoJoh1OUQ
Teslarati - https://www.teslarati.com/spacex-starship-nearly-sticks-landing-high-altitude-debut/

Altre informazioni su questo articolo

Letto: 249 volta/e Ultima modifica Domenica, 13 Dicembre 2020 00:52
Massimo Martini

Sono appassionato di astronomia e di astronautica fin da quella notte del luglio 1969 quando, a poco più di sei anni, vidi i primi uomini mettere piede sulla Luna. La passione è cresciuta con gli anni e, sebbene non si sia trasformata in attività lavorativa, sono diventato un grande appassionato. Nel 1992, in pieno viaggio di Nozze, sono riuscito a trascinare persino la mia dolce metà al Kennedy Space Center per vedere il lancio del primo italiano nello spazio. Dal 2000 al 2017 ho realizzato e curato il sito astronautica.us che è stato sempre aggiornato ed il più possibile affidabile nelle informazioni. Purtroppo, per motivi personali sono stato costretto a chiudere il sito nel luglio 2017.
Sono stato, assieme a mia moglie, uno dei responsabili delle prime tre edizioni della convention 'AstronautiCON', che hanno visto anche la presenza di illustri ospiti nel campo astronautico. Al momento collaboro saltuariamente con la rivista del settore 'Spazio Magazine', attivamente con il sito aliveuniverse.today ed ho una rubrica fissa astronomica sul magazine locale 'Quello che c'è'.

www.astronautica.us | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

2 commenti

  • Comment Link Massimo Martini Venerdì, 25 Dicembre 2020 00:44 posted by Massimo Martini

    Sono contento di queste sue domande e passo a risponderle. Andiamo con ordine...
    Al punto vicino all'apogeo toccato da SN8 è stato spento anche il terzo motore (come si può chiaramente vedere anche nel recentissimo e spettacolare video di SpaceX: https://www.youtube.com/watch?v=_qwLHlVjRyw). Quindi, in quel momento Starship, come ho scritto, aveva tutti e tre i motori spenti. Mi faccia capire perchè mi dice che sarebbe corretto?
    Sulla fase di atterraggio ha perfettamente ragione lei (anche leggendo quanto espresso da Musk nei giorni seguenti). Il problema è stato soltanto per la perdita di pressione. Lo spegnimento del secondo motore era programmato.
    Per quanto riguarda l'utilizzo esclusivo di SS al posto dei F9 e FH è una mia convinzione visto che, se davvero i costi di esercizio del nuovo veicolo venissero confermati, sarebbe assurdo sprecare denaro proseguendo con i vettori di vecchia concezione. Questo non toglie che poi la SpaceX potrebbe anche, per ancora di versi anni, utilizzare F9 e FH assieme alla SS.
    Per quanto riguarda la sicurezza Musk stesso ha espresso più volte il concetto di voler portare il volo spaziale a livello aeronautico ed ha ribadito più volte che gli aerei di linea non hanno i paracadute di sicurezza... Potrà sembrare un'approccio rischioso ma, se davvero vogliamo espandere il volo spaziale in modo massivo, i vecchi sistemi di aborto al lancio dovranno diventare un ricordo. Naturalmente, per far questo, il progetto dovrà raggiungere un'affidabilità estrema, pari quasi a quella dell'aviazione civile. La strada è ovviamente lunga e, sono convinto, prima che la NASA (o qualsiasi altra agenzia spaziale) dia il proprio consenso ad imbarcare astronauti su un veicolo senza 'arcaici launch abort system' ne passerà di tempo.
    Spero di essere stato esauriente e la ringrazio.

  • Comment Link Claudio Costerni Lunedì, 21 Dicembre 2020 22:12 posted by Claudio Costerni

    Massimo, mi pare che questa tua frase non sia corretta: 
    "Infine, dopo poco meno di cinque minuti dal decollo, Starship ha spento tutti i motori."
    Non lo è in assoluto, ma anche leggendo ciò che hai scritto dettagliatamente prima; secondo me andrebbe riscritta così: 
    Infine, dopo poco meno di cinque minuti dal decollo, Starship ha spento anche il terzo [o/e l'ultimo] motore. 

    Decisamente qualcosa è andato storto durante la fase finale dell'atterraggio, ma io non includerei lo spegnimento di un motore. 
    Anche quello era programmato, a parer mio. 
    Rapida accensione sequenziale di 2 motori (non nello stesso istante per contenere il più possibile le forti sollecitazioni impulsive sul corpo del razzo e forse anche sui motori stessi) e pochi secondi prima di toccare, avendo già rallentato a sufficienza, spegnimento di un motore per atterrare solo con uno acceso. 
    Anche nella fase prima del decollo i tre motori vengono accesi in istanti differenti, 1, 2, 3, in rapidissima sequenza. 
    La pressione più bassa, non nominal, nel piccolo serbatoio del metano, in testa (fuel header tank) è stata l'unica anomalia (sempre secondo quello che ho capito io) che non ha permesso di ottenere dai motori la potenza necessaria e programmata per poter rallentare e fermarsi in tempo sull'area di atterraggio senza urtarla violentemente. 

    Riguardo i Falcon 9, sei sicuro che SpaceX abbia in programma di abbandonarne l'uso quando e se le Starship inizieranno i loro voli regolari, terminata la fase di sviluppo e tests? 
    Chi lo ha detto chiaramente, lo stesso Musk?
    E le Dragon 2 appena certificate anche per trasportare gli astronauti per i voli Terra-ISS-Terra, saranno già dismesse?! 
    A me pare poco probabile ed anche non utile e raccomandabile a meno che non si pensi che le altre navicelle della concorrenza possano finalmente anch'esse diventare operative... entro questo decennio.  
    Inoltre mi chiedo, che tipo di sicurezza attiva e passiva, accettabile anche dalla NASA, ci potrà essere con le Crew Starship, non essendo costruite come i Falcon9 con le loro capsule Dragon che sono in grado di fare un abort automatico, separandosi istantaneamente dal secondo stadio tramite l'accensione dei suoi motori SuperDraco, elementi fondamentali del launch escape system. 

    Non ho ancora letto alcunchè su questo importante aspetto. 

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