SpaceX, l'evoluzione aerospaziale dal 2002 ad oggi | Speciale Falcon 1

17 Aprile 2021 6

Era il 6 maggio 2002, quando un Elon Musk più giovane ma già noto nel campo dell'imprenditoria per le sue precedenti esperienze con la società di software Zip2 e soprattutto con PayPal, fonda l'azienda aerospaziale SpaceX. Gli obiettivi sono chiari fin dal principio e Musk non ne fa segreto: la sua SpaceX punta a rivoluzionare il settore del trasporto aerospaziale con la creazione di vettori completamente riutilizzabili e in grado, un giorno, di consentire viaggi interplanetari all'interno del sistema solare.

Marte era già nei sogni dell'imprenditore ma le sue ambizioni dovevano necessariamente procedere per gradi. Ricostruiamo quindi gli eventi che hanno portato alla crescita dell'azienda, concentrandoci in questo primo speciale sullo sviluppo del razzo senza il quale gli attuali Falcon 9, Falcon Heavy, la capsula Crew Dragon e l'incredibile navicella Starship attualmente in sviluppo, non esisterebbero.

Parliamo del lanciatore Falcon 1, ossia il primo razzo realizzato da SpaceX che è stato in grado di raggiungere l'orbita terrestre bassa. Una storia lunga e affascinante, fatta di sfide apparentemente insormontabili, di successi ma anche tanti fallimenti.

FALCON 1, SVILUPPO E PRESENTAZIONE A WASHINGTON DC

Falcon 1 nasce con l'esigenza di ridurre al minimo i costi di lancio per il trasporto di satelliti in orbita bassa e come vedremo, l'obiettivo verrà portato a termine con i successivi lanciatori. La realizzazione di una prima versione del Falcon 1 cominciò a inizio 2003 culminando nel dicembre dello stesso anno con la presentazione del prototipo numero uno.

Il tutto avvenne in modo molto scenico nella cornice di Washington DC, quando il razzo lungo 21 metri fu parcheggiato sulla celebre strada Independence Avenue, proprio di fronte al National Air and Space Museum. Eccentrico, ma con un fiuto per gli affari più unico che raro, così veniva considerato Elon Musk in quegli anni. Stava già diventando una leggenda e la teatralità del suo modo di operare non passò inosservata.

Ma il creatore di SpaceX era già abituato a pensare in grande e ad essere proiettato nel futuro, così, durante la cerimonia di presentazione, affermò che Falcon 1 sarebbe stato seguito a breve da una versione più potente, il Falcon 5, lanciatore che di fatto non prese mai vita poiché venne abbandonato a favore dell'ormai noto Falcon 9, razzo che tuttora SpaceX utilizza con successo per la maggior parte delle operazioni commerciali.

Ma prima di arrivare ai razzi più recenti c'è una storia interessante da raccontare su Falcon 1, un racconto intervallato da tanti fallimenti e altrettante conquiste, che ci aiuta a capire come SpaceX sia infine arrivata all'attuale successo in ambito aerospaziale.

L'obiettivo di Musk era quello di creare un lanciatore piccolo e pratico in grado di facilitare il trasporto di carichi nell'orbita terrestre bassa, una voce fuori dal coro se consideriamo che il progetto prendeva forma in un momento storico in cui le altre compagnie spaziali lavoravano a sistemi di lancio riutilizzabili più grandi a complessi. Comincia così la pianificazione del primo razzo a due stadi alimentato a cherosene RP-1 e ossigeno liquido. Falcon 1 misurava 21,3 metri in altezza e 1,7 metri in larghezza: era in grado di trasportare in orbita un carico da 600 kg.

Parallelamente cominciarono anche gli sviluppi dei motori: nacque così Merlin 1A. Pensato per il primo stadio, era un motore con ciclo a generatore di gas che utilizzava un iniettore di tipo pintle in grado di offrire una spinta di circa 40 tonnellate (378 kN). Per quanto riguarda il secondo stadio, venne sviluppato il motore Kestrel, costruito attorno alla stessa architettura a cardini del Merlin ma senza turbopompa e alimentato solo dalla pressione del serbatoio: era capace di una spinta da 3,17 tonnellate (31 kN). Alcune caratteristiche del Merlin erano simili a quelle del motore FASTRAC (messo fuori servizio della NASA), incluso l'uso di una turbopompa simile prodotta dall'azienda Barber Nichols, il cui scarico veniva utilizzato per fornire il controllo del rollio.

Il primo stadio fu costruito in alluminio monoscocca graduato stabilizzato a pressione e utilizzava una paratia comune tra il suo serbatoio di cherosene di poppa e il suo serbatoio di ossigeno liquido a prua. Lo stadio (così come i motori Merlin) era stato progettato per essere recuperato in mare, mentre l'azione frenante fu affidata a un paracadute ad anello da ben 22,9 metri di diametro. L'intento di SpaceX era di recuperare parti del primo stadio per abbattere i costi con i successivi riutilizzi. Fu il primo e storico approccio a questo modus operandi.

Il secondo stadio, non recuperabile, fu realizzato in alluminio anche se inizialmente si pensò all'utilizzo della lega alluminio-litio. Il principale vantaggio offerto da questa lega era sicuramente la leggerezza, tuttavia tale possibilità venne abbandonata per le difficoltà legate all'approvvigionamento del metallo. Il serbatoio dello stadio era pressurizzato con l'elio, mentre i propulsori a gas freddo venivano utilizzati per controllare il rollio durante le accensioni del Kestrel e per fornire il controllo sui tre assi.

Per quanto riguarda l'interstadio, ossia il blocco che connetteva i due stadi, questo venne realizzato in un composito in fibra di carbonio sostituendo la versione in alluminio utilizzata nella prima versione, ossia quella che fece bella mostra di sé nella celebre presentazione di Washington DC.

Come potete ben immaginare, gli sviluppi di Falcon 1 procedettero tra tentativi ed errori, con numerose modifiche al progetto inziale e test finiti male, richiedendo ben 5 anni prima di raggiungere con successo l'orbita terrestre bassa per la prima volta. Tanto per cominciare l'azienda lottò con diversi problemi relativi ai motori Merlin riscontrati durante le fasi di sviluppo. I primi collettori in alluminio, ad esempio, si incrinavano durante i test e richiesero la loro sostituzione con elementi in lega inconel, più pesanti e resistenti. Anche i primi motori realizzati non erano efficienti come previsto, richiedendo un notevole aumento della spinta per compensare l'impulso specifico inferiore, e questo portò SpaceX a rivedere più volte il progetto.

Merlin 1C in costruzione negli stabilimenti di SpaceX

Arriviamo finalmente al 14 gennaio 2005, data particolarmente importante che coincise con la fine dello sviluppo dei motori Merlin. Due mesi dopo, il 31 marzo, venne ultimato lo sviluppo del Falcon 1 e vennero eseguiti una serie di test di qualificazione strutturale, ma per l'integrazione dei motori con la struttura del razzo passerà ancora un mese.

Ormai era tutto pronto per lo step successivo e per usare un parallelismo matematico, potremmo definirla come "la prova del 9". Parliamo del primo test d'accensione statica di 5 secondi, il quale fu portato a termine il 27 maggio 2005.

Entro fine anno SpaceX avrebbe completato la costruzione di due lanciatori Falcon 1, avviando nel contempo la fabbricazione di un terzo razzo. Si cominciava a fare sul serio.

SpaceX non aveva ancora testato il suo razzo riutilizzabile, eppure era già riuscita a concretizzare alcuni contratti commerciali. Il primo fu quello stipulato con DARPA nel settembre del 2004, il quale prevedeva l'utilizzo del Falcon-1 per una serie di lanci da Omelek Island, nell'atollo di Kwajalein, posizionato nelle Isole Marshall. Tra questi figurava la messa in orbita di TacSat-1, un microsatellite della US Navy da 15 milioni di dollari. Successivamente venne messo in cantiere il lancio di un carico di prova per la società Bigelow Aerospace. Quest'ultimo lancio prevedeva addirittura l'utilizzo del modello successivo, il Falcon 5, razzo non ancora sviluppato e che mai vedrà la luce.

CAMPAGNA DI OMELEK

Arriviamo dunque alla campagna inaugurale di Omelek, area situata nell'atollo di Kwajalein delle Isole Marshall. Il primo tentativo di lancio del Falcon 1 fu programmato per il 25 novembre 2005.

Ma sarebbe stato troppo bello se tutto fosse filato nel verso giusto al primo tentativo. Infatti, il lancio fu annullato dopo che SpaceX rilevò un problema con una valvola di sfiato LOX e l'operazione fu rinviata al 19 dicembre.

Ma anche in questo caso i programmi saltarono e stavolta non fu colpa dell'azienda, infatti, furono i forti venti a spingere SpaceX ad annullare il lancio. E non è tutto, poiché i problemi non finirono qui: durante lo scarico del carburante, il primo stadio si piegò quando il sistema di pressurizzazione subì un guasto al controller. A questo punto l'unità danneggiata fu spedita nella sede di Los Angeles per le riparazioni e nel frattempo venne sostituita con quella del secondo razzo realizzato da SpaceX nel medesimo anno.

Arriviamo quindi al 9 febbraio del 2006, quando fu portato a termine un test d'accensione sul pad di Omelek. Anche stavolta un problema vanificò i piani dell'azienda, poiché una nuova perdita di propellente durante i test ostacolò nuovamente il lancio. Stavolta il problema riguardava il secondo stadio. Il tutto venne nuovamente impacchettato e spedito in sede per le riparazioni.

Anche in questa occasione il secondo stadio venne sostituito con quello del secondo razzo prodotto da SpaceX, che diventò a tutti gli effetti il principale fornitore di pezzi di ricambio.

Arriviamo al lancio inaugurale del 2006 di Omelek, era il 24 marzo. Dopo un decollo avvenuto alle 22:30 GMT, il razzo a due stadi si alzò dalla sua piattaforma e salì per circa 25 secondi, ma fu a quel punto che un incendio nell'area appena sopra il motore ne provocò lo spegnimento, che avvenne dopo soli 34 secondi dalla partenza.

Una vista della telecamera di bordo rivolta verso il basso evidenziò un'ascesa pulita e stabile fino all'intervento del sistema di sicurezza che tolse potenza ai motori facendolo cadere poco lontano dal sito di lancio.

Piccola nota per il payload: si trattava di un microsatellite sperimentale costruito dagli studenti della US Air Force Academy, che si schiantò contro il tetto di un negozio sull'isola. Per fortuna, nessuno si fece male.

Elon Musk intento ad osservare i resti dal Falcon 1

Nei mesi successivi Elon Musk annunciò che SpaceX stava lavorando ad una versione inedita del motore Merlin, il modello 1C, dotato di una innovativa camera di spinta raffreddata in modo rigenerativo. Rispetto al Merlin 1A, questo era in grado di produrre circa 46.259 tonnellate di spinta, il 32% in più rispetto alla prima variante. All'epoca diversi rumor ipotizzarono un suo futuro impiego con l'inedito Falcon 1e, un razzo in grado di trasportare un carico utile del 25% superiore rispetto al Falcon 1, ma anche in questo caso la sua realizzazione non si concretizzerà mai e SpaceX passerà direttamente al Falcon 9.

Il secondo lancio dimostrativo Demo 2 del Falcon 1 era previsto entro il primo trimestre del 2007, ma dopo alcune prove di accensione statica venne identificato un problema al secondo stadio che costrinse SpaceX a rimandare il tutto di qualche settimana. Ma in quell'occasione vennero rispettate le tempistiche previste e il secondo test di volo prese vita il 21 marzo 2007. Stavolta tutto procedette bene fino a 2 minuti e 10 secondi dopo l'accensione del secondo stadio, quando si perse il controllo del razzo. Nonostante tutto, per SpaceX si trattò di un "semi" fallimento.

In effetti, il primo stadio completò il suo percorso fino alla separazione, raggiunse la condizione di Max-Q e l'accensione del secondo stadio, a cui seguì pure la separazione della carenatura a protezione del payload.

Il video mostrò che durante l'ultimo minuto di volo controllato si sviluppò un movimento oscillante che aumentò negli ultimi secondi prima di perdere i dati telemetrici e il controllo del rollio. In questo caso a bordo c'era solamente un carico fittizio per la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).

Arriviamo al 3 agosto 2008 con il terzo tentativo di lancio del Falcon 1, anche stavolta fallimentare. La cornice fu ancora l'Isola di Omelek e stavolta il razzo si guastò a 2 minuti e 39 secondi dal decollo a seguito di un problema di combustione che creò un malfunzionamento al secondo stadio.

Con questo tentativo le perdite furono consistenti, infatti, andarono distrutti il satellite Trailblazer della missione Jumpstart per la US Air Force, l'esperimento di vela solare Nanosail-D della NASA e l'esperimento PreSat della NASA, per un payload totale di circa 170 kg.

Passerà poco più di un mese per il quarto tentativo che avrà luogo il 28 settembre 2008 dalla medesima location, stavolta SpaceX opterà per l'utilizzo di un carico fittizio di circa 165 kg. Possiamo definirlo come il primo successo del Falcon 1. Tra l'altro il motore Merlin 1C raffreddato in modo rigenerativo e utilizzato per il primo stadio riuscì a volare con successo per la seconda volta.

In quell'occasione sia il secondo stadio del veicolo che il carico utile fittizio riuscirono a raggiungere l'orbita iniziale dopo circa 9,5 minuti dal decollo. La società riferì anche che il motore Kestrel del secondo stadio fu in grado di superare un test di riavvio nello spazio. Si cominciava a respirare un'aria di grande ottimismo.

Arriviamo quindi al quinto lancio del Falcon 1, datato 14 luglio 2009, quando si tentò nuovamente l'operazione con un carico utile. Si trattava del RazakSAT, un satellite da 180 kg per l'osservazione terrestre richiesto dal governo malese.

Questa volta tutto funzionò senza intoppi. Infatti, dopo una combustione di 2 minuti e 40 secondi del primo stadio, questo si sganciò dando il via all'accensione del motore Kestrel del secondo stadio, che completò la combustione dopo 9 minuti e 40 secondi dal decollo portando il carico nell'orbita pianificata.

Dopo tanti problemi finalmente il successo era completo! Ed è proprio il caso di dirlo: chi la dura la vince. Sempre durante lo stesso anno cominciarono ad emergere i primi dettagli su una versione aggiornata del motore Merlin 1C, dotata di maggiore spinta e pensata per il nuovo razzo Falcon 1e.

Avrebbe dovuto volare dal 2010 in poi ma, come dimostrerà la storia, questo nuovo vettore non prenderà mai vita e il progetto del Falcon 1e verrà definitivamente accantonato. Ma questo è solamente l'inizio di un'avventura che SpaceX sta affrontando e il cui finale è ancora lungi dall'essere scritto.


6

Commenti

Regolamento Commentando dichiaro di aver letto il regolamento e di essere a conoscenza delle informazioni e norme che regolano le discussioni sul sito. Clicca per info.
Caricamento in corso. Per commentare attendere...
Proxima8

Probabilmente HDBlog sta scrivendo un articolo a riguardo ;)

Tony Musone

As Artemis Moves Forward, NASA Picks SpaceX to Land Next Americans on Moon
https://www.nasa.gov/press-release/as-artemis-moves-forward-nasa-picks-spacex-to-land-next-americans-on-moon

Proxima8

Prima. Per SpaceX aver vinto il contratto per HLS di Artemis sarà un acceleratore per Marte.

Proxima8

"...altre compagnie spaziali lavoravano a vettori riutilizzabili più grandi a complessi..."
Non mi risulta. Forse volevate scrivere il contrario.

Matteo Dal Bosco

Interessantissimo! Dai che fra vent'anni siamo su Marte

Proxima8

Bell'articolo!

Android

Recensione Galaxy A72: è davvero lui il top di gamma della Serie A?

Windows

Recensione Lenovo Legion 5 Pro, io lo comprerei subito

HDMotori.it

Moto elettriche 2021, ci avete mai pensato? Nuovi modelli, prezzi e autonomia

HDMotori.it

In viaggio con il Birò di Estrima: quadriciclo elettrico buffo, compatto e...