Il motore F-1 è un endoreattore a ciclo generatore di gas.

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1 Principio di funzionamento.
2 Il controllo della potenza
3 Le prestazioni

Nato per uso militare e poi scartato, ebbe il suo momento di gloria come lanciatore nel primo stadio del razzo Saturn V, usato nel programma Apollo della Nasa.

Fortemente voluto da Verner Von Braun, era in grado, nella configurazione SI-C, di portare 150 tonnellate di carico utile in orbita bassa terrestre.

Von Braun e i 5 motori F-1 del primo stadio Saturn V
Credit: NASA

Principio di funzionamento.

Il motore F-1 usa due tipi di propellente, ossigeno liquido e RP-1, un tipo di cherosene raffinato.

Per generare la potenza necessaria alle turbo-pompe, si brucia una parte di propellente in una camera di combustione separata.

I gas prodotti dalla combustione azionano le pompe che iniettano il propellente nella camera di combustione principale.

Sezione trasversale di una turbo pompa.
Credit: Nasa
Lo schema di funzionamento di un endoreattore.
Di Duk – Opera propria, CC BY-SA 3.0, httpscommons.wikimedia.orgwindex.phpcurid=4956258

Questa soluzione tecnica permette di generare energia meccanica, evitando di dover usare motori elettrici e batterie, che sarebbero una aggravante di peso e complicazione meccanica inutili.

Una turbo-pompa F-1 generava 41 MW di potenza.

Riusciva a pompare un totale di 2541 litri di propellente al secondo, 152460 litri al minuto.

150 metri cubi (se fosse acqua) sparati nelle camere di combustione del motore F-1, l’equivalente di una piscina domestica di grandi dimensioni.

Queste prestazioni si moltiplicavano per 5. Tanti erano i motori F-1 usati dal Saturn V.

Dettaglio su una piastra dell’iniettore del motore F-1 all’estremità anteriore dell’ugello. 
Carburante e ossigeno liquido vengono spruzzati da questi fori sotto una pressione tremenda, con ogni anello che alterna propellente e ossidante.
Credit: Lee Hutchinson – Wired

Il controllo della potenza

Nei primi test del motore furono incontrati problemi di stabilità nel flusso dei gas. Furono necessari test con piccole cariche esplosive dentro la camera di combustione.

L’esplosione controllata permise di capire i flussi di pressione e gli sbalzi di temperatura, che potevano arrivare a distruggere il motore.

Nuovi iniettori furono studiati, e permisero un controllo ottimale della feroce potenza sviluppata.

Per evitare surriscaldamenti della camera di scoppio e delle turbo-pompe, una parte del cherosene era fatto passare attraverso dei tubi che involvevano queste parti, il calore era così dissipato e manteneva il sistema a temperature controllate.

Le prestazioni

Questa potenza si trasformava in numeri da record, dei quali alcuni imbattuti fino ad oggi.

  • I 5 motori F-1 del primo stadio Saturn V generavano insieme, una spinta di 3500 tonnellate totali.
  • In due minuti e trenta secondi dalla partenza portavano il Saturn V ad una altitudine di 61 km, ad una velocità di oltre 8600 km/h.
  • Consumavano quasi 2000 tonnellate di propellente.
  • La forza impressa alla struttura e all’equipaggio era di 4G, cioè 4 volte la gravità al suolo.
  • Un uomo di 80 kg arrivava a pesare 320 kg sul sedile della capsula Apollo.
  • A pieno regime i 5 motori sviluppavano energia pari a 61 gigawatt, l’equivalente al picco di energia richiesta da paesi come l‘Italia, o Inghilterra.
Il primo test dei motori F-1
Credit: NASA

Tutti i motori F-1, impiegati dalla Nasa, funzionarono perfettamente, portando a termine il loro compito.

Una vera meraviglia della tecnica.

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