Ebbene sì, Starship ha raggiunto lo spazio! Un altro successo per SpaceX: analizziamo quello che è successo con un occhio al passato e uno al futuro

Ebbene sì, Starship ha raggiunto lo spazio! Il rivoluzionario sistema di lancio di SpaceX, composto dal primo stadio, il lanciatore Super Heavy e dalla navicella Starship, al secondo tentativo di volo suborbitale è riuscito nel suo intento di superare la cosiddetta Linea di Karman che segna l’immaginario confine tra il regno della terra ed il dominio dello spazio. Ovviamente, e ci preme ricordarlo sempre, si trattava di un test “a perdere”, cioè non era previsto in nessuno modo che ne il Super Heavy, ne la Starship venissero recuperate. L’esito finale del volo, con la distruzione del primo e la perdita del segnale del secondo, hanno scatenato la solita cacofonia di commenti sull’ennesimo fallimento che non hanno motivo di esistere e vediamo perché.

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Facciamo un passetto indietro

Cos’era andato storto nel primo tentativo del 20 aprile scorso? Diverse cose. In primo luogo la mancata separazione tra il primo ed il secondo stadio che ha costretto il controllo di volo, ad innescare il sistema di Flight Termination, cioè l’autodistruzione del complesso Super Heavy/Starship che, pieno di carburante, ricadendo incontrollatamente avrebbe causato notevoli danni anche di tipo ambientale.In secondo luogo, il repentino spegnimento progressivo di almeno 5 dei 33 motori Raptor del primo stadio che ha causato una diminuzione di potenza già nelle prime fasi del volo. Assistendo al lancio del 18 novembre e confrontandolo con quello del 20 aprile 2023, notiamo, difatti, una maggiore reattività del lanciatore, segno che i 33 motori del Super Heavy, a differenza del precedente tentativo, hanno funzionato a dovere ed a pieno regime. In terzo luogo, il pesante danneggiamento della rampa di lancio, il cosiddetto Stage Zero, dovuto alla gran massa di detriti scagliati dai getti dei 33 motori Raptor.

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Le sessantatre modifiche richiesta da FAA

Per poter giungere ad ottenere il permesso di effettuare il secondo tentativo di volo, SpaceX, l’autorità statunitense che regolamenta il traffico aereo, la Federal Aviation Administration, ha preteso l’esecuzione di ben sessantatre modifiche strutturali soprattutto volte ad evitare danni alle infrastrutture tra le quali la più importante ha riguardato lo Stage Zero e l’impianto d’inondazione dello stesso, il cosiddetto Water Deluge System, ma non solo. Rinforzo delle strutture dei serbatoi, internamente ed esternamente al primo ed al secondo stadio, aggiunta di un maggior numero di sensori e tutta una serie di interventi che rischiavano di allungare a dismisura i tempi del secondo lancio. Qui bisogna dire che SpaceX ha dimostrato una grande reattività completando tutti gli interventi entro il mese di ottobre mettendosi quindi in condizione di lanciare già dalla metà dello stesso mese.

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L’hot staging, la soluzione che viene dal… Freddo!

Ma la modifica più evidente è stata quella dell’interstadio o Hot Staging com’è stata chiamata. Di che si tratta? Sostanzialmente di un anello con una griglia di sfogo, in questo caso situato tra il primo ed il secondo stadio, che consente a quest’ultimo di essere acceso prima del distacco e di poter così effettuare la separazione con i motori a pieno regime. Inoltre, cosa sempre utile, offre un’importante riscontro visivo sulla corretta accensione dei motori da attivare. Qui bisogna dire che le capacità di marketing di SpaceX hanno fatto passare questa idea vecchia come i voli spaziali poichè è comparsa per la prima volta sull’R-7 sovietico nel 1957, come una strepitosa novità. Certamente la griglia d’interstadio di Starship è molto più stilosa di quella spartana che dal 1957 compare sui Sojuz, Proton, Zenith e sui lanciatori cinesi ed indiani, ma il suo compito lo svolge nello stesso modo. Ed, in questo caso, l’anello d’interstadio ha fatto egregiamente il suo dovere.

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La griglia d’interstadio del Super Heavy. Fonte: SpaceX
La griglia d’interstadio del Proton. Fonte: Roscosmos

Analizziamo il volo di Starship

Alle 14.02 italiane il possente complesso di lancio si è sollevato, a prima impressione molto più agevolmente, dal centro spaziale di Boca Chica nel Texas. La cosa che si è subito notata è stata il costante funzionamento di tutti e 33 i motori Raptor del Super Heavy durante i 2’40” di accensione.
Mettendo a confronto la telemetria del primo lancio con quella del secondo, si nota con evidenza che dopo 2’30”, l’altitidine raggiunta è stata di 59 Km contro 31 con una velocità di 5.102 Km/h contro 2.154. Al momento della separazione, come previsto, i motori di Starship sono entrati in funzione sfogando i loro gas attraverso l’anello d’interstadio.

Lo spettacolere momento della separazione del primo stadio ripreso dalla telecamera di terra ad alta risoluzione. Fonte: SpaceX

Il distacco, avvenuto regolarmente, ha visto però il Super Heavy, secondo la telemetria, effettuare una brusca frenata mentre ruotava di 180° per disporsi nell’assetto di discesa verso l’Oceano Atlantico. A quel punto si sarebbero dovuti riaccendere i dieci motori dell’anello centrale per iniziare la frenata ma si è notato un progressivo spegnimento di tutti i Raptor e, successivamente, l’esplosione del Super Heavy.
Quello che forse ha pregiudicato la corretta riattivazione dei dieci Raptor è stata la brusca frenata impressa dai getti dello Starship che avrebbero investito il primo stadio modificando la fluidodinamica interna e facendo mancare la giusta pressione del combustibile e dell’ossidante ai motori del Super Heavy. Sebbene la commentatrice di SpaceX avesse detto, in diretta, che l’esplosione era uno degli scenari previsti per il rientro del primo stadio, che comunque sarebbe stato a perdere, è sicuro che non fosse il migliore anche in funzione delle prossime autorizzazioni che FAA dovrà rilasciare vista la scia di detriti lunga 1400 Km lasciata nell’Atlantico. Ma almeno, stavolta, il FTS, il Flight Termination System, è stato tempestivo nell’attivarsi perchè una delle critiche che FAA ha mosso a SpaceX dopo il primo test, è stata proprio relativa al ritardo di attuazione del comando di autodistruzione.

Raffronto tra altitudine e velocità raggiunti dal Super Heavy al primo volo (In basso) rispetto al secondo. Fonte: SpaceX

Che fine ha fatto Starship di SpaceX?

Se il primo stadio ha terminato col botto il suo volo, anche se ha svolto egregiamente il suo compito per tutta la durata prevista, non si è certi che la stessa cosa sia accaduta a Starship una volta che, raggiunta l’altitudine di 148 Km, avrebbe dovuto iniziare la cosiddetta manovra Belly Flip cioè il parziale rovesciamento della navicella che si posiziona porgendo all’impatto con l’atmosfera la fusoliera dove si dovrebbe trovare il rivestimento termico. I motori raptor del secondo stadio, finchè la telemetria è stata disponibile, hanno funzionato correttamente ma, dopo lo spegnimento programmato, il contatto si è interrotto e non è ancora chiaro cosa sia in realtà successo dopo. Quasi sicuro che Starship sia esplosa, forse per l’attivazione del sistema FTS, ma l’esplosione e, soprattutto, l’area di ricaduta dei detriti non sono stati ancora determinati.

Alcuni indizi fanno supporre che il rivestimento termico non abbia retto al rientro nell’atmosfera considerando che la navicella, nel suo apogeo, aveva raggiunto una velocità prossima a quella orbitale di 27.000 Km/h. Nelle prime fasi del lancio, infatti, si è potuto notare che un gran numero di piastrelle del rivestimento termico si fossero staccate. Sappiamo bene cosa succede quando lo scudo termico non è uniformemente costante: il disastro del Columbia ci ha fatto vedere in modo drammatico come le elevate temperature che la fusoliera raggiunge possono generare, in caso di rottura di parte dello scudo termico, punti con pressione e temperatura distruttivi per la cellula del veicolo.

Starship durante le prime fasi del volo. Notare il gran numero di piastrelle del rivestimento già perse. Fonte: SpaceX

Cosa si dovrà fare per il prossimo lancio di SpaceX?

Anche se il sistema dell’Hot Staging ha funzionato a dovere, bisogna rivedere le modalità di distacco del Super Heavy. In molti lanciatori che usano questo sistema, ci sono dei piccoli razzi di controspinta che aiutano l’allontanamento dello stadio guidandolo lontano da quello in accensione. Probabilmente una delle modifiche da implementare prenderà in considerazione un sistema del genere. Da rivedere anche la fluidodinamica interna dei serbatoi per garantire la giusta pressione ai motori anche in caso di assetti inusuali. 

Come sappiamo la Starship ha i cosiddetti serbatoi d’intestazione contengono una riserva di propellente; in questo modo si riesce sempre a pescare il carburante durante l’accensione dei motori e ciò garantisce l’accensione anche quando la nave non è verticale o si trova in condizioni di microgravità poiché i propellenti si depositerebbero sulle pareti del serbatoio. Alla luce di quello che è successo nel secondo volo di test, anche per il SuperHeavy si dovrà pensare a qualcosa di simile. Superato il test per lo Stage Zero: i danni riscontrati dopo il lancio sono stati minori rispetto a quelli del primo volo, segno che le pesanti modifiche effettuate sono andate nelle direzione giusta e che il sistema del Water Deluge ha funzionato a dovere.

Lo Stage Zero dopo il lancio. Danni rilevanti veramente non paragonabili a quelli del primo lancio. Fonte: SpaceX

Non era previsto il raggiungimento di una velocità prossima a quella orbitale e quello che è successo a Starship, non dovrebbe ripetersi nel prossimo volo dove si tenterà una missione orbitale. La metodologia di installazione delle piastrelle, difatti, è stata già modificata pesantemente da SpaceX.

La lunga strada da fare verso la piena operatività

Insomma è stato un successo o no? Sì se si considera che si è trattato di un test. Anche se il lancio non si è concluso con l’ammaraggio, che comunque ricordiamo sarebbe stato comunque distruttivo, del Super heavy e della Starship, i motori hanno funzionato a dovere, la rampa di lancio ha retto ed il sistema ha dimostrato di essere funzionale. C’è invece ancora molto da fare prima che tutto il sistema sia operativo. L’hot staging, soluzione risolutiva, deve essere affinato soprattutto per quello che riguarda l’allontanamento del primo stadio e la fluidodinamica interna dei serbatoi di questi in conseguenza di possibili assetti inusuali. Il prototipo di Starship che ha volato era uno dei più “anziani”: il prossimo che volerà avrà lo scudo termico installato con criteri diversi più adatti ad un rientro dalla velocità orbitale.
Ma ancora è da testare tutta l’impiantistica e la componentistica adatta a certificare il complesso Starship/Super Heavy “Human rated” cioè idoneo al volo umano. Ci vorranno una decina, se non di più, di voli di certificazione completati con successo, per stabilire se siamo veramente di fronte alla nuova generazione di veicoli spaziali e molti altri per vedere deliberato l’utilizzo dell’HLS, lo Human Landing System, derivato dalla Starship di Elon Musk, sbarcare sulla Luna. Ma intanto godiamoci le promesse del futuro con gli occhi incantati dei tanti bambini che hanno seguito con noi il lancio.