criscaso rocketry casimiro

Criscaso Experimental Rocketry

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Realizzazioni in Italia (breve!)

Elementi di stabilizzazione attiva

Esperimenti

Veicoli sperimentali:

- Casimiro

- Archimede

- Gimbal 7

Esperienze acquisite, lezioni imparate, applicazione di modifiche, imprevisti

Questa pagina - Novembre 2009

Casimiro - Modello di razzo dotato di giroscopi e motore orientabile

Casimiro su pad di lancio, agosto 2005

Breve storia dello sviluppo (2001 -2005)

Introduzione

Casimiro è il primo e tuttora (novembre 2009 mentre scrivo queste note) unico modello di razzo dotato di sistemi di stabilizzazione attiva mai realizzato in Italia. A dire il vero, NON è l'unico da un bel pezzo, ma gli altri razzi sperimentali dotati di simili sistemi non sono ancora stati realizzati da altri sperimentatori. Criscaso ha costruito ma non ancora lanciato Archimede che è completo in tutte le sue parti ma necessita di alcune poche decine di ore di messa a punto per via di alcune difficoltà di impiego dei giroscopi Heading-lock di cui è dotato. Inoltre da maggio 2009 ho iniziato la costruzione di un telaio di test (STA = Static Test Article) per la sperimentazione del dardeggiamento di motori laterali che agiscono a supporto di uno o più motori fissi centrali, esattamente come avveniva, per intenderci, nel primo stadio del Saturn 1B. Questo progetto va avanti nel mio tempo libero e non ha ancora un nome ufficiale, e per questo motivo al momento viene riferito al sistema di sospensione cardanica, unico al mondo nel campo del modellismo sperimentale, come "Gimbal 7" perchè semplicemente è la settima sospensione cardanica che ho costruito finora. Gimbal 7 si sta comportando bene nelle prove statiche e potrei anche trasformarlo in un veicolo completo da lanciare. In altra pagina apposita ne parlo diffusamente ma già qui posso dire che in tutti i miei razzi sperimentali degli ultimi sette-otto anni faccio impiego di una tecnica costruttiva particolare e rarissima, che vede il veicolo costituito da un notevole numero di elementi costitutivi fissati con viti. Non faccio uso, cioè, di colle come si fa nel mondo giocoso e frettoloso del modellismo. Il veicolo è quindi passibile di modifiche e riparazioni e risulta composto da diverse sezioni che a loro volta possono essere smontate completamente nelle loro parti elementari. Sarà una follia, ma bisogna dire che le vere macchine spaziali e TUTTI i veicoli che vengono presi a prestito nel modellismo... sono fatti esattamente così. In effetti Casimiro, Archimede e Gimbal 7 sono vere miniature di veicolo spaziale.

Elementi di Casimiro agosto 2004

Caratteristiche uniche di Casimiro

Casimiro è un piccolo razzo dotato di piccolo motore, di due piccoli giroscopi allo stato solido, di una sospensione cardanica in grado di orientare il motore in tutte le direzioni con un angolo massimo di venti gradi dall'asse di rollio del veicolo, di servomotori per il comando della sospensione cardanica, di un sistema elettronico di controllo dei servo e dei giroscopi, un sensore inerziale elettromeccanico di autonome progettazione e produzione per l'espulsione automatica del paracadute all'apogeo o n seguito di perdita di controllo durante il volo sotto propulsione, di costruzione modulare-smontabile della seconda generazione (criscaso), di impianto elettrico gestibile dall'esterno, di paraurti per la sezione gimbal-motore e altre minori caratteristiche... sempre uniche che lo rendono simile a un vero missile spaziale! E può arrivare, molto lentamente, a pochi metri di quota (circa quarantacinque-cinquanta al massimo con il tipo di motore AT F12). A sentir parlare i modellisti di razzo, quindi, sarebbe un totale fallimento. Ma ragionando come i modellisti di razzi, che per essere più forti e unire i loro cervelli (con quale scopo ancora lo si ignora) amano riunirsi in associazione, anche i piccoli razzi di Jim McFarland (GYROC) e di PSAS (Andrew Greenberg, Oregon) e David Wyatt (Kestrel, GB), che hanno sistemi di stabilizzazione attiva e non sempre funzionano e quando lo fanno arrivano a modestissime quote, sono fallimenti! Boh, tutto sta nell'assumere un punto di riferimento, come sosteneva il buon vecchio Albert Einstein. Sarà anche un caso che il mio Casimiro sia stato riconosciuto in tutto il mondo e mi abbia procurato ammirati commenti anche da gente che lavora in NASA! E sarà, naturalmente, un caso che il mio Casimiro abbia ricevuto l'onore della pubblicazione sulla rivista Sport Rocketry, la più antica e prestigiosa rivista del mondo nel settore del modellismo di razzi. In Italia nessuno ha ancora prodotto nulla di lontanamente simile per originalità e per contenuti tecnici. Il mio Casimiro, quindi, NON prende riferimento, per i suoi contenuti tecnici, al mondo del modellismo di razzi, con eccezione del motore. D'altro canto i modellisti sanno che non è possibile, rimanendo nel mondo del modellismo, fare qualcosa di simile.

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Amici e colleghi. Ecco chi ha combinato qualcosa di molto concreto nel campo della stabilizzazione attiva di piccoli razzi. Tutti hanno in comune una lunga storia di ricerca e studio e tutti hanno sperimentato a lungo prima di ottenere i primi risultati.

http://www.ukrocketman.com/rocketry/gimbal.shtml

http://lists.psas.pdx.edu/pipermail/psas-avionics/2007-May/011186.html

http://www.davidwyatt.me.uk/rocketry/files/Technical%20Milestone%20Report%20-%20Wyatt.pdf

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Casimiro è in effetti un primo studio, che ha funzionato ed è concretamente visibile a casa mia senza il pagamento di alcun biglietto (!), di un veicolo molto più vicino alle vere macchine spaziali di qualunque potentissimo modello di razzo HPR fatto in Italia (e se ne fanno tanti e sempre più grandi e poi non si sa come e dove lanciarli). Casimiro è costruito in tecnologia modulare smontabile, è modificabile e riparabile in ogni suo componente, è dotato di sistemi meccanici, elettromeccanici ed elettronici che non fanno parte solamente del mondo razzimodellistico, ha richiesto la progettazione, la costruzione, lo sviluppo e il test di sistemi del tutto innovativi, originali e necessari e non necessita di alcuna parte commerciale del mondo razzimodellistico a parte il motore. Il veicolo è stato realizzato con tubi commerciali senza il minimo uso di colle, e per questo motivo è possibile sostituire i tubi commerciali con altri di qualunque provenienza senza intaccarne minimamente il funzionamento. Casimiro è stato oggetto di sviluppo durante la sua costruzione ed è stato il punto di riferimento per la progettazione di Archimede, che a sua volta è un passo intermedio verso un terzo veicolo. Gimbal 7 è invece un passo "laterale" per la sperimentazione di un diverso campo nellla meccanica, volto a sperimentare l'orientamento indipendente di due coppie di motori su un solo asse affiancati a uno o più motori fissi centrali.

Foto non ufficiale di Gimbal 7

Ma sto dicendo la verità o Casimiro è un falso?

Innanzitutto una premessa: non mi interessa minimamente convincere chi legge che quello che ho combinato sia vero: affari vostri! Semplicemente illustro i risultati di una enorme quantità di esperimenti, studi, prove e test. Tutto ciò ha portato a realizzare qualcosa che so essere unico al mondo e so anche che nel mondo siamo in pochi, veramente pochissimi, a poter dichiarare quello che io sto dichiarando. Nel mondo ben poche persone hanno realizzato piccoli modelli di razzo funzionanti dotati di sistemi di stabilizzazione attiva, ed escludiamo ovviamente gruppi di professionisti che hanno accesso a risorse economiche e gruppi di studio universitari e gruppi di persone dilettanti che hanno avuto la fortuna di trovare degli sponsors! Ma anche tutti costoro hanno avuto una storia paragonabile alla mia, se non nelle dimensioni dei loro manufatti e nell'entità dei loro investimenti finanziari. Tutti quelli che vogliono realizzare cose innovative DEVONO più o meno fare come ho fatto io, vale a dire sperimentare, modificare, rompere pezzi e riprovare daccapo. Non date retta a chi parla parla nei forum e dice che questa cosa non può funzionare perchè i sensori fanno così e cosà e i microprocessori devono essere programmati così e cosà e che gli accelerometri e i giroscopi non possono funzionare sui modelli di razzo! Se parlano è perchè... NON SANNO! O, meglio, non hanno avuto la mia (nostra!) testardaggine e non hanno avuto la mia (nostra) perseveranza!Dimostrazione di pura ignoranza e sopraffina stupidità, dettata dai dogmi intoccabili del settore commerciale..
Quello che leggete qui è vero per me e per chi ha condiviso con me un lunghissimo periodo di ricerca e studio, e devo dire che non sono pochi; ma TUTTI quelli che mi scrivono in proposito da molti anni sono assolutamente convinti, anche senza avere visto e toccato con i loro occhi e le loro mani, che Casimiro sia vero e reale. Qualcun altro, in Italia, ha preferito ignorare la cosa, perdendo così, se non un'amicizia con una persona senza dubbio intelligente, anche l'opportunità di CONDIVIDERE queste grandissime esperienze e di imparare cose nuove. I modellisti cretini italiani, quelli che "non fanno chiacchiere e fanno tanti lanci", e sono solo due o tre, mi hanno dato, con il loro comportamento, la migliore motivazione per mandare avanti questa piccola impresa! E per concludere, diciamo anche che questo discorsetto NON è un ringraziamento nei loro confronti. Casimiro è stato riconosciuto in tutto il mondo rm e tutte le persone che mi hanno scritto dall'estero mi hanno onorato dei loro complimenti e anche si critiche e suggerimenti.

Casimiro è reale e funzionante, e dopo due voli più che buoni, è conservato completo in tutte le sue parti e perfettamente funzionante, previo controllo, sostituzione e ricarica delle batterie. Dopo il secondo volo sono state implementate alcune piccole modifiche nelle regolazioni meccaniche ed era in programma l'eliminazione del sistema di controllo visuale dell'allineamento del motore, che in effetti non era più necessario. Il veicolo avrebbe così potuto guadagnare circa trenta grammi di peso. Ma siccome già nel settembre 2005 era iniziato il lavoro su Archimede, che in parte è l'evoluzione di Casimiro e in altra parte è lo studio di sistemi e tecniche ulteriormente innovative, ho pensato che fosse meglio conservare il mio storico veicolo esattamente come dal suo secondo volo, quello maggiormente riuscito. Chiunque può venire a trovarmi per vedere Casimiro e molte persone, anche tra esponenti del settore razzimodellistico italiano, lo hanno avuto tra le mani. Non hanno capito molto, all'epoca, ma, anche se non lo ammettono, sanno di avere visto qualcosa di unico in Italia. Qualcosa di piccolo, modesto, ma unico. Uhm, unico? Beh, veramente no, perchè gli studi e la sperimentazione proseguono e Casimiro è oggi piuttosto superato! Moltissime soluzioni sono state ideate e provate nel frattempo, quindi smettete di chiedermi COME si costruisce Casimiro! Come dico in altre pagine, io NON voglio insegnare COME si fanno i razzi, voglio solo illustrare a cosa possono portare lo studio e la passione. Questione di cervello, non di manuali di istruzioni e colle.

Casimiro - storia di servomotori e giroscopi uniti ai razzi. Dicerie, ignoranza e ignoranti e... tante prove per vedere come funzionano

Giroscopi acquistati per prove e test con supporto ortogonale a due assi per prove.

La storia di Casimiro parte nel 2001, quando cominciai a mettere giù degli schizzi di massima per un veicolo a razzo con motore orientabile. Acquistai alcuni servomotori e alcuni circuiti di controllo per servo e cominciai a fare qualche esperimento, dato che mi mancava esperienza con tali simpatici meccanismi. Cominciai l'anno dopo lo studio di giroscopi e mi misi a costruirne uno. Fu un lavoro piuttosto difficile perchè per ottenere un giroscopio minimamente efficiente arrivai a utilizzare una ruota d'acciaio montata su un motorino per CDROM sovralimentato. Un mese di lavoro di lima e di carta vetrata finissima mi fecero ottenere un pre-giroscopio ottimamente silenzioso, veloce e relativamente privo di vibrazioni. Cominciai quindi a costruire una sospensione cardanica per il giroscopio e nello stesso periodo (metà 2002) cominciai a sospettare dell'esistenza dei giroscopi per modellismo. Dovetti saperne di più e sospesi i lavori sul mio giroscopio che potevo allora considerare al 70 per cento del suo completamento. Avevo capito che bisognava fare sul serio e studiare i giroscopi allo stato solido.

Giroscopi programmabili e supporto gyro interno per Casimiro 2004

Chiesi informazioni sui giroscopi a stato solido nell'organo comunicativo dell'allora allegra combriccola di amici che si dilettavano di razzi. Allegramente (si sa che i razzimodellisti erano e sono sempre stati dei buontemponi, di gran cuore e di estrema cortesia e correttezza) mi fu risposto dai più esperti dell'organo, che comprendevano anche sedicenti esperti elicotteristi e sedicenti grandi razzimodellisti benefattori,... che i giroscopi sono quelle cose che si mangiano nelle fiere paesane e che era meglio pensare a razzi normali! Sospettai fosse un giro di parole per evitare di dirmi: "non so nulla di giroscopi". Presi atto delle note stonate fornitemi dall'"organo". Proseguii negli studi e chissà come mi imbattei subito nei siti web di gente che invece i giroscopi li conosceva e li impiegava fantasiosamente ed ebbi il sentore che qualcuno lo facesse anche sui razzi. Naturalmente mi appassionai e cominciai ad accumulare informazioni sui giroscopi a stato solido, passando dal settore dell'elimodellismo a quello della microelettronica giapponese e scoprii come sono costruiti, come funzionano e quali segnali generino. Potrei scrivere un manuale sui giroscopi e addirittura costruirli da me medesimo, e non sto dicendo una follia. Semplicemente ho passato mesi a spulciare il web e a salvare decine e decine di pagine teoriche e pratiche sui giroscopi, arrivando a scoprire un'infinità di cose teoriche e pratiche. Potete farlo anche voi, se appena volete saperne di più. Si tratta solo di investire un po' di tempo libero... e qual è quel modellista che non impiega del tempo libero per informarsi? Correndo arrivò il 2003 e trovai sul web il sito di UKRocketman che descriveva per sommi capi il suo Gyroc. Quelle pagine mi spronarono negli studi e cominciai ad investire soldi e tempo su queste ricerche. Nel luglio 2003 fui a Bologna per il lancio di Arturo di Marco Agostinelli, che con quel razzo, piuttosto rozzo nella sua realizzazione, completava la sua laurea in ingegneria aerospaziale. Marco mi parlò del fatto che l'università di Roma intendeva realizzare un razzo dotato di motore orientabile. Fu molto gentile nel promettermi copia della sua tesi e gentilissimo nel farmela arrivare sul serio. Ho ancora in archivio registrazioni audio di quella giornata molto interessante. Ho naturalmente copia di tutto ciò che è successo con Arturo quel giorno.
Acquistai quindi per la prima volta una coppia di giroscopi identici, piuttosto economici per l'epoca ma non così economici in assoluto!... e iniziai un lungo programma di sperimentazione elettronica-meccanica. Studiando il sistema giroscopio-servo imparai quali tipi di segnali e quali reazioni erano necessarie e conseguenti. Accumulai decine e decine di pagine di appunti e una serie lunghissima di test in laboratorio, realizzati dapprima con meccaniche fisse, mi permisero di pensare a una sospensione cardanica che fosse in grado di sostenere e muovere un motore a razzo di tipo Estes.

La sospensione cardanica - sperimentazione meccanica dal vero

Cominciò così in primavera-estate 2003 la costruzione della prima sospensione cardanica dedicata al motore Estes E9. Subito al primo colpo emersero alcuni problemi che impedirono alla sospensione numero 1 di arrivare a completamento.Un banale problema di centraggio dei fori sull'anello in alluminio mi impedì di unirlo al secondo anello. A quell'epoca usavo anelli in alluminio ricavati dallo smontaggio di hard disk degli anni Ottanta. Elementi di elevatissima precisione, ma purtroppo in numero scarsissimo nel mio laboratorio e purtroppo quasi tutti unici e diversi fra loro. Introvabili altri esemplari, dovetti pensare a sostituire l'anello esterno con qualcosa d'altro.

Castello gimbal 2.1

Così nacque il "castello", ovvero una struttura meccanica chiusa realizzata in elementi di vetronite uniti per mezzo di angolari di alluminio e viti. Il "castello", termine che ho ricavato dal settore meccanico di precisione delle macchine per scrivere meccaniche degli anni Cinquanta-Settanta, avrebbe racchiuso e sostenuto l'anello di supporto motore in alluminio. A sua volta il castello poteva essere fissato, nelle due estremità perpendicolari a quelle in cui era fissato l'anello di sospensione del tubo portamotore, a una forcella che diventava l'estremità inferiore del veicolo teorico in corso di studio (cioè dello STA gimbal in corso di realizzazione).
Nasceva così la sospensione cardanica per motore a razzo; unica al mondo, giacchè gli altri sperimentatori usavano un sistema molto più semplice di cui parlerò più avanti. La sospensione numero due fu oggetto di innumerevoli prove statiche. Scoprii un mucchio di problemi pratici che non avevo previsto sui disegni e ben presto capii che ce ne voleva una terza! La terza sospensione cardanica impiegava per la prima volta microcuscinetti a sfera e fu unita a un sistema di tubi commerciali concentrici che ospitavano un servomotore e relativo supporto. Questa sospensione cominciava a funzionare benino e impiegai con essa anche i sistemi elettronici di controllo (analogici) e i giroscopi.

Gimbal 2a con microcuscinetti a sfera. Mancano i motori di azionamento.

La "gimbal 3" fu protagonista di prove fino allo sfinimento dei suoi motori e del cilindro di supporto. Nell'inverno 2003 fu unita a una specie di telaio che poteva essere considerato il telaio di un intero razzo. Una sezione superiore dedicata ai sistemi elettronici e al tubo paracadute rendevano lo studio estremamente eloquente e financo alcuni razzimodellisti molto in alto nella "piramide" lo ebbero in visione. Dubito che all'epoca ne comprendessero il valore tecnico, ma tant'è. Non studiavo e sperimentavo certo per sentirmi dire "bravo" dai sedicenti grandi razzimodellisti: facevo questi studi per inventare e per elevare le mie personali capacità e non volevo certo mettermi su una cattedra.

Gimbal 2b con sezione motori di test.

Comincia il lavoro di progettazione del veicolo - investimenti in termini di tempo e soldi

Cominciò così il lavoro di riprogettazione completa del veicolo a razzo. Avendo accumulato informazioni sufficienti sui sistemi minimi necessari, e sapendo che lo sviluppo avrebbe proseguito bene solamente con un veicolo completo, avviai il programma di acquisto di nuovi servomotori e nuovi giroscopi. E, naturalmente, di nuovi materiali costitutivi, ricambi, minuteria, componenti elettronici e consumabili.
Le spese erano notevoli, se si pensa che solamente i giroscopi costavano circa centoventi Euro e ne dovevo utilizzare due. Ottimi servomotori, particolarmente studiati per caratteristiche meccaniche ed elettriche, costavano più di quaranta Euro ciascuno. Alcuni componenti del settore razzimodellistico furono necessari, come per esempio il piccolo generatore di gas "Safe Eject", che mi serviva per risparmiare il tempo necessario allo sviluppo di un simile sistema interamente artigianale (cosa che avrei realizzato due anni più tardi e che mi consentì di essere... indipendente anche qui!), e Casimiro cominciava a prendere forma. La cosa che ricordo di più di quel tempo è soprattutto l'emozione di rendermi conto che il veicolo cambiava continuamente di forma e di dimensioni durante la sua costruzione. Ogni singolo pezzo poteva essere costruito, unito agli altri del sistema che stavo sperimentando ed essere poco dopo smontato e sostituito da un altro migliorato in seguito ai problemi incontrati. Un vero lavoro di sviluppo del progetto contemporaneo alla sperimentazione dal vero dei componenti.
Nel marzo 2004 Casimiro assumeva finalmente l'aspetto di un piccolo razzo. La quarta sospensione cardanica, finalmente perfettamente funzionante, era di una precisione eccellente. L'elettronica non era per nulla stabile e precisa ma per alcuni secondi poteva funzionare e pilotare correttamente giroscopi e servomotori. Una mattina ebbi in mano Casimiro alimentato e mi accorsi che muoveva il motore in seguito alle rotazioni che impartivo, esattamente come volevo. Certo, non era preciso, non era veloce, non era affidabile, non era minimamente quello che serviva, ma muoveva il motore. Sapevo che l'elettronica analogica mi avrebbe procurato grattacapi ma in quel momento ero certo che valeva la pena proseguire. Casimiro avrebbe volato presto o tardi, possibilmente in agosto. Mi accorgevo di avere superato il punto di non ritorno e il programma doveva continuare a qualunque costo e con la massima velocità.

Casimiro agosto 2004 con sistema di alettoni e boosters smontabili

Sistema inerziale per l'espulsione del paracadute

Inerzsens 3.1 montato su Casimiro per il suo primo volo

Mentre lo sviluppo del veicolo procedeva, naturalmente, così era anche per il progetto; e una notevole serie di idee veniva fissata sulla carta degli appunti. Un aspetto che notavo dall'inizio del programma era che il problema del ritorno a terra del veicolo, una volta per aria, era estremamente critico e di difficile risoluzione. Il motore Estes E9 nelle versioni con carica di espulsione non poteva su Casimiro operare l'apertura del paracadute perchè il motore non sarebbe stato in alcun modo collegato con la sezione paracadute e invece racchiuso in un tubo portamotore cieco, che doveva ruotare in tutte le direzioni. Tanto valeva pensare quindi a un Estes E9-P. Però il paracadute doveva essere assolutamente estratto e anche io, come scrive Jim McFarland sul suo sito, pensai ovviamente a un piccolo timer. Infinite simulazioni fatte su carta (perchè tanto i software per modellisti sono del tutto inutili per questi veicoli sperimentali e bisogna invece usare semplici calcoli di massima che si affinano nel corso del tempo) mi facevano capire che nel caso di un lancio perfetto il veicolo avrebbe potuto arrivare, con estrema lentezza, a un apogeo di venti-venticinque metri. Il motore Estes E9 sarebbe stato usato del tutto al di fuori dei canoni "ortodossi" dal modellismo, che dicono che la spinta media del motore (in questo caso 9 Newton) deve essere circa quattro o cinque volte il peso totale del veicolo (cioè circa duecento grammi). Casimiro avrebbe potuto pesare, teoricamente, circa ottocento grammi e più. Di conseguenza avrei ottenuto un volo molto lento, con bassissima accelerazione e con una velocità finale al burnout estremamente bassa, di pochi metri al secondo, con i quali il veicolo avrebbe proseguito per nerzia di pochissimi altri metri. In caso di volo poco controllato e nel caso peggiore di traiettoria, il veicolo avrebbe potuto percorrere, in orizzontale, circa venticinque metri al massimo con un apogeo di circa dodici. In caso di volo senza controllo, il veicolo avrebbe raggiunto altezze e distanze intermedie, ma le rotazioni sarebbero state problematiche e sarebbe stato impossibile salvare il veicolo da un rovinoso atterraggio. Ma anche in caso di volo regolare nessun altimetro commerciale sarebbe mai servito allo scopo di estrarre il paracadute perché tutti i dispositivi commerciali hanno bisogno di avvertire quote e accelerazioni tipiche del veicolo RM per funzionare correttamente, salvo il fatto che spesso sono realmente poco affidabili di per se stessi. Un piccolo timer avrebbe dovuto essere tarato esattamente a 2,5 secondi, vale a dire leggermente meno della durata della spinta del motore, per tener conto del ritardo dell'accensione della carica di deploy. In ogni caso era chiaro che il volo sarebbe stato assolutamente critico e l'espulsione avrebbe potuto benissimo essere inutile se il veicolo fosse a quel momento già a terra. Comunque, era l'unica via percorribile e cominciai a preparare il timer. Senonchè, proprio in quel tempo, stavo lavorando a un piccolo dispositivo che mi aveva chiesto l'amico-collega Riccardo P. Stavamo discutendo di un razzo a due stadi da realizzare con le sue tecniche di lavorazione del carbonio da motorizzare con piccoli motori. Sviluppai in breve tempo un sistema elettromeccanico che costituiva un sensore inerziale per l'attivazione di un accenditore in seguito a una variazione di accelerazione. Il dispositivo fu provato dal vero sull'Iris in compositi di Riccardo P. e funzionò bene.

Il dispositivo che avevo ideato e costruito per Riccardo nasceva da una richiesta ben precisa. Un ipotetico veicolo bistadio, costruito in materiali compositi e dotato di piccoli motori, doveva raggiungere quote elevate in virtù della costruzione sopraffina, di cui è esponente sopraffino proprio Riccardo. Allo scopo di massimizzare la quota, è importante che il secondo stadio si accenda quando il primo stadio ha appena cessato di funzionare. All'epoca non esistevano dispositivi commerciali dotati di accelerometri e un normale altimetro serviva poco per questo scopo. Utilizzare la tecnica dei motori sovrapposti implicava il disegno di un veicolo piuttosto convenzionale e Riccardo voleva invece realizzare un veicolo del tutto originale, dove il motore del secondo stadio fosse posto magari a notevole distanza e magari non in comunicazione con quello del primo stadio (accensione causata dalla carica del primo stadio impossibile). Pensai quindi che nel volo di un simile modello, ciò che succedeva al momento del burnout, vale a dire lo spegnimento del motore del primo stadio, era una notevole decelerazione causata dall'attrito dell'aria sul veicolo in velocità, producendo un'accelerazione negativa. Questo transitorio violento era certamente in grado di spostare dalla posizione di riposo, bassa e causata dalla gravità a motore spento e vieppiù confermata dall'aumento di accelerazione prodotta dal motore durante il suo funzionamento, di una levetta metallica che poteva chiudere un contatto quando in posizione sollevata. Una breve serie di esperimenti meccanici portarono all'ideazione di un piccolo aggeggio elettromeccanico a cui aggiunsi un relè per costituire un semplice circuito antirimbalzo e una maggiore sicurezza di contatto. Poi sostituii il contatto della levtta con un relè Reed che dava il vantaggio di non soffrire di polvere e ossidazioni. Il terzo esemplare della catena di sviluppo fu quello che sperimentammo sul campo. Semplice, affidabile e... inerziale, alla faccia di chi nell'organo comunicativo dei giocosi modellisti era convinto (e lo strillava) che non potesse funzionare. Quel dispositivo face tanta strada e divenne il gioiellino che aprì il paracadute di Casimiro in entrambi i voli (in due diverse versioni) e lo farà ancora su altri veicoli criscaso. Amen.

(foto)

Primo dispositivo inerziale Criscaso per l'accensione di un motore per secondo stadio su modelli di razzo convenzionali - idee di partenza

Prototipo sensore inerziale 2.2 - 2003

Questo dispositivo era pensato per attivare un accenditore in seguito a una variazione di accelerazione e avevo pensato, naturalmente, che la stessa cosa poteva essere utile per Casimiro. Infatti, considerando un ipotetico volo ideale, Casimiro si sarebbe trovato, dopo tre secondi dal decollo, lentissimo e a una quota irrisoria e da lì avrebbe cominciato a cadere. Questi aspetti mi hanno sempre affascinato e ho sempre visto potenzialità di studio con i modelli di razzo e in special modo per le brevissime condizioni di "microgravità" relativamente all'interno del veicolo quando esso si trovi nelle immediate vicinanze dell'apogeo. In questi momenti, infatti, il veicolo è pressochè istantaneamente fermo a mezz'aria e quindi al suo interno vi è condizione di zero g. Vale a dire che un accelerometro posto al suo interno, fissato al telaio della capsula, misurerebbe accelerazione zero. Ma iniziando la caduta e cominciando ad acquistare velocità, questo ipotetico accelerometro misurerebbe, per effetto dell'attrito con l'aria che frena vieppiù con l'aumentare della velocità, un continuo aumento del valore di accelerazione da zero. Alla velocità terminale, vale a dire quando l'oggetto in caduta non accelera più perchè l'attrito compensa l'ulteriore aumento di velocità, si ottiene nuovamente il valore di 1 g, corrispondente a quello del suolo.

Sensore inerziale per l'accensione di stadio superiore - versione 2.3 2003 per Riccardo P. su telaio per l'IRIS in compositi di Riccardo. In alto il segnalatore di accensione, costituito da un cannoncino a polvere.

Sistema inerziale elettromeccanico per l'espulsione del paracadute su Casimiro - secondo grado di affidabilità (ridondanza)

Per realizzare un semplice sistema inerziale basta così misurare una differenza di accelerazione, definendo cioè un valore minimo e uno massimo, al di fuori dei quali il sistema attua un differente comportamento. Vale a dire attiva o meno un interruttore che potrà dare tensione a un accenditore. Questo è quanto fa, dopo un paziente lavoro di affinamento e sviluppo, il mio piccolo sensore accelerometrico elettromeccanico.
Il dispositivo fu realizzato in diverse versioni successive, che furono oggetto di prove estremamente bizzarre e talvolta divertenti. In alcuni casi lo avevo in mano e... mi buttavo giù da una sedia per osservare da vicino come si comportava. Quando fui certo che era in grado di attivare accenditori Estes mi spinsi a pensare che il piccolo dispositivo sarebbe diventato il sistema più importante del veicolo. Incredibile, pensavo: realizzo un missile unico al mondo e per salvarlo dalla caduta senza paracadute lo affido a un aggeggio elettromeccanico ideato e costruito da me medesimo! Un aggeggio elettromeccanico molto ma molto più umile e semplice dei dispositivi commerciali! Ma pensato e realizzato sfruttando le mie esperienze meccaniche che lo rendevano efficace e molto più affidabile di quei costosissimi e capricciosi altimetri, che quando non funzionano la colpa è sempre e solo tua e il fabbricante tira fuori il fatto che nelle decine di prove il tuo "piccolo inconveniente", che ti è costato il modello costosissimo, "non si è mai verificato". Risate... perlomeno gli stessi rischi con il mio apparecchio sono da considerarsi parte integrande del rischio insito nella sperimentazione totale e libera. Il rischio mi sembrava piuttosto grande ma anche, contemporaneamente, molto minore di quello che avrei affrontato con un volgare timer.
E non era tutto qui: durante le innumerevoli prove mi accorsi che il mio sensore, costituito da una leva meccanica in sospensione e fulcrata a un'estremità, era sensibile anche per rotazioni sugli assi perpendicolari a quello di funzionamento normale (qui ci sarebbe da approfondire perchè questo aspetto deriva da scelte meccaniche-costruttive ben precise ma non è questa la sede per farlo e neppure voglio farlo per fornire gratuite informazioni critiche ai "ricercatori" del settore!). Quindi ottenni un fenomenale risultato, che consisteva di un doppio fattore di sicurezza per il veicolo. Il sistema era efficace sia per accelerazioni longitudinali, sia per le rotazioni dell'intero veicolo in caso di perdita di controllo. In caso di volo fuori controllo, il deploy sarebbe avvenuto ugualmente, rallentando così sia le rotazioni incontrollate, sia la caduta regolare. Nessun dispositivo commerciale avrebbe mai potuto fare così tanto con così poco e a simili condizioni di velocità e quota. Questi aspetti non sono mai stati capiti (o meglio, riconosciuti) dalla comunità del modellismo di razzi, anche se cercai di spiegarlo diffusamente sul solito "organo". Ma sono stati capiti, eccome, da tutta la gente che ha letto (e capito!) il mio articolo su Casimiro pubblicato sulla rivista USA Sport Rocketry.

Modifiche e sviluppo del veicolo - vantaggi della costruzione modulare smontabile

Mi resi conto che il tempo correva, in luglio, quando ebbi pronto il sistema inerziale per il deploy e lo montavo velocemente all'interno del veicolo. Una cosa molto vantaggiosa della costruzione modulare-smontabile (che ho spiegato in un articolo scritto insieme all'amico-collega Riccardo P. sulla rivista Sport Rocketry nel 2006 e che spiegherò brevemente in altre pagine del mio sito prossimamente) è che posso operare continue modifiche a un veicolo senza dover tagliare pezzi di cartone incollati e senza incollarne nuovamente degli altri. Un componente nuovo deve essere inserito? Bene, si smonta la porzione del veicolo interessata e si estrae il frame interno, se esistente. O lo si costruisce se necessario. E si costruisce il supporto mancante o si estrae quello esistente che non va più bene per il nuovo elemento e se ne applica un altro. E si aggiunge questo e quello o si toglie quell'altro, si spostano batterie, componenti e cavi e filature. Nessun problema, tutto ciò che serve può essere fatto. Ogni volta il veicolo è nuovamente pronto e funzionante e si può procedere a test e prove. E di conseguenza si può modificare nuovamente il veicolo se i test hanno dato indicazioni su modifiche opportune. Un razzo costruito secondo i canoni del modellismo sarebbe del tutto inutile e andrebbe rifatto daccapo ogni volta: forse è ANCHE per questo che i modellisti non studiano mai nulla di complicato e non affrontano progetti sofiisticati... si accontentano di aumentare dimensioni, pesi, e potenze. Con il risultato che a un bel momento il loro modello è talmente grosso e pericoloso che bisogna impazzire per trovare dove lanciarlo. Casimiro poteva essere lanciato anche dietro casa mia!

Impianto elettrico - alimentazione sistemi

In luglio 2004 dovetti preparare un sistema di gestione dell'alimentazione elettrica. Avevo infatti diversi sistemi elettronici che richiedevano diverse alimentazioni. I giroscopi funzionavano con tensioni tra i 4,5V e o 6V, il circuito di controllo servo però funzionava con 12V e il sensore di deploy Criscaso doveva essere reso indipendente con una terza batteria. Così approntai un veloce e rozzo pannello che recava attacchi elettrici per l'accensione dei sistemi e perl'applicazione della chiavetta di sicurezza del sensore inerziale. In modo tale che potessi preparare il veicolo con le batterie nuove e ricaricate, chiuderlo e posarlo sulla rampa di lancio e attivare solo all'ultimo momento i sistemi. Questo perchè le batterie erano le più piccole possibili e separate per singolo sistema. A questo punto un intelligente ricercatore potrebbe chiedersi (magari potrebbe anche chiedermelo, ma finora nessun italiano lo ha fatto, chissà come mai!) perchè abbia usato diverse piccole batterie e un sistema così complicato per attivare i sistemi. Non voglio qui rispondere a questo quesito... anche perchè lo sto ponendo IO e io ne conosco le risposte (tantissime, tutte giuste).

Test statici del veicolo su rampa - ideazione di sospensione cardanica per simulazione del volo

In agosto inoltrato fui in campagna, a Cape Cadaveral, posto dove lanciavo vent'anni prima i miei razzetti realizzati con la polvere dei petardini cinesi. Casimiro era appena appena funzionante ma non avevo la minima idea di come si sarebbe comportato una volta acceso il suo motore. Pensai così che dovevo assolutamente fare alcune prove di accensione del motore tenendo fermo a terra il veicolo, e osservare il comportamento della meccanica per capire se le reazioni di controllo fossero state adeguate ed efficaci. Mi serviva un telaio di supporto per Casimiro che lo lasciasse libero di ruotare su due assi. Insomma, dovetti pensare a una sospensione cardanica per l'intero veicolo! Il veicolo avrebbe quindi, una volta acceso il motore, prodotto oscillazioni e il sistema di guida avrebbe dovuto correggerle. Anzi, a dire la verità pensavo che sarei stato io a dare delle perturbazioni al veicolo per osservare, mediante telecamerina, se il motore venisse orientato per correggere e smorzare le oscillazioni.
L'ambizioso programma fu messo in cantiere e cominciai a costruire un telaio da applicare alla mia pesantissima rampa di lancio in acciaio. Mi resi conto presto però che questa meccanica sarebbe stata molto complicata e mi avrebbe richiesto moltissimo tempo prima di essere funzionante e affidabile. Così ne realizzai solo metà. In pratica il veicolo sarebbe stato fissato, in posizione baricentrica, a una morsa realizzata con tubi di cartoncino per razzi, dotata di due alberi centrali che entravano in due fori in blocchi di legno fissati al telaio di supporto. Il tutto fissato sulla mia pesante rampa. Il veicolo avrebbe così avuto due soli gradi di libertà su un solo asse. Per testare il veicolo sarebbe stato necessario provare un'accensione e osservare il funzionamento del sistema relativamente a un giroscopio, un servo e uno solo degli anelli della sospensione di Casimiro. Poi, ruotando il veicolo sull'asse di rollio di 90 gradi, ripetere la cosa. Non troppo sofisticato, ma perlomeno fattibile.

Casimiro sulla sospensione cardanica a un solo asse sulla rampa criscaso 2002.

Il telaio fu pronto solo il 15 agosto. Le mie ferie finivano di lì a sei giorni. Il pomeriggio del quindici il mio "vecchio" collaboratore Jaegermeister Gabriele passò per casa mia e lo agguantai. Agguantai anche la mia vecchia centralina di accensione Policarpo, una macchina fotografica, un registratore e piazzai il tutto. Feci un breve addestramento a Jaegermeister e mio papà osservava stranito quello che stavo combinando nel suo giardino. Avevo posto Casimiro sul telaio fissato alla mia rampa pesantissima e posi il tutto in mezzo agli alberi da frutto. La vicina di casa passò senza far troppo caso e fui certo che non mi avrebbe dato problemi.
Casimiro inclinato sulla rampa di lancio pareva pronto a prendere le vie del cielo, ma sapevo che il peso della rampa e la robustezza del telaio di supporto erano più che sufficienti a impedire qualsiasi volo.

Particolari della sospensione cardanica per il veicolo su rampa fissa

Test di accensione motore con veicolo su rampa - osservazioni, imprevisti, accidenti vari

Per il primo test il veicolo fu lasciato del tutto spento. Un motore Estes E9-5 fu installato nel portamotore e un accenditore inserito.
Jaegermeister fece il count down dopo che io diedi l'ok perchè avevo avviato la fotocamera per filmare il test. Il motore si accese regolarmente e Casimiro rimase fermo rocciosamente. Non si osservò la minima oscillazione del veicolo, il che mi fece soprattutto considerare che la sospensione cardanica di Casimiro era eccellentemente centrata e precisa, mentre quella che teneva fissato l'intero veicolo era abbastanza frizionata per assorbire le piccole imperfezioni della spinta prodotta dal motore.
Il motore fu espulso teatralmente dal supporto motore alla fine del periodo di delay. La fumata bianca si dileguò in pochi minuti.

Test accensione 1

Casimiro fu lasciato fissato al telaio ed estrassi il motore dopo qualche minuto di raffreddamento. Esaminai la meccanica e non notai il minimo segno di danno meccanico. Attivai i sistemi e verificai che la sospensione eseguiva i regolari movimenti dettati dal programma di reset dei giroscopi. La sospensione si arrestò in una posizione non centrata per via dell'instabilità termica dell'elettronica analogica e mi ripromisi di regolare la posizione. Spensi tutti i sistemi. Smontai la sospensione della rampa ed estrassi il veicolo. Separai i due segmenti di fusoliera ed estrassi il telaio interno di supporto dell'elettronica quel tanto che bastava a permettermi di raggiungere i micropotenziometri e riattivai i sistemi. Dopo il reset, regolai la posizione di zero della sospensine cardanica per ottenere l'allineamento del motore verso l'asse longitudinale del veicolo. Rimontail il veicolo e lo rimontai sulla sospensione della rampa. L'operazione richiese in totale circa mezz'ora.
Casimiro fu pronto al secondo test circa un'ora dopo il primo. Jaegermeister fu pronto dopo un bicchiere di lambrusco che mio papà aveva prontamente preparato sul tavolino dietro casa. Attesi che i due fossero nuovamente attenti e concentrati e ripreparai il veicolo. Attivai i sistemi e diressi le operazioni di accensione come prima. Mi appostai in una posizione diversa da quella di prima con la fotocamera e avviai la registrazione del filmato. Jaegermeister al mio cenno iniziò il count down ma improvvisamente la macchina fotografica si spense. Urlai STOP a Jaegermeister e sospendemmo il test. Corsi in casa a sostituire le batterie della mia fotocamera e non pensai di spegnere Casimiro, che attendeva con i gyro, il sistema di controllo e i servo alimentati . Riaccesi la fotocamera e riniziammo la procedura. Jaegermeister attivò la chiavetta di sicurezza, fece il count down e pigiò il pulsante di start. Il motore di Casimiro prese vita e stavo filmando regolarmente. Mi accorsi subito che la fiamma del motore non era allineata con il veicolo. Per colpa del tempo trascorso tra l'attivazione dei sistemi e l'accensione del motore l'elettronica analogica aveva modificato i segnali dati ai giroscopi e la sospensione cardanica era disallineata di un paio di gradi. ma in una direzione per la quale il singolo asse di libertà della sospensione cardanica del veicolo non poteva essere sufficientemente disturbato e Casimiro non produsse il minimo movimento nè la sospensione corresse alcun movimento. Il motore fu mantenuto rocciosamente fermo nonostante le vibrazioni da esso prodotte. Mio papà non fu molto contento nel riscontrare in giardino, la mattina seguente, una macchia di erba seccata e sbiancata nel punto in cui i motori dei test avevano gettato i prodotti di combustione. Ricordarsi di porre sull'erba un sacco di juta se vogliamo fare altri esperimenti con i motori.

Test accensione 2

Test di deploy dal vero - sensore inerziale criscaso utilizzato come da progetto - annotazioni

I tre giorni seguenti servirono per rimontare il sensore di deploy, rifare le tabelle cronologiche, smontare l'accumulatore di alimentazione dei servo per sostituirlo con il secondo identico e per testare il deploy a terra. Il sensore fu provato dal vero a terra con mezzo veicolo, dato che la sezione motori non serviva allo scopo. I due test furono soddisfacenti, sebbene nel primo non ottenni l'espulsione. Nel secondo, utilizzando un diverso modo di preparare il generatore di gas svizzero, tutto andò bene, talmente bene che il paracadute giallo riportò anche una leggera bruciatura. Annotai tutto quello che avevo fatto, compresi gli errori di procedura, e decisi che il sensore, il generatore di gas, il paracadute e il nose-cone erano adeguati al volo. Cosi smontai e ripulii il Safe-Eject e lo preparai per funzionare dal vero. La sezione superiore di Casimiro fu dichiarata pronta al volo.

Fondo sezione paracadute con generatore di gas per deploy (Safe Eject) e connessioni elettriche.

Primo volo, 19 agosto 2004 - problema del campo di lancio risolto brillantemente - volo apparentemente fallito

Il diciannove agosto ruppi gli indugi e non procedetti ad altri test statici, come avevo pensato. Radunai la mia squadra di collaboratori (Barbara, Mario, Rossana e Giovanni) che avremmo occupato il campetto che avevo adocchiato qualche giorno prima durante i miei lunghi giri in bicicletta. Un pezzetto di golena a Po, a due chilometri di distanza da casa, era del tutto privo di colture e sensa alberi vicino. Mi fu fatto notare che non conoscevamo il proprietario e mio papà si offerse di andare al bar a cercarlo. Decisi invece di occupare il piccolo campetto arato dei nonni, che in quel momento era parimenti sgombro. Nessuno ci avrebbe dato fastidio nè l'autorità di pubblica sicurezza avrebbe potuto darci noie, dato che il terreno era di proprietà di un parente che me ne dava la disponibilità. Massima sicurezza anche in questo.

pad on range

Manca poco al lancio e... cosa diamine c'è di più interessante da guardare laggiù?

Trasportammo squadra e attrezzature verso sera, intorno alle diciotto e trenta. La rampa fu posta in un posto impervio ma stabilizzata. Le livelle indicavano duscreta orizzontalità del pad. Preparai Casimiro mentre Mario LCO preparava la centralina e il relativo cavo. Gli altri tre erano fotografi e documentavano tutte le operazioni.
Una serata estremamente ventosa fu quella del diciannove agosto. Piuttosto strano per la bassa mantovana e per un cielo tutto sommato sereno. Non troppo caldo, e Casimiro risentiva degli sbalzi termici. I sistemi funzionavano bene ma la sospensione cardanica si spostava lentamente in pochi secondi. Posai il missile sulla pad senza il minimo aiuto di un'asta e attesi il momento migliore. Raffiche di vento arrivavano a creare pericolo di ribaltamento di Casimiro, e il sistema di antiurto non era in grado di tenerlo ben saldo in posizione verticale. Avevo anche il pensiero della batteria del sensore inerziale che aveva una durata di pochi minuti e in attesa di un momento senza vento spensi tutti i sistemi. Li riaccesi di lì a poco e verificai che il motore era leggermente fuori asse. Spensi nuovamente tutto, smontai la parte superiore e riaccesi per riallineare. Richiusi e posai nuovamente Casimiro sulla rampa. Nuove raffiche di vento mi fecero aspettare e a un bel momento sembrò che il vento calasse. Avemmo un momento di calma e urlai a tutti di far correre le macchine fotografiche e a Mario di dare il via al lancio. Mario fece il count down e premette il pulsante.

l1a

Fotogrammi dalla fotocamera di Giovanni B.

Casimiro accese il motore e decollò lentamente, producendosi in un volo apparentemente faticoso, lento e curvo. Nulla di simile ai tipici voli di razzomodelli. Una parabola che lo portò sopra di me a circa venti metri di quota per poi proseguire a testa in giù a motore ancora acceso. Non appena il motore si spense, sentimmo il "bum" della carica di deploy e alla quota di circa otto-nove metri il paracadute fu aperto. Casimiro atterrò proprio dentro al fosso, pieno di sterpaglie e asciutto, a circa venticinque metri di distanza dalla rampa di lancio. Ero piuttosto vicino e scesi nel fosso. Trovai Casimiro steso su un letto di sterpaglie e come li toccai avvertii i motori azionarsi e muovere la sospensione cardanica. La meccanica reagiva a tutti i movimenti che impartivo al veicolo. Il leggero traliccio di bambù che costituiva il piede di appoggio e il paraurti per il motore era spezzato in due punti ma la meccanica non aveva il minimo danno. Il paracadute era perfettamente aperto e non si notavano ulteriori danni rispetto a quelli sofferti nei test fatti nei giorni precedenti. Risalii il fosso con Casimiro in mano e i ragazzi mi si avvicinarono per vedere. Tutti avevano da raccontare quanto avevano visto e i registratori che porto sempre con me fissarono le utilissime prime impressioni. Smontai la sezione superiore di Casimiro e spensi i sistemi.

Dati e impressioni del primo volo - raccolta, studio e analisi dei dati, ideazione di modifiche e aggiornamenti

Giovanni aveva filmato con la sua fotocamera e mi fece vedere il volo. In un primo momento ero piuttosto deluso dal volo che ritenevo poco significativo. Però avevo capito che il veicolo era del tutto salvo, che tutti i sistemi avevano funzionato e che le condizioni termiche avevano influito molto sul comportamento del veicolo. Non potevo considerare questo volo come un totale fallimento perchè Casimiro aveva volato in maniera stabile, vale a dire senza rotazioni incontrollate. IL primo volo di un razzo con sistemi di stabilizzazione attiva era un fatto acquisito. La strada era ancora lunga ma sapevo già che molte cose potevano essere modificate.
La sera a casa analizzai tutte le foto digitali e il filmato, che visionammo decine di volte. Notammo due fatti essenziali. Primo, che subito dopo il decollo, il sistema di controllo aveva avvertito la rotazione e operato la correzione orientando correttamente il motore nel senso dovuto. Si notava infatti che durante le fasi iniziali del volo il veicolo, che aveva subito decollato inclinato, veniva leggermente raddrizzato. Secondo, che il veicolo era decollato con il motore disallineato. Vale a dire che la posizione di zero eta persa durante l'attesa dopo l'attivazione e il motore forniva una spinta disassata, che aveva prodotto la parabola. Se il motore fosse stato perfettamente allineato il veicolo avrebbe volato verticalmente. Quindi entrambe le richieste di progetto erano state incontrate con successo. Il veicolo correggeva l'orientamento del motore in seguito alle perturbazioni e lo manteneva stabile.
Le correzioni immediate da apportare al veicolo erano, a quel punto, implementare un sistema di regolazione della posizione di zero del motore. E un sistema atto a misurare gli spostamenti.

Nei giorni successivi, analizzando le foto, il filmato e osservando criticamente il veicolo, mi resi conto che il primo volo di Casimiro doveva essere considerato più come un successo che come un fallimento. Il veicolo aveva operato molto ma molto similmente a quanto previsto, e tutti i sistemi avevano funzionato. In particolare il mio sensore inerziale aveva funzionato stupendamente e provveduto ad espellere il paracadute poco dopo l'apogeo, non appena il motore aveva cessato di funzionare. Questo dispositivo si rivelava un sottoprogramma di successo e meritevole di sviluppo.

Il primo volo di Casimiro, ho detto poco sopra, poteva essere considerato un buon successo: il veicolo aveva volato con tutti i sistemi funzionanti e tutti i sistemi avevano operato come da richieste di progetto. Il veicolo non si era prodotto in rotazioni incontrollate su nessun asse, aveva guadagnato quota e aperto il paracadute poco dopo l'apogeo e il veicolo inerte era rimasto appesso correttamente al paracadute anche a pochissimi metri di quota, rallentando la caduta. La causa primaria del volo parabolico era stata individuata ed era possibile, semplicemente regolando i sistemi, effettuare un nuovo volo dopo la sostituzione di motore e batterie. Il sistema di piedistallo e paraurti in elementi di bambù, spezzato in due punti, era vistosamente inadeguato alle necessità ma incollato poteva consentire un nuovo lancio in identiche condizioni. Un secondo volo effettuato con calma e con regolazione precisa appena prima dell'accensione del motore poteva con buone probabilità essere migliore del primo.
Questo, per la cronaca. Ma iniziava, da subito, il programma di sviluppo e modifica.

Analisi, modifiche, aggiornamenti, regolazioni, nuovi sistemi

Nei mesi successivi Casimiro a Milano fu sottoposto a un programma di modifiche che riassumo perchè non voglio elencarle tutte e 43. Alcune di esse sono minime e alcune, al momento del secondo volo, già obsolete o rese non necessarie o del tutto inefficaci.
Gli aspetti più importanti in cui si operarono modifiche sono:

- Sistema di controllo dell'allineamento.
- Modifiche nelle regolazioni meccaniche
- Costruzione di pannello di controllo dall'esterno
- Modifiche nell'impianto elettrico
- Variazione della distribuzione delle masse per spostamento di elementi interni
- Costruzione di sistema di piedistallo leggero con funzioni di paraurti per la meccanica
- Costruzione di sistema di protezione termica del paracadute
- Sviluppo sensore inerziale per maggiore precisione e sensibilità
- Implementazione di sistemi per misure elettriche e ricarica accumulatori
- Aumento dell'affidabilità dei sistemi per migliramento delle tecniche costruttive e di montaggio
- Ricerca, costruzione, sviluppo di sistema di controllo digitale per servomotori e giroscopi
- Miglioramento dei segnali elettrici ed elettronici mediante riprogettazione sistemi di alimentazione e connessioni
- Miglioramento estetica per mezzo di finiture di qualità, verniciatura, applicazione adesivi e portello di accesso al vano elettronica
- Costruzione di interfaccia per la programmazione elettronica digitale dall'esterno

Le modifiche meccaniche si rivelarono minime. La sospensione cardanica Gimbal 4 si era rivelata assolutamente precisa e robusta e solamente i rapporti di trasmissione dei comandi degli attuatori furono modificati leggermente per testare diverse velocità di risposta e diversi angoli di movimento. Il sistema di controllo dell'allineamento du pensato per consentire all'elettronica analogica di rimanere nel veicolo almeno fino al secondo volo. Consisteva di una coppia di microsensori che si attivavano qualora il motore uscisse di un grado dalla posizione di zero, attivando un cicalino di allarme. Per la posizione di zero un LED verde si accendeva in zona pannello, indicando così che su quell'asse la sospensione cardanica era OK. Il sistema era del tutto indipendente dagli altri e richiedeva un'altra batteria. Il sistema completo pesava circa trenta grammi.

Risolvere il problema del paraurti fu, tutto sommato, facile. La sezione motore di Casimiro era stata pensata, già quasi due anni prima, come un sistema passibile di essere utilizzato per diversi veicoli e costruito con elementi strutturali che potevano permettere anche l'applicazione di boosters laterali e anche di alettoni rimovibili, ambedue cose che si notano in alcune foto del 2004, quando pensavo che il veicolo potesse necessitare di ausilii sia nella propulsione sia nella stabilizzazione aerodinamica. Quattro colonnine di metallo sporgevano dalla sezione cilindrica e risultavano i punti di attacco strutturale adatti a un supporto per mantenere verticale il veicolo. Il sistema, realizzato con elementi di alluminio, ottone e vetronite e dotato di eleganti piedini di gomma con funzione di smorzamento vibrazioni e... antigraffio, era leggero e robustissimo.

Sistema di piedistallo e paraurti Casimiro 2005

Contemporaneamente, però, ricercavo nel web la collaborazione di un programmatore di microprocessori e cercavo una soluzione per migliorare l'affidabilità del circuito di controllo dei servo. Così trovai la collaborazione di Sergio F. di Roma, che mi fece avere un PIC programmato con un circuito di sua invenzione per i servomotori. Il PIC sarebbe stato impiegato in un circuito leggermente modificato per l'uso particolare dei servo di Casimiro. Il circuito di prova funzionò bene al primo colpo e così partì il programma di rinnovamento "digitale" di Casimiro. Conseguentemente anche l'impianto elettrico dovette essere rifatto completamente e alcune batterie spostate per permettermi di spostare i nuivi circuiti. Inoltre i lavori di verniciatura, implementazione del pannello, del portello di accesso richiudibile e il nuovo nose-cone portavano il peso totale a circa ottocentonovanta grammi. Il rapporto CG-CP era leggermente peggiorato nel senso che i due punti erano del tutto invertiti rispetto a un modello di razzo ma la cosa non mi preoccupava minimamente.

Controller digitale 2.1 FiserTek

hybrid on Casimiro 2005

Pannello 2 e on analogica 2005 (foto cronologicamente di epoca precedente alla foto immediatamente sopra)

panel 2005

Pannello di fusoliera richiudibile, pannello di controllo e attacco interfaccia di programmazione servo (elettronica digitale)

Digital Casimiro

Controller digitale Fisertek montata su telaio interno. Modifica circuiti elettrici di segnale e potenza.

La verniciatura fu eseguita su suggerimenti di Riccardo P. e costò uno sproposito di ore! Ma risultò essere la migliore verniciatura mai eseguita su un missile criscaso!
Ultima modifica fu quella di optare l'esclusione del segmento di fusoliera destinata al paracadute con pistone per la salvaguardia del paracadute dai gas di combustione. Recuperai il tubo originale del primo volo, piuttosto sofferente per le tante prove di deploy e per il primo volo, ma sicuramente in grado di sopportare ancora almeno UN deploy. Questa piccola modifica fece perdere al veicolo settanta grammi di peso.

Un discorso a parte per il sistema inerziale criscaso. Il dispositivo che tanto bene aveva funzionato nel primo volo era stato sostituito da uno completamente nuovo. Identico nella circuiteria, ma modificato nella meccanica. La leva sel sensore era fulcrata su un microscopico cuscinetto a sfera ricavato da uno stupendo hard disk degli anni Ottanta. Un vero microgioiello, che rendeva il sensore estremamente preciso nel funzionamento su un solo asse e lo rendeva del tutto inattaccabile alle vibrazioni sugli altri assi. Un relè da soli quindici milliAmpere rendeva il dispositivo più affidabile nel tempo perchè richiedente meno corrente dalla batteria. Ciò permetteva di allungare la finestra di lancio, dato che era proprio questo sistema a dettare il periodo finale di soli cinque minuti.

Inerzsens 3.1 e 3.2. Entrambi volati con Casimiro.

Le modifiche terminarono a fine giugno 2005. Durante i dieci mesi di lavoro centinaia di pagine di appunti, di osservazioni e di annotazioni resero possibile credere che Casimiro fosse diventato un veicolo del tutto nuovo. Inoltre mi resi conto che un identico veicolo, realizzato con tubi in materiali compositi e migliorando ogni singolo elemento, avrebbe potuto essere costruito per pesare meno di seicentocinquanta grammi, almeno a livello teorico.

Sezione inferiore di Casimiro, il giorno 14 agosto 2005 (vigilia di lancio). Notare i cavetti esterni di segnale del sensore di controllo di posizione del motore, fissati all'esterno della fusoliera.

In luglio Casimiro non fu toccato, se non per... lustrarmi gli occhi! Intanto lavoravo alle tabelle e accumulavo ricambi e consumabili. Ma nello stesso tempo alcune soluzioni che erano state fissate nei libri degli appunti cominciavano a essere sperimentate dal vero. Un nuovo sistema di controllo digitale era stato prodotto dall'amico-collega Adriano Neway su mie precise indicazioni, un nuovo tipo di sospensione cardanica cominciava a essere sperimentata e la Gimbal 5 che era lo sviluppo di quella di Casimiro, era progettata e costruita appositamente per il motore Aerotech G12. Inoltre, ancora, la classica sospensione usata da Jim McFarland e da altri sperimentarori del settore cominciava a essere sperimentata anche da me.

In agosto fui in campagna poco dopo la prima settimana. Con me una tonnellata di materiali e di attrezzature. Il lavoro di preparazione al lancio consisteva innanzitutto nella modifica del pad di rampa Alkermes e nel controllo di ogni singolo elemento di ogni singola sezione. Inoltre per la prima volta avrei impiegato, all'interno del generatore di gas Safe Eject, lo stesso del primo volo, un accenditore fabbricato da me mediante l'impiego di una microlampadina a 12Volt. Il nuovo accenditore era da tempo provato mediante test e aveva dimostrato un'ottima prestazione elettrica, perchè richedeva somamente quaranta milliAmpere, ma un notevole ritardo, circa un secondo, nell'attivazione della carica di deploy. Una serie di test condotti con un tubo di acciaio a simulare il generatore di gas e poi un'ultima prova con il Safe Eject, conclusero con successo la preparazione della sezione paracadute di Casimiro. Il nuovo sistema inerziale era estremamente preciso e sensibile, tarato per mezzo g. Rimaneva il problema del ritardo, pazienza.

Secondo volo, 15 agosto 2005

In quell'agosto il tempo era pazzerello... tutti i giorni un temporale. Il tredici agosto arrivarono Barbara e Mario e io cominciai le operazioni di ricarica di tutti gli accumulatori, anche di quello della centralina di lancio. Avevo già deciso dove lanciare, dato che un campetto diverso da quello dell'anno precedente, a solo un chilometro da casa, era di proprietà di un amico di vecchia data di mio papà. Il permesso all'esperimento fu ottenuto una sera davanti a una bottiglia di lambrusco e a spesse fette di salame.
Casimiro fu rimontato, con il generatore di gas ricaricato e sigillato e con le batterie cariche, la sera del 14 agosto. In caso estremo di necessità una presa di ricarica sul veicolo era stata aggiunta poco prima del trasferimento da Milano.
La mattina del quindici agosto decidemmo che la giornata era buona e che nel tardo pomeriggio avremmo provato a lanciare. Dopo pranzo andai a riposare mentre Barbara e Mario giocavano a carte e si divertivano al computer... o viceversa. Fatto sta che alle quindici Barbara corse a chiamarmi perchè notava l'addensarsi di nuvoloni.
Fulminei, con le bici e le macchine già cariche, partimmo. Arrivammo al campetto proprio a ridosso dell'argine Po e montammo la rampa. Diedi a Mario un registratorino Mp3 che doveva realizzare la pianosequenza dell'intera spedizione e io azionai un altro registratore. Barbara fotografa documentava le operazioni, pur cogliendo anche aspetti del paesaggio e flora e fauna locale.

Pochi minuti prima del lancio, per ricordo, 15 agosto 2005

Mario LCO approntò la centralina mentre io approntavo il veicolo. Una volta attivati i sistemi, bastava inserire il connettore della cloche di programmazione servo per richiedere il centraggio del motore al punto zero. Una volta fatto ciò, il veicolo manteneva rocciosamente la posizione. Controllato il funzionamento dei giroscopi, diedi un'ulteriore microregolazione e dopo avere preso posto a circa trenta metri di distanza e avviato la fotocamera nuova in posizione cinepresa, diedi a Mario il Go.

Casimiro decollò lentamente su una colonna di fumo nero e serpeggiò nel cielo. Il veicolo correggeva vistosamente la sua rotta almeno su un asse, mentre su un altro, dopo un tratto iniziale di circa due metri del tutto stabile, piegava di circa dieci gradi per poi mantenere l'assetto. Casimiro raggiunse circa quarantacinque metri di quota e udimmo il botto della carica di deploy, che apparentemente avvenne poco prima dell'apogeo, ma a circa mezzo secondo di distanza dal burnout stimato a orecchio. Ciò significa che il veicolo stava proseguendo, dopo il burnout, e non aveva ancora del tutto esaurito la sua velocità. Il sensore aveva azionato il deploy con un ritardo inferiore, almeno in apparenza, a quanto faceva nelle prove. Tuttavia possono avere influito anche condizioni di vibrazioni, di rotazione e di distanza dai nostri punti di osservazione.

Volo del 15 agosto 2005 come da ripresa video di Barbara (fotogrammi non in esatta sequenza)

Casimiro prese terra, appeso regolarmente al paracadute, a diciotto metri di distanza dalla rampa di lancio.
Il volo aveva risposto perfettamente alle richieste iniiziali di progetto. Tutti i sistemi avevano funzionato bene e il veicolo fu recuperato in perfette condizioni. L'atterraggio sulle foglie di barbabietola ha grandemente contribuito a minimizzare i danni al sistema di paraurti, che si risolsero in una leggerissima piegatura di un elemento di alluminio e nella perdita di un gommino. Il veicolo rispondeva alle sollecitazioni manuali e poteva essere immediatamente rifornito di motore, batterie e polvere per il deploy ed essere nuovamente in condizioni di volare. Fummo tentati di farlo e cominciai a lavorare sul motore, ma alle ore sedici le nuvole cominciavano a farsi minacciose. Sgombrammo il campo e rientrammo alla base. Alle diciassette e trenta un breve acquazzone rinfrescò la giornata non particolarmente calda. Un'enorme quantità di foto e dati era la raccolta ricavata dal secondo volo. Una notevolissima quantità di informazioni poteva certamente essere ricavata dall'esame di foto, filmati e del veicolo.

* * * * *

Mi sovviene il dubbio che questa pagina sia diventata un po' troppo lunga! E pensare che si tratta di un riassunto del riassunto di... due riassunti di quanto avevo scritto sul mio sito nella precedente versione! E questi riassunti rappresentano una minima frazione di quanto il programma Casimiro ha prodotto in tutto questo tempo. Ad ogni modo, esattamente come era successo per le vecchie pagine, anche ora il sito Criscaso espone la maggior quantità di dati e informazioni sulla sperimentazione di modelli di razzo con stabilizzazione attiva nel mondo, relativamente, s'intende, al mondo degli sperimentatori del settore. Negli altri mondi, quelli del modellismo, di questi argomenti si parla poco e solitamente a vanvera! Ma sempre con tanti punti esclamativi e parole definitive, mentre invece noi sperimentatori siamo sempre di dubbi e di curiosità.
Mi fermo qui e spero che questo lungo documento, che sarà ora oggetto di attenta revisione critica e di una serie lunghissima di microcorrezioni, sia ad un tempo interessante e divertente. Chi noterà il contenuto tecnico avrà recepito esattamente quanto avevo intenzione di divulgare.

Nella prossima pagina di Casimiro:

Casimiro produce risultati ancora!

- Documentazione storica: filmati e foto di test e dello sviluppo, registrazioni audio
- Analisi dei sistemi e dei voli - ideazione modifiche e sistemi per nuovi veicoli
- Riconoscimenti da persone e dal web (2004 - 2007)
- Casimiro è conosciuto da tecnici NASA!
- Pubblicazione su Sport Rocketry
- Esperienze accumulate, nuovi progetti, sviluppo
- Nuovi veicoli in costruzione e nuovi campi di sperimentazione
- Mi chiedono lumi... e piani di costruzione