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Questa è la pagina Casimiro - info
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Razzimodellismo
Casimiro è un piccolo modello di razzo, apparentemente insignificante e rozzo nelle finiture. Eppure nasconde al suo interno sistemi di stabilizzazione attiva simili a quelli che funzionano sui veri missili spaziali. Casimiro possiede due giroscopi che avvertono le minime rotazioni sugli assi di beccheggio e imbardata; un sistema di sospensione cardanica per il motore che consente di indirizzare la direzione della sua spinta entro venti gradi dall’asse longitudinale; un sistema di sensore inerziale elettromeccanico (appositamente ideato e costruito) per l’espulsione del paracadute in seguito al burnout del motore oppure dell’eccessiva rotazione del veicolo a seguito di perdita di controllo; un impianto elettrico modulare, sistemi di connessione elettrici esterni, e altro ancora. Casimiro, a differenza dei suoi lontani parenti razzo modelli, NON possiede alettoni, è inerentemente del tutto instabile dato che il CG è praticamente coincidente con il CP, decolla senza asta o rotaia semplicemente da una piattaforma orizzontale e per tutto il volo è costantemente sottoposto a infime accelerazioni, sempre sotto i 2 g, dato che nonostante il peso di oltre ottocento grammi è propulso da motori di classe E od F. Insomma, Casimiro è esattamente tutto il contrario di quanto si insegna nel razzimodellismo ortodosso. Casimiro è un interessante sviluppo di modello di razzo verso una macchina volante più simile a quelle reali. Inoltre, a differenza dei modelli convenzionali che sono interamente incollati in tutte le loro parti costitutive (in infimo numero), Casimiro è interamente costruito in maniera modulare-smontabile, vale a dire che non si è fatto uso di colle per la sua costruzione; in questo modo è possibile modificare o riparare qualsiasi dei suoi numerosissimi componenti a causa di incidenti, sviluppo della tecnologia o modificazioni della configurazione di volo. Casimiro è un piccolo veicolo molto più sofisticato di quanto possa sembrare a uno sguardo superficiale. Casimiro ha volato per la prima volta il 19 agosto 2004 e per la seconda il 15 agosto 2005. I due brevi voli hanno dimostrato la fattibilità della stabilizzazione attiva anche su piccoli modelli di razzo, hanno dimostrato l’efficacia di un programma di sviluppo volto al miglioramento dei sistemi, e la bontà totale del progetto iniziale. Inoltre il piccolo veicolo è diventato il termine di riferimento per lo sviluppo di altri nuovi veicoli, uno dei quali quasi pronto al primo volo (Archimede). Casimiro è un piccolo modello di razzo dotato di sistemi di stabilizzazione attiva. Stabilizzare un veicolo a razzo significa renderlo autonomo, durante il volo e una volta abbandonata la rampa e lo stato di quiete, nel proseguire sulla traiettoria nonostante eventuali perturbazioni esterne causate essenzialmente da agenti atmosferici (vento), ostacoli (uccelli, altri oggetti volanti) o problematiche intrinseche (difetti nella costruzione, nel bilanciamento o nella distribuzione delle masse o nel funzionamento del suo motore). Il veicolo deve quindi essere in grado, attuando opportune contromisure, di combattere le perturbazioni e di proseguire nella traiettoria prestabilita, entro un ragionevole margine di tolleranza. Nei normali modelli di razzo tutto ciò non viene nemmeno considerato, perché si pensa solamente, in sede di progettazione, a rendere il veicolo sovrastabile per mezzo dell’adeguata collocazione dei punti di Centro di Pressione e Centro di Gravità, ottenendo così un veicolo che si stabilizza passivamente per mezzo di alettoni o di altri sistemi che implicano la presenza dell’atmosfera come agente stabilizzante. In ogni caso, sul veicolo non sono posti né sensori di posizione o accelerazione, né sistemi attuatori né sistemi meccanici di alcun tipo. Inoltre l’impiego di motori ad alto impulso e basso tempo di propulsione, unitamente all’impiego di rampe di lancio che vincolano il veicolo per un tratto di volo sotto propulsione durante il quale esso raggiunge elevata velocità e acquista quindi stabilizzazione aerodinamica sufficiente, rendono il modellista del tutto ignaro dei problemi di stabilizzazione. Casimiro, per progetto e per finalità, ha invece intrapreso la strada della pura sperimentazione del volo di un oggetto libero a bassa velocità e in ambiente non necessariamente dotato di atmosfera (Casimiro non raggiunge velocità tali da poter sfruttare artifizi aerodinamici per la sua stabilizzazione, esso potrebbe funzionare anche in assenza di atmosfera). Casimiro possiede quindi un sistema meccanico che rende possibile l’orientamento del getto del motore a circa venti gradi dall’asse longitudinale in qualunque direzione. Questo sistema meccanico è una vera e propria sospensione cardanica a due assi, realizzata in parti di fibra di vetro, di alluminio, viteria e micro cuscinetti a sfere. La sospensione cardanica incapsula il supporto motore ed è fissata al veicolo per mezzo di una forcella in alluminio. Due servomotori di elevate prestazioni e di dimensioni e pesi ridottissimi servono a muovere il supporto motore a seguito dei comandi dati da un sistema di controllo; il sistema di controllo è costituito da un circuito di gestione per servomotori programmabile e basato su un microcontrollore. Due giroscopi piezo digitali per elimodelli montati ortogonalmente su una basetta a slitta posta in posizione baricentrica all’interno del veicolo costituiscono la “piattaforma inerziale” nella sua forma più semplice. I due giroscopi sono del tipo più economico e non possiedono la funzione Heading-Lock che introdurrebbe alcune difficoltà ardue da superare (soluzioni in tal senso sono state sviluppate per Archimede). In conseguenza di ciò ci si aspetta di ottenere un breve tempo di controllo durante il volo, ovvero un controllo del veicolo entro un cono virtuale di circa venti gradi dalla verticale del sito di lancio. Due batterie diverse alimentano i servomotori (6Volt 130 mAh) e il sistema micro controller e giroscopi (6Volt alcalina). Casimiro per forza di cose (pesi e potenza propulsiva) non raggiunge elevate quote; cionondimeno deve ritornare a terra in sicurezza e quindi un sistema di paracadute è necessario. Un problema che sorge, però, nell’espulsione del paracadute, è che né il motore né un altimetro commerciale potrebbero farsi carico di questo compito. Il perché è presto detto: Casimiro è propulso da un motore che rimane incapsulato nel supporto motore, che deve essere orientato in qualunque momento e per qualsiasi direzione, allo scopo di correggere la traiettoria durante il volo. Per questo motivo non è collegato alla sezione alloggiamento del paracadute e un qualsiasi motore dotato di carica di espulsione è del tutto inutile. Inoltre il supporto motore di Casimiro è cieco nell’estremità superiore per questioni di robustezza strutturale e per sicurezza . In secondo luogo, un altimetro commerciale per funzionare correttamente deve avvertire una differenza nella pressione atmosferica (vale a dire una notevole quota acquisita) e Casimiro, anche alla massima quota teorica prevista nel caso di un felicissimo volo (cinquanta metri circa) non è in grado di soddisfare questa richiesta (gli altimetri commerciali, in genere, cominciano a funzionare dopo il superamento di duecento metri di quota) . Un sistema inerziale completamente nuovo, originale e appositamente ideato è stato quindi aggiunto ai sistemi di Casimiro con lo scopo di assicurare l’espulsione del paracadute. Un semplice sensore elettromeccanico è in grado di attivare l’espulsione del paracadute in entrambi i seguenti casi: 1; caduta per esaurimento della spinta motore e 2; eccessive rotazioni del veicolo per perdita di controllo. Il sistema è del tutto indipendente e provvisto di batteria autonoma; peraltro questo sistema è quello più critico del veicolo e impone il tempo più ristretto per la finestra di lancio; l’attivazione di questo sistema consente solamente dieci minuti di attesa prima del lancio, dopodiché si ritiene inefficiente con rischio di mancata attivazione della carica di deploy. Per finire, l’impianto elettrico è dotato di un pannello di controllo accessibile dall’esterno. Esso serve a controllare, mediante appositi microswitches, tutti i sistemi. Ogni sistema è indipendente e può essere attivato secondo l’ordine imposto dalle checklists, oppure spento per ritardi nel lancio o per ripetizioni di passi nel count-down. Appositi LED dichiarano l’attivazione dei sistemi. Una chiavetta a strappo aggiunge la tripla sicurezza nel sistema di deploy. Inoltre un connettore permette l’espletamento della programmazione fine del circuito di controllo dei servomotori, allo scopo di ottenere il perfetto centraggio del motore (ricerca del punto zero). Una struttura ortodossa del veicolo non servirebbe allo scopo di costruire un modello con esigenze di controllo automatico della traiettoria: l’elevato numero di sistemi elettronici, di batterie, la differente disposizione e distribuzione delle masse ha consigliato l’uso di una struttura interna con mere funzioni di supporto dei sistemi e consente il riposizionamento della piattaforma inerziale (spostabile entro alcuni centimetri). Ciò si è reso consigliabile durante il lavoro di modifica-sviluppo del veicolo che ha portato allo spostamento-riposizionamento di alcuni sistemi e batterie, modificando perciò il CG. Inoltre tutto il veicolo è separabile in sezioni (basamento-sezione motore-servo; fusoliera-elettronica-sensori; sezione paracadute-payload) unite per pezzo di viti. Il veicolo è interamente smontabile in tutte le parti elementari. Solamente il supporto motore reca la sommità incollata e il supporto paracadute possiede un paio di attacchi in legno multistrato fissati con colle epossidiche. Tutti gli altri numerosissimi elementi costruttivi, sia strutturali che funzionali, sono smontabili e passibili di sostituzione-riparazione-modifica. Casimiro è un modello di razzo estremamente “denso”: al suo interno lo spazio è utilizzato al massimo e pochissimo è il volume lasciato libero; a livello teorico nella sezione nose-cone potrebbe essere collocato un piccolo carico utile, ma data la bassissima potenza del motore più potente impiegabile (AT RMS F12) e il peso complessivo del veicolo (830 grammi), la payload è del tutto virtuale e non farebbe altro che ridurre la già bassissima quota raggiungibile. Peraltro un futuro veicolo (Sigismondo) è oggi allo studio proprio con l’obiettivo di trasportare, oltre ai sistemi necessari, anche un modesto payload. Casimiro è quindi, a tutti gli effetti, un veicolo sperimentale da cui si traggono numerosi insegnamenti e indicazioni per lo sviluppo di veicoli futuri. Riconoscimenti - fonti Casimiro risulta essere, a tutt’oggi, solamente il secondo modello di razzo stabilizzato attivamente mai costruito in Europa, dopo il Gyroc di James McFarland (www.Ukrocketman.com). Il mutuo riconoscimento è stato ottenuto subito dopo il secondo lancio e anche dagli USA (PSAS – Oregon – Andrew Greenberg) sono arrivati cenni di riconoscimento e di felicitazioni. Il giovane David Wyatt, laureando in ingegneria aerospaziale a Cambridge (UK – www.davidwyatt.uk) ha citato il mio lavoro sulla sua tesi di laurea. In particolare, Ukrocketman e PSAS sono state le mie fonti iniziali. Sul web sono pochissime le informazioni su simili progetti e sul mio sito è riportata solo una piccola parte del materiale da me sviluppato. Cristiano, settembre 2007
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