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Le pagine di appunti di criscaso | |
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Razzimodellismo
Skapikol Un inedito veicolo a razzo ispirato alla
torretta di salvataggio Apollo.
Foto Xyz. Skapikol dopo il terzo volo.
Testi del 8 gennaio 2002 (dalla ml di
Razzimodellismo) e integrazioni del dicembre 2003 basate sugli appunti
tecnici. Da moltissimi anni sono affascinato dalla LET (Launch Escape Tower) dell'Apollo, vale a dire del sistema di salvataggio per gli astronauti in caso di grossi problemi nelle prime fasi dell'ascesa del Saturn (Saturn I-B o Saturn V). Esso consisteva in una torre posta sopra al CM (Command Module, modulo di comando) che supportava un grosso motore a combustibile solido dotato di diversi ugelli che aveva lo scopo di trascinare l'intero CM (protetto da un coperchio isolante di protezione) via dal vettore nel malaugurato caso di deviazioni dalla rotta prestabilita, instabilità o addirittura esplosioni degli stadi inferiori. Capsula Apollo con la torretta di salvataggio (LET). Questo in particolare è uno dei primi esemplari impiegati per i collaudi (foto NASA).
Simili sistemi erano stati applicati, da parte americana, sulle capsule Mercury, mentre sulle Gemini ciò non era stato previsto. Dalla parte sovietica la serie Soyuz era ed è tuttora equipaggiata di un simile sistema, che ha svolto la sua funzione in almeno due episodi, sempre conclusi fortunatamente con la salvezza dell'equipaggio. Quindi il sistema è valido e offre la possibilità di scampo in caso di grossi problemi. Ecco il funzionamento della LET in una rara immagine di uno dei primi test. La capsula Apollo sottostante è semplicemente un articolo statico di prova, senza altri sistemi che sensori di misurazione.
In sé, la torretta di salvataggio Apollo è un "qualcosa" che nel campo del modellismo dinamico non è mai stata molto approfondita, anche se recentemente ho visto un modello che al raduno NARAM funzionava in maniera perfetta. Io avevo cominciato a pensarci parecchi anni fa ma NON avevo l'intenzione di riprodurre il LET con l'Apollo. Volevo piuttosto studiare la possibilità di realizzare un veicolo che sfruttasse queste particolari prerogative e che diventasse così un nuovo tipo di razzomodello. Mi misi a disegnare, come al solito, sui miei quaderni, cercando di immaginare e prevedere tutto quello che avrebbe potuto essere necessario e conseguente. Cercando di sfruttare nella maniera più semplice possibile la tecnologia razzimodellistica, volevo realizzare un "veicolo" a "trazione anteriore", vale a dire un veicolo che potesse decollare da terra con un carico utile posto INFERIORMENTE ai motori.
Il mio disegno originale dopo aver messo a punto l'idea. Questo è l'ultimo schizzo su carta realizzato quando ormai quasi tutti gli elementi erano già stati costruiti.
La cosa era da me stata già pensata nel 1993 quando stavo già ultimando la capsula Policarpo (vedi), diciamo che già allora pensavo che sarebbe stato bello costruire una sorta di torretta di separazione per la capsula dal vettore, ma il programma Policarpo era all'epoca per me già sufficientemente complesso e volevo essere pronto per i lanci in agosto, non avevo la possibilità di aggiungere ulteriori complicazioni e del resto ero conscio che non avevo la necessaria esperienza per lavorarci su. Quindi, disegnando, appuntando, riflettendo e annotando tutto, mi rendevo poco per volta conto che un simile veicolo era fattibile, cercando di mantenere a un bassissimo livello, inizialmente, le richieste in prestazioni.
Questo è un disegno più vecchio, del gennaio 2001, quando la torretta era ben chiara ma non così il sistema di stabilizzazione pinnato.
Definii inizialmente la motorizzazione, come normalmente NON si comincia la progettazione di un razzomodello, ma per me era assolutamente necessario affrontare in tal modo la cosa, perché dovevo per forza di cose realizzare un sistema molto piccolo. Quindi optai per un sistema a cluster di due motori, ospitati in una sezione conica. I due motori angolati verso l'esterno sarebbero stati due Estes C, per un impulso totale, quindi, di circa venti Ns. Cioè nemmeno pochissimo, diciamo una potenza sufficiente a sollevare a duecento metri di quota un peso totale di un centinaio di grammi, suppergiù. Bene, una volta definito ciò cominciai a immaginare le necessità strutturali per la realizzazione di un sistema completo di supporti motore, un sistema di contenimento di un paracadute, di un sistema meccanico di aggancio inferiore. Il resto del peso sarebbe stato costituito dal carico utile, vale a dire da un "qualcosa" che era in aggiunta al sistema volante minimo necessario. Il sogno era inizialmente quello di far volare nuovamente la mia vecchia capsula Policarpo, ancora perfettamente funzionante, per una specie di storico volo con ripetizione delle prove telemetriche analogiche del 1993. Diciamo che non ero sicuro di voler rischiare nuovamente la mia capsula preferita, ma come base di studio essa mi andava benissimo.
Il problema era però che la capsula Policarpo pesa, funzionante, circa duecento grammi. E' parecchio per un modello ma era anche vero che il mio vecchio Estes Saturn V, pesante trecentoquaranta grammi, volava con un solo D12 per arrivare a una quarantina di metri di quota. Siccome due motori C superano leggermente l'impulso di un solo D12, mi convinsi che la cosa era fattibile, naturalmente mettendo in conto una quota molto bassa e una notevole lentezza del volo. Questo per quanto riguarda solamente la propulsione, non era ancora il caso di considerare i problemi della stabilità, che avrei studiato DOPO la definizione del progetto. Una cosa alla volta. Lavorando come al solito nella maniera che più mi soddisfa, vale a dire impiegando il sistema sperimentale, cominciai a costruire delle parti in balsa e cartoncino che dovevano permettermi di provare a mettere insieme un prototipo e nello stesso tempo a indicarmi gli errori ed i problemi realizzativi mano a mano che si palesavano. Insomma, diciamo che esattamente a quanto combinavo da ragazzino, la progettazione procedeva SUCCESSIVAMENTE alla costruzione delle parti strutturali. Così costruii, con carta da 80 grammi due cortissimi tubi portamotore da 18 mm. Con cartoncino realizzai le due ordinate della sezione tronco conica. Quella superiore recava i due fori da 19 mm affiancati a distanza di circa un millimetro. Il diametro totale era di 40 mm. In base a una serie di considerazioni legate alla necessità di angolare i due motori verso l'esterno (per questioni diversissime: perché era così sul LET e perché ovviamente serviva per non bruciare la capsula sottostante), stabilii che con un'angolazione di sette gradi avrei minimizzato la perdita di potenza dei motori (vale a dire per la componente orizzontale sprecata). Naturalmente pensavo che avrei anche potuto abbondare con l'inclinazione verso l'esterno ma così facendo avrei aumentato le possibilità di instabilità per le inevitabili differenze di spinta di ogni singolo motore. Mantenendoli il più possibile vicino alla verticale avrei minimizzato le componenti transitorie orizzontali incontrollabili. Insomma, pensai che con sette gradi avrei ottenuto il migliore compromesso possibile per stabilità dinamica con una accettabile deturpazione della capsula sottostante per mezzo dei prodotti di combustione dei motori. Prevedevo una sorta di scudo termico per la mia capsula, in maniera molto simile a quello necessario sul CM Apollo. Perfetto, ulteriore analogia, avanti così. Angolando i motori di sette gradi e prevedendo una certa lunghezza della sezione conica, ottenni una ordinata inferiore del diametro di sessanta mm. i due fori per i tubi portamotore distavano tra loro circa diciassette mm. La sezione portamotori diventava un tronco di cono alto circa 55 mm. Con cartoncino realizzai la sezione semicircolare che unita alle due ordinate e ai due tubi portamotore diventava la sezione reggispinta. Il primo esemplare era già più che soddisfacente e una volta irrobustito il cartoncino delle ordinate con colla ciano, il tutto era leggerissimo ma molto robusto. Avanti così. Cominciai a pensare al sistema di traliccio inferiore, che doveva più o meno assomigliare a quello Apollo. Scartai molti tipi di tondini di legno perché mi serviva un materiale robusto per trazione e per piegamento e non ero soddisfatto di quello che trovavo presso il mio solito negoziante di modellismo. Ma avevo già in mente la soluzione: a seguito di moltissime antiche esperienze sapevo che i bastoncini in bambù per gli spiedini da cucina promettevano quello che cercavo. Robustissimi e fibrosi, resistenti ed elastici, quattro bastoncini sarebbero stati perfetti per l'ordine di grandezza di potenze e masse in gioco (cioè piuttosto piccole). Elementi orizzontali atti a irrigidire la struttura avrebbero completato il traliccio. Quindi forai opportunamente le ordinate della sezione conica e incollai i quattro alberini in bambù. L'operazione, fatta sull'elemento già montato, fu noiosa e difficoltosa e il corretto allineamento non fu per nulla facile. Era assolutamente chiaro che un secondo esemplare del sistema avrebbe dovuto essere studiato a tavolino e le misurazioni degli elementi sarebbero state molto migliori. Comunque ottenni un fissaggio degli alberini abbastanza simmetrico. Così fu il momento di pensare, ulteriormente inferiormente, al sistema di aggancio per il carico utile. Sempre pensando alla mia capsula Policarpo, che volevo rendere come possibile carico utile, mi sforzai di pensare a una sorta di sistema di aggancio che fosse semplice da costruire, che permettesse il corretto allineamento dei due componenti e che assicurasse l'unione dei due corpi in maniera rigida e sicura. Quindi arrivai a pensare a un giunto costituito da un cono di invito, fissato alla parte inferiore del traliccio del vettore a trazione anteriore, a cui si sarebbe perfettamente adattato (per identiche misure coniche) il nose cone della capsula Policarpo. Un elemento cilindrico posto sopra al cono di invito, solidamente fissato al traliccio, costituiva l'elemento che avrebbe sostenuto, mediante trazione, il nose cone Policarpo. Un elemento metallico costituito da un filo in rame, ripetutamente avvolto tra il cilindro e l'anello reggispinta per il paracadute previsto sul nose cone della capsula avrebbe costituito il sistema di fissaggio, rudimentale ma efficace. Questo perché contemporaneamente stavo anche pensando che il veicolo nascente poteva essere visto come un sistema modulare, adattabile a diversi tipi di carico utile, capsule e, naturalmente, anche s un sistema di stabilizzazione aerodinamica che, almeno per le prime prove, poteva benissimo essere costituito da un tubo provvisto di pinne. L'idea era stata annotata molto presto e naturalmente produceva un veicolo che somigliava a un modello di razzo convenzionale, in apparenza, solamente che avrebbe recato i motori in posizione centrale della fusoliera e superiormente alle pinne. Insomma, un veicolo ancora una volta inusuale e caratteristico.
Una allegra simulazione con Rocksim 4. Molti componenti atipici del veicolo sono stati del tutto ignorati dal programma, ad esempio i motori angolati e in posizione anomala.
Foto Xyz. Lo Skapikol fotografato dopo la
verniciatura in rosso e il terzo lancio effettuato al MIR 2002 a
Ozzano.
Ecco il veicolo smontato in tutte le sue parti. Le tre sezioni principali sono fissate mediante piccole viti a stella.
La cosa sarebbe ancora a metà, perché vorrei provare
ad applicare, al posto del tubo con gli impennaggi, un carico utile,
diciamo una specie di capsula Apollo. La faccenda entrerebbe nel vivo e
allora sì che avrei grossi problemi di stabilità dinamica e statica. Mi
piacerebbe applicare (il vettore è stato pensato e realizzato apposta) la
mia vecchia capsula Policarpo dotata di accelerometro XYZ-Maxwell e
trasmettitore VHF sui 145 MHz, sempre funzionante dal 1993 ma mi
dispiacerebbe distruggerla. Oggi la considero storica. Però la cosa mi
sconfinfera e magari ne costruisco un'altra apposta. Rarissima immagine (non ditelo a nessuno!) dello Skapikol abbinato alla capsula elettronica trasmittente Policarpo. Lo Skapikol è stato costruito in modo da poter agganciare perfettamente il nose-cone della vecchia capsula TX VHF che ha volato a Cape Cadaveral tre volte nell'agosto 1993 e da allora, pur perfettamente funzionante, è in "riposo".
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