Eccoci alla terza puntata de I progressi di Starship, la rubrica dove analizziamo lo stato dei lavori sul nuovo razzo di SpaceX. Qui potrete trovare la seconda puntata, dove ci eravamo lasciati con i test effettuati sui Bopper (i serbatoi principali della Starship esplosa qualche giorno fa) e su un header tank.

L’esplosione di SN 1

Dopo aver completato diversi test sui Bopper ed aver ottenuto ottimi risultati, gli uomini di SpaceX sono passati alla costruzione del corpo principale della Starship SN 1. Completati velocemente i lavori di assemblaggio, la SN 1 è stata spostata sul pad di lancio per i test il 25 febbraio.

Si pensava che sarebbe stata questa la prima Starship a volare, ma quello stesso giorno Musk ha annunciato un cambiamento di piani. SN 1 sarebbe stata utilizzata per dei test di pressurizzazione e su di essa avrebbero montato un solo motore Raptor. In questa configurazione si sarebbe fatto un primo test di accensione, tenendo la Starship ancorata al pad di lancio. Questo è ciò che si sapeva prima del test in cui è esplosa la Starship.

Il 29 febbraio gli uomini di SpaceX hanno iniziato a pressurizzare il corpo con i serbatoi della Starship, utilizzando azoto a temperature criogeniche. Dopo pochi minuti si è visto il cedimento della parte inferiore e, subito dopo, la SN 1 è esplosa distruggendosi completamente. Questo di seguito è il video dell’esplosione.

Musk ha dichiarato che durante la prova ha ceduto la parte inferiore della Starship, ovvero quella adibita al supporto dei motori. Si tratta di una parte molto delicata, poiché deve resistere alle alte pressioni e alle forti sollecitazioni dei motori Raptor.

Siccome avevano già cambiato i piani per SN 1, vista l’esplosione si pensava che avessero deciso di effettuare un test a rottura, per verificare quali siano i punti critici e migliorarli nella versione successiva. Dopo le dichiarazioni di Musk però, è evidente che sia stato un incidente. Questo è però l’approccio adottato da SpaceX: costruire e testare molti prototipi per poi migliorare la versione successiva anche a costo di incidenti e di riiniziare tutto da capo.

Ora facciamo un passo indietro e vediamo come è stata costruita la Starship SN 1.

L’acciaio utilizzato

Sappiamo ormai da tempo che gli ingegneri di SpaceX hanno deciso di costruire la Starship in acciaio inossidabile al posto dei materiali compositi. La scelta di questo materiale è dovuta al fatto che l’acciaio inossidabile è molto più versatile e facile da utilizzare. Resiste bene sia ad alte temperature che a quelle basse e inoltre, costa molto meno dei compositi.

Rispetto ai primi prototipi (StarHopper, Mk 1 e 2) gli anelli del corpo principale del nuovo razzo sono realizzati con un’unica lastra di acciaio inossidabile. Grazie ad alcune dichiarazioni di Elon Musk ora sappiamo anche lo spessore di queste lastre.

Lo StarHopper è stato costruito saldando insieme diverse lastre di acciaio curvate, ma questo processo richiedeva molte saldature e uno spessore elevato delle lastre: 12,5 mm. Utilizzando un’unica lastra è stato possibile ridurre di molto lo spessore, arrivando a 3,97 mm. L’obbiettivo ora è quello di scendere al di sotto dei 2 mm.

Per realizzare i singoli cilindri in SpaceX utilizzano un sistema simile a quello per la costruzione delle cisterne d’acqua, con un macchinario in grado di piegare l’acciaio. I macchinari utilizzati dall’azienda di Musk però, devono avere una precisione superiore di 3/4 volte rispetto a quelli per le cisterne.

Al momento, per tutti i suoi prototipi SpaceX ha utilizzato l’acciaio inossidabile, che secondo lo standard AISI (American Iron and Steel Institute) ha la sigla 301. Entro sei mesi però l’azienda di Musk passerà all’utilizzo dell’acciaio inossidabile definito 30X. Si tratta di una lega non standard e realizzata proprio per soddisfare le caratteristiche del nuovo razzo, aumentando la resistenza alle temperature criogeniche.

Nuovo nose cone

Per nose cone si intende tutta la parte superiore della Starship, che da cilindro diventa di forma conica. 

Molti si chiedevano cosa ne sarebbe stato del nose cone e delle ali canard, pezzi costruiti per la Starship Mk 1 che abbiamo visto alla presentazione di Musk di fine settembre 2019. A quanto pare rimarranno lì a prendere polvere, perché per le versioni successive i nose cone verranno costruiti da zero. Il processo produttivo per questa parte del razzo è stato modificato e migliorato, compresa la realizzazione delle ali. Su quest’ultima parte non si hanno ancora dettagli e non si hanno nemmeno prove dell’inizio della loro costruzione.

Il mese scorso abbiamo osservato i test eseguiti sull’header tank, il serbatoio sferico posizionato proprio nel nose cone. Questi serbatoi servono a contenere il metano e l’ossigeno che la Starship utilizzerà nelle fasi di rientro. Nella Starship ce ne saranno due ma non si troveranno entrambi nel nose cone.

Solamente la sfera che conterrà l’ossigeno liquido si troverà nella punta del razzo, mentre quella del metano sarà alloggiata nella parte superiore del serbatoio principale. Nonostante le dimensioni, ogni header tank occupa un volume molto piccolo, solo il 2% rispetto ai serbatoi principali corrispettivi. L’header tank per l’ossigeno si troverà nel nose cone per una questione di bilanciamento dei pesi. Una volta rilasciato il carico in orbita, la parte alta del razzo sarà molto più leggera rispetto alla zona motori. Per questo motivo gli ingegneri hanno deciso di posizionare qui un serbatoio, in modo da redistribuire meglio i pesi.

Rocket nosecone production in Texas pic.twitter.com/KLWewja9Gn

— Elon Musk (@elonmusk) February 19, 2020

Per evitare il surriscaldamento della sfera all’interno del nose cone e mantenere l’ossigeno allo stato liquido, l’intera punta del razzo sarà rivestita con mattonelle apposite che formeranno lo scudo termino.

Siccome una delle versioni finali della Starship sarà anche adibita al trasporto umano, nell’area comune in cima all’astronave sarà presente una grande vetrata. Sarà una componente molto più pesante dell’acciaio, ma comunque molto resistente.

Da SN 2 in poi

Ancora prima di terminare la costruzione della Starship SN 1, a Boca Chica gli operai avevano già iniziato a costruire il modello successivo. Il processo di produzione diventa sempre più rapido, grazie alle nozioni apprese con le versioni precedenti e presto vedremo il corpo della SN 2 già completato. Infatti hanno già iniziato ad impilare gli anelli ed installare la prima cupola, operazioni eseguite all’interno del quasi ultimato VAB (Vehicle Assembly Building).

Per ridurre il numero di saldature e quindi di punti critici, le versioni successive saranno formate da anelli molto più grandi. Come abbiamo potuto osservare, SpaceX sta adottando un processo iterativo, ovvero apportando migliorie con ogni versione di Starship. Questo è avvenuto anche con i Falcon 9 e per lo sviluppo dei nuovi motori Raptor.

Proprio per lo sviluppo di questi motori, in un’altra base di SpaceX a McGregor in Texas, sono stati realizzati tre stand per i test in verticale. Prima della realizzazione di questi nuovi stand i motori venivano accesi tenendoli in orizzontale e questo sfalsava leggermente i test, poiché non è la posizione in cui verranno utilizzati. Un tweet ufficiale di SpaceX ha annunciato che hanno accumulato più di 3.200 secondi di test effettuati su 18 diversi Raptor, provando anche accensioni multiple a piena potenza.

Third Raptor test stand activated at SpaceX’s rocket development facility in McGregor, Texas. In the past year, the Raptor team has accumulated over 3,200 seconds of testing across 18 engines, including multiple full-power firings pic.twitter.com/YFi9PMLPgv

— SpaceX (@SpaceX) February 27, 2020

Una piccola curiosità comunicata sempre da Musk riguarda il trasporto delle Starship.

Attualmente, per trasportare i vari prototipi sul pad di lancio, il processo è complicato spesso rischia di danneggiare la struttura. Il corpo della Starship viene sollevato, posto su un trasportatore, portato al pad, sollevato nuovamente e adagiato su un supporto. In futuro invece monteranno delle ruote direttamente sulle gambe di atterraggio e successivamente traineranno il razzo sul pad. Questa operazione potrebbe essere eseguita anche dal Cybertruck, il pick-up di Tesla annunciato lo scorso novembre.

Ad inizio febbraio, lo scienziato statunitense Robert Zubrin, famoso anche per aver fondato la Mars Society, ha incontrato Elon Musk a Boca Chica ed ha successivamente riportato alcune parole dell’imprenditore sudafricano al “The Space Show”.

Secondo le parole di Musk riportate da Zubrin, una volta che SpaceX avrà iniziato la produzione in serie della Starship, l’obbiettivo è di costruirne 2 a settimana. Il costo per il nuovo razzo dovrebbe arrivare a 5 milioni di dollari e la costruzione coinvolgerà circa 3000 operai.

Lo scorso mese si vociferava riguardo l’acquisizione di un nuovo sito di costruzione della Starship nel porto di Los Angeles. Il 25 febbraio il Consiglio Comunale di Los Angeles ha annunciato ufficialmente il via libera all’insediamento di SpaceX con un contratto dalla durata di 10 anni. Presto vedremo l’inizio dei lavori per ristrutturare quella zona, un’area di circa 50.500 metri quadrati dove sorgeranno edifici simili a quelli di Boca Chica.

Questo mese, con la Starship SN1 esplosa, abbiamo visto come SpaceX possa anche fallire dei test ma come non siano certo questi a rallentare i lavori. Molto presto potremmo assistere ad un nuovo test sulla SN3, sperando che questa volta dia esito positivo.

I progressi di Starship è una rubrica progettata e scritta da Andrea D’Urso.