Il primo storico lancio di Starship con destinazione lo spazio sembra ormai imminente. Per questo evento, SpaceX ha selezionato due particolari prototipi, che l’azienda sta collaudando da ormai un anno. Si tratta della Starship numero 24, chiamata semplicemente Ship 24, e il Super Heavy numero 7, conosciuto come Booster 7.

Quest’ultimo avrà il compito di portare verso lo spazio la Starship, dalla quale si separerà dopo pochi minuti di volo. Gran parte del successo del primo lancio dipenderà molto dal comportamento del Booster 7. È una delle più grandi incognite di questo lancio in quanto, a differenza della Starship, SpaceX non ha mai effettuato voli con il Super Heavy.

In questo articolo ci focalizzeremo sul Booster 7, per meglio comprendere come sia fatto e il funzionamento delle sue parti principali. Per tutti gli aggiornamenti in tempo reale sul primo volo di Starship, vi aspettiamo sul canale telegram di Astrospace.it.

Struttura interna

Il Super Heavy è sostanzialmente un enorme tubo in acciaio inossidabile, alto circa 69 metri e con un diametro di 9 metri, con le pareti spesse circa 4 millimetri. Per fare un confronto, il Falcon 9 e il Falcon Heavy, i vettori attualmente utilizzati da SpaceX, sono alti 70 metri.

L’intera struttura serve a contenere ossigeno e metano, entrambi allo stato liquido, necessari ad alimentare i 33 motori Raptor che si trovano alla base. La capacità totale di propellente che il Super Heavy può contenere è di circa 3400 tonnellate.

Il booster è diviso in due diversi serbatoi. In alto si trova quello del metano, mentre l’ossigeno è contenuto nel serbatoio inferiore. Questi sono divisi da un’unica parete, chiamata in gergo common dome, che ha per l’appunto la forma di una cupola rovesciata.

La scelta di collocare il serbatoio dell’ossigeno in basso è dovuta al peso dei due diversi liquidi. L’ossigeno molecolare infatti, pesa circa il doppio rispetto alla molecola del metano e quindi, adottando questa configurazione di serbatoi, SpaceX è riuscita a mantenere il baricentro del booster più vicino ai motori. Ciò rende il Super Heavy più facile da controllare sia in decollo che al rientro.

Per portare il metano ai motori, al centro del Super Heavy corre una grossa tubazione chiamata downcomer, che passa anche all’interno di un piccolo serbatoio posto sul fondo, l’header tank dell’ossigeno. Questo piccolo serbatoio serve a contenere l’ossigeno liquido necessario per l’utilizzo dei motori Raptor nella fase di rientro. Per il metano invece, viene sfruttato quello che rimane nel serbatoio principale, senza la necessità di aggiungerne un altro, riducendo in questo modo la complessità del sistema.

Nella parte inferiore del Super Heavy si trovano anche tutte le diverse tubazioni che si diramano verso i 33 motori, in modo che possano ricevere il propellente per il funzionamento.

I 33 motori Raptor

Il Booster 7 è il primo prototipo di Super Heavy a montare 33 Raptor, a differenza del Booster 4 che ne possedeva “solo” 29. Quelli installati sul Booster 7 inoltre, sono la seconda versione dei motori, chiamata Raptor 2, che presentano un design più compatto e migliori prestazioni.

SpaceX ha dichiarato che ogni Raptor 2 è in grado di generare 230 tonnellate di spinta, contro le 185 della versione precedente. A piena spinta quindi, il Super Heavy è in grado di generare una spinta complessiva di 7590 tonnellate, facendolo così diventare il vettore più potente mai costruito dall’essere umano. Per il primo volo però, Musk ha dichiarato che utilizzeranno solamente il 90% della spinta sprigionata dai motori.

33 Raptor rocket engines, each producing 230 metric tons of force pic.twitter.com/flQLb62MgZ

— Elon Musk (@elonmusk) June 11, 2022

I Raptor del Super Heavy sono divisi in due categorie, in base alla possibilità o meno di direzionare la spinta.

I 20 Raptor che formano l’anello esterno sono fissi e contraddistinti dalla sigla RB. Oltre all’assenza di giunti che consentono il movimento, gli RB necessitano anche di un apposito sistema esterno per l’avviamento. Nella parte interna dell’Orbital Launch Mount, l’anello su cui poggia il Super Heavy, sono presenti 20 Quick Disconnect (QD). Questi sono bracci che immettono nei motori gas ad alta pressione necessario per l’avviamento dei Raptor. Successivamente i QD si sganciato per rientrare all’interno dell’OLM ed evitare danni causati dalle fiamme provenienti dai motori.

I 13 Raptor centrali invece, con la sigla RC, possono muoversi fino a un massimo di 15º e ognuno è dotato di un proprio sistema di avviamento. Questo perché gli RC sono i motori che verranno utilizzati anche per il rientro e quindi dovranno essere riaccesi per l’atterraggio.

Per evitare che i motori subiscano danni, SpaceX ha isolato ogni motore con lastre di acciaio, in modo che se un Raptor dovesse avere problemi in volo, non vada a danneggiare anche quelli adiacenti.

Struttura esterna

La struttura esterna del Super Heavy è molto uniforme e presenta solamente poche sporgenze. Oltre ai motori, nella parte inferiore sono presenti due coperture aerodinamiche a base rettangolare e alte circa 5 metri. Queste servono a proteggere le due Hydraulic Power Unit (HPU), necessarie gestire i fluidi idraulici per il movimento dei 13 motori RC. Sulla parte superiore di queste coperture inoltre, sono presenti le antenne Starlink, per comunicare e inviare dati velocemente al centro di controllo. L’HPU non sarà più presente sulle prossime versioni di Super Heavy, in quanto i motori saranno dotati di attuatori elettromeccanici.

Accanto agli HPU sono presenti altre quattro coperture aerodinamiche, alte circa 24 metri e larghe circa due. Queste hanno una doppia funzione, ovvero proteggere i COPV (Composite Overwrapped Pressure Vessel). Fungono da superfici aerodinamiche che servono a stabilizzare la discesa del razzo generando resistenza all’aria, oltre a migliorarne la manovrabilità.

Sempre nella parte inferiore del Super Heavy, è presente l’attacco per il Quick Disconnect utilizzato per rifornire con i propellenti il vettore.

A metà altezza sono presenti quattro valvole di sfogo, anche queste con una doppia funzione. Permettono di mantenere stabile la pressione nei serbatoi e di controllare il booster nella fase di rientro, soprattutto quando questo si trova ancora nella parte alta dell’atmosfera. Più si avvicinerà al suolo e maggiormente potrà sfruttare le quattro griglie stabilizzatrici che si trovano in cima, in modo da poter rientrare in maniera precisa. Ogni griglia, detta grid fin, è posizionata a 120º e 60º da quelle adiacenti. Le grid fins possono ruotare tramite l’utilizzo di un attuatore elettromeccanico.

Sulla sommità del Super Heavy si trovano poi tre ganci, necessari per l’unione tra Starship e booster.

Test effettuati

Grazie al Booster 7 SpaceX è riuscita a raggiungere importanti traguardi, nonostante durante le diverse prove siano emersi anche gravi problemi. Nella timeline che trovate qui sotto sono riportati tutti i principali eventi legati al Booster 7. Dal 12 aprile 2022, giorno del suo primo arrivo al sito di test, SpaceX ha condotto: 6 prove di pressurizzazioni a temperature criogeniche, 11 spin prime test e 7 static fire test.

Durante il terzo collaudo dei serbatoi, avvenuto il 12 aprile, il Booster 7 ha subito gravi danni, probabilmente a causa di una errata configurazione del test. Durante la fase finale della prova infatti, la parte inferiore del downcomer è stata schiacciata dall’azoto presente nell’header tank. È probabile che, svuotando prima il downcomer, all’interno della tubazione non vi era più una pressione sufficiente a contrastare quella esterna.

Un altro incidente, che poteva rivelarsi catastrofico, è avvenuto l’11 luglio, durante il primo spin prime test, una prova durante la quale vengono azionate solamente le turbopompe, senza avviare completamente il motore. In quel’occasione SpaceX stava utilizzando tutti e 33 i motori Raptor e subito dopo il test si è verificata una forte esplosione. Questa è stata causata dall’eccesso di metano e ossigeno che si erano accumulati sotto al booster. A seguito di questo incidente, sono seguiti lunghi lavori di riparazione, oltre a modifiche dell’OLM, con un nuovo sistema antincendio.

SpaceX ha poi proceduto con cautela nell’utilizzo dei motori Raptor, aumentandone gradualmente il numero durante le successive prove. Con l’accensioni del 14 novembre il Booster 7 ha iniziato a far sentire tutta la sua spinta, utilizzando 14 Raptor, diventando così uno dei vettori più potenti mai costruiti.

È stato solo il 9 febbraio di quest’anno che SpaceX ha tentato di utilizzare tutti e 33 i motori. Un Raptor però era stato disattivato poco prima del test, mentre uno non si è avviato per problemi a noi sconosciuti. Ne è risultato quindi uno static fire test con 31 Raptor, utilizzati solamente al 50% della spinta massima.

Profilo di volo

Il rientro del Super Heavy avverrà in maniera molto simile a quanto accade con il Falcon 9, su cui SpaceX si è basata per la progettazione. Vi sono però anche alcune differenze, prima fra tutte la modalità di atterraggio, in quanto in futuro sarà previsto che il Super Heavy venga catturato al volo da Mechazilla, la torre che si trova accanto al pad.

Non avendo mai utilizzato un Super Heavy, il primo rientro avverrà in mare, nel Golfo del Messico, in modo da non danneggiare le infrastrutture di terra in caso di problemi.

L’obbiettivo di SpaceX è quello di riuscire a far ammarare il Booster 7 in maniera controllata, in un punto ben preciso. In questo modo sarà possibile collaudare tutti i sistemi di controllo del vettore.

Questa però sarà solamente una fase successiva al lancio, in quanto il compito principale del Booster 7 è quello di portare nello spazio la Starship. La separazione tra i due razzi avverrà per inerzia, come dichiarato da Musk, in quanto non vi sono meccanismi di spinta per l’allontanamento dei due stadi.

Dopo la separazione, il Booster 7 eseguirà una rotazione di 180º per invertire il senso di marcia avviando i Raptor centrali. Successivamente, una nuova rotazione permetterà di posizionare i motori verso il basso, in modo che assorbano il calore che si genera per attrito con l’aria. Diversi Raptor centrali verranno poi avviati nuovamente poco prima di raggiungere la superficie del mare, in modo da poter rallentare la discesa.

Che il rientro avvenga con successo o meno, il Booster 7 si distruggerà ugualmente, poiché non vi sono modi per recuperarlo.

È possibile che SpaceX mostri il rientro in mare del Super Heavy, in quanto SpaceX posizionerà delle boe per monitorare il Booster 7. Ciò permetterà di ottenere informazioni precise sul comportamento del Super Heavy, calcolando anche la precisione con cui si è avvicinato al punto designato. Non è detto però che SpaceX decida di divulgare queste immagini.