Cos’è tutto quel fumo alla partenza delle astronavi?

Le fasi della partenza delle astronavi a bordo di potentissimi razzi sono sicuramente le più delicate e violente di tutta la missione. Il calore sviluppato dai giganteschi motori è così grande che potrebbe fondere il metallo di cui è fatta la piattaforma. Ma il nemico principale è il rumore, capace di frantumare finestre e creare danni a edifici e persone, fino a una distanza di oltre dieci chilometri dalla rampa di lancio.

Il decollo dello Shuttle

Ne sanno qualcosa alcuni tecnici di una stazione televisiva che nel 1967 si sono ritrovati con finestre frantumate e pannelli del soffitto caduti a seguito del primo volo dell’enorme razzo lunare Saturn V, nonostante una distanza di oltre 6 chilometri. Dopo quest’avventura i tecnici della NASA pensarono bene di dotare la rampa di lancio di un sistema che attenuasse il rumore e i danni prodotti. 

L’iniezione di grandi quantità d’acqua nei pochi secondi della partenza è più che sufficiente per rendere sopportabili rumore e vibrazioni ed evitare il surriscaldamento della piattaforma.

Quando i razzi si accendono vaporizzano istantaneamente l’acqua, che poi condensa e forma delle vere e proprie nubi estremamente dense.

Più grande è la potenza dei razzi, maggiore la quantità d’acqua utilizzata, quindi più imponente sarà la nuvola di vapore che si alzerà.

Ad alimentare la nube di vapore ci pensano anche gli scarichi dei razzi. Spesso il carburante utilizzato è idrogeno e ossigeno, il cui materiale di scarto è proprio vapore acqueo puro. Anche nei razzi che utilizzano carburanti diversi il prodotto principale è il vapore acqueo, sebbene accompagnato da altre sostanze, decisamente inquinanti. 

Nonostante gli accorgimenti, la partenza di un razzo è ancora qualcosa di spaventoso.

Peccato che gli Shuttle non volino più… Sarebbe stato spettacolare assistere alla straordinaria partenza dell’unica astronave riutilizzabile mai progettata dall’uomo.

La scena sarebbe stata incredibile. Per lunghi secondi si sarebbe visto decollare lo Shuttle con la lunghissima scia di fuoco ai suoi piedi, senza sentire alcun suono. Poi sarebbe arrivato, dopo più di un minuto, il rumore assordante della partenza, con la navicella ormai a diversi chlometri dal suolo. Un rumore così forte e strano che spaventava molte persone e faceva tremare la terra, reso surreale e improvviso dal ritardo con cui arrivava alle orecchie rispetto alla luce. Eppure, in tutto questo caos trovavo qualcosa di terribilmente affascinante, perché quell’astronave in pochi minuti arrivava nello spazio, così vicino eppure tanto difficile da raggiungere.

Quali computer utilizzava uno Shuttle per il volo?

Tutte le astronavi dirette verso lo spazio sono controllate per intero (o quasi) dai computer di bordo che devono effettuare complicati calcoli in tempo reale per regolare al meglio la velocità e l'assetto dalla partenza all'eventuale rientro a terra. 

Questo è il caso delle astronavi con equipaggio umano, che oltre alle delicate fasi di lancio e messa in orbita, dovevano occuparsi anche delle fasi di rientro, soprattutto per quanto riguarda l'angolo di impatto con l'atmosfera terrestre, pena la distruzione della capsula. 

La cabina di pilotaggio dello Shuttle Discovery

Gli Space Shuttle erano e sono ancora le navette più complesse mai concepite ed è normale allora riferisi ai loro computer e alle loro performance.

Si potrebbe immaginare che il computer dedicato ai controlli in tempo reale dell’assetto dell’astronave e dei suoi movimenti dovesse avere una potenza di calcolo inimmaginabile, ma non è così. I computer delle navette Shuttle fino al 1991 disponevano solamente di 500 KB (si, KILO byte!) di memoria, ampliata successivamente a 1 MB. Di fatto, il sistema informatico nato con il progetto Shuttle, sul finire degli anni 70, non si è più evoluto, nonostante la rivoluzione informatica, eppure è stato sempre all’altezza della situazione. 

La verità è che il computer di un’astronave non necessita di una pesante interfaccia grafica che richiede grandi quantità di memoria, perché deve limitarsi solamente a fare un gran numero di calcoli su un sistema operativo il più semplice e affidabile possibile. Di conseguenza, non sono necessari processori super veloci, né, soprattutto, grandi quantità di memoria.

Ci sono un paio di massime che sembrano adattarsi perfettamente a questi casi: ciò che non c’è non si può rompere; finché qualcosa funziona, meglio non sostituirla. 

I vecchi sistemi informatici degli Shuttle si sono dimostrati sempre affidabili e capaci di portare a termine, senza ritardi o problemi, tutti i compiti dedicati, quindi perché i tecnici della NASA avrebbero dovuto sostituire tutto il sistema informatico, spendendo decine di milioni di dollari e diverso tempo, per fare tutti i test necessari a evitare pericolosi crash di sistema?

Questa filosofia è stata seguita anche dalle capsule russe Soyuz, che fino al 2003 utilizzavano un computer con una memoria di appena 6 KB! Proprio la sostituzione del computer di bordo con uno più performante (ma molto meno del nostro telefono cellulare!) ha fatto schiantare la prima capsula che lo utilizzava, a testimonianza di quanto sia importante un sistema informatico semplice e affidabile e non un computer super potente in grado di mostrare contemporaneamente filmati di diversi milioni di pixel!

Come atterrava uno Shuttle?

Gli Space Shuttle sono state le prime e uniche (fino a questo momento) navicelle riutilizzabili della storia, andate ormai in pensione nel luglio del 2011. Partivano cme un razzo e atterravano come un aereo, ma pochi forse sanno in che modo avveniva la discesa. 

Una volta terminata la missione in orbita terrestre, ad almeno 350 km di altezza, iniziava il momento più delicato dell'intero viaggio: il ritorno a casa. 

Senza più carburante per effettuare una discesa controllata e lenta, lo Shuttle, come tutte le altre capsule, precipitava letteralmente nell'atmosfera. Per perdere quota dall’orbita azionava per pochi minuti i razzi di manovra che ne rallentavano la velocità orbitale. A questo punto il campo gravitazionale terrestre faceva perdere rapidamente elevazione all’astronave. L’impatto con gli strati superiori dell’atmosfera, a una quota di 120 km, avveniva a circa 8 km/s.

Planando senza motori verso terra: ecco l'atterraggio di uno Shuttle

A una velocità così sostenuta l’aria diventa un ostacolo davvero pericoloso da attraversare.

Proprio come un sasso che viene lanciato velocemente al pelo dell’acqua rimbalza invece di affondare, anche lo Shuttle e tutte le capsule che rientrano in atmosfera devono avere la giusta angolazione, altrimenti potrebbero rimbalzare sullo strato d’aria come una grande pietra e perdersi nello spazio. D’altra parte, un ingresso troppo diretto nel mare d’aria vorrebbe dire la distruzione dell’astronave a causa dell’eccessivo calore generato dall’attrito. Per questo motivo la discesa in atmosfera doveva avvenire secondo una particolare angolazione e orientazione, rigidamente controllata dai computer di bordo.

Il rientro violento in atmosfera dello Shuttle aveva la funzione fondamentale di rallentare l’astronave e prepararla per l’atterraggio, che sarebbe avvenuto a oltre 8000 km di distanza dal punto di rientro in atmosfera.

Con una velocità sufficientemente bassa, l’assetto della navetta a poche decine di chilometri dalla superficie cambiava, trasformandosi in un gigantesco aliante che planava nell’aria e rallentava ulteriormente la sua corsa, senza mai utilizzare i razzi, totalmente inadatti all’assetto da aereo di queste fasi. 

L’atterraggio avveniva a una velocità di circa 350 km/h, sensibilmente maggiore di quella dei grandi aerei di linea (circa 260 km/h), tanto da richiedere una pista più lunga e un paracadute per frenarne la corsa.

Certo, le possibilità di manovra non erano simili a quelle di un normale aereo, tanto che dai tecnici fu definito un mattone con le ali, ma osservando gli atterraggi così naturali delle navicelle  su una pista di asfalto, invece di un tuffo incontrollato in mezzo all’oceano di una piccola capsula alta neanche tre metri, per la prima volta nella storia si è avuta la sensazione che la conquista dello spazio non fosse più al limite delle nostre capacità tecnologiche.