Lo scorso 18 novembre ha segnato una tappa importante nello sviluppo dell'astronave Starship, con il secondo "Test di Volo Integrato" (IFT-2) utilizzando il booster B9 e l'orbiter S25. Vediamo cosa ha funzionato, cosa è andato storto e quali saranno i prossimi passi di SpaceX. 

I successi

 Come viene spiegato sulla pagina ufficiale di SpaceX, IFT-2 è stato un sostanziale successo, a dispetto di quanto precipitosamente affermato da molti cronisti poco esperti di voli spaziali e della strategia di sviluppo che caratterizza l'azienda di Elon Musk; tale strategia è infatti caratterizzata da uno sviluppo rapido e continuo, passando attraverso numerosi test e una miriade di miglioramenti progressivi (oltre mille solo in preparazione di IFT-2), fino a raggiungere livelli elevatissimi di affidabilità e competitività, come dimostrato in modo ormai inequivocabile dal Falcon-9.

 Il primo, grosso successo riguarda il perfetto funzionamento del sistema di "water deluge" installato alla base della piattaforma di lancio, destinato a proteggere questa struttura (e non solo) dalla tremenda onda di pressione e di calore che si crea al decollo. Durante il primo tentativo del 20 aprile (ITF-1), come si ricorderà, questo sistema era ancora in fase di realizzazione e la sua assenza produsse danni significativi alla base della piattaforma, con lo scavo di un vero e proprio cratere e la produzione di numerosi frammenti di cemento di dimensioni anche molto grandi, scagliati in ogni direzione anche a grande distanza; di seguito, una ripresa aerea di quei danni, messa a confronto, più sotto, con una ripresa analoga effettuata poche ore dopo IFT-2.

Platform

 Credits: RGV aerial - Processing: Marco Di Lorenzo

 La differenza è eloquente e anche la seguente vista dal basso mostra che la piattaforma di lancio è sostanzialmente illesa, anche se richiederà sicuramente l'ennesima verniciatura. Come vedremo nel prossimo paragrafo, in realtà qualche danno minore a questa ed altre strutture circostanti c'è stato ma nulla che possa compromettere seriamente i prossimi lanci.

LT after

La piattaforma dopo IFT-2, con i supporti estesi che sorreggono il vettore. - Credits: SpaceX - Processing: Maro Di Lorenzo

 Il secondo grosso successo riguarda il funzionamento di tutti i motori Raptor-2, sia nel primo che nel secondo stadio. Non solo si sono tutti accesi e spenti con perfetta sincronia come pianificato ma, a giudicare dalla luminosità degli scarichi, hanno erogato la stessa spinta per tutto il volo, senza le anomalie osservate nel primo test. A questo ha sicuramente contribuito l'introduzione di paratie per isolare tra loro i motori, oltre al ricorso ad attuatori elettrici e non idraulici per orientare la spinta dei propulsori più interni e nell'anello intermedio.

FishEye

Due fotogrammi tratti da un filmato ripreso con obiettivo "Fish-eye" da una telecamera installata sulla sommità della Torre Orbitale - Credits: SpaceX - Processing: Marco Di Lorenzo

 Una riprova della bontà nel funzionamento dei motori la notiamo nella formazione dei cosiddetti "Mach diamonds" (dischi di Mach) sotto il booster, come mostrato di seguito. Questa sequenza di cuspidi luminose (generalmente prodotta dall'ugello di un singolo razzo o anche dai motori a reazione di un jet) è imputabile alla formazione di onde di pressione stazionarie nei gas di scarico supersonici. Qui, per la prima volta, viene osservata una struttura del genere come risultato della spinta collettiva di un così grande numero di ugelli densamente disposti, a testimonianza dell'uniformità e regolarità della spinta che, lo ricordiamo, ammontava complessivamente ad oltre 7500 tonnellate-forza!

Mach

Credits: SpaceX - Processing: Marco Di Lorenzo

 Per finire, anche la delicata manovra di "Hot Staging", ovvero la separazione tra i due stadi con i motori accesi su entrambi, ha avuto pieno successo, come vediamo nell'immagine a destra in apertura di articolo. Su B9 i 30 motori periferici sono stati spenti progressivamente, lasciando accesi solo i 3 centrali mentre venivano azionati i 6 Raptor di S25. Anche la successiva manovra di rotazione del Booster è stata effettuata correttamente. Tuttavia, come vedremo tra poco, proprio le sollecitazioni derivanti da questa manovra potrebbero avere innescato la sequenza di eventi che ha portato alla distruzione di entrambi gli stadi, in momenti diversi.

 Qui sotto, il confronto eloquente sulla quota raggiunta dai prototipi Starship durante il primo e il secondo volo (in verde e in rosso, rispettivamente).

altezza

Data source: Spacex - Plot: Marco Di Lorenzo

 Va sottolineato che i tre risultati positivi che abbiamo appena illustrato erano proprio quelli considerati più critici in questo test e il fatto che abbiano funzionato egregiamente, nonostante le notevoli incertezze legate alla loro natura poco convenzionale e molto innovativa in campo aerospaziale, è la riprova dell'efficacia del metodo di sviluppo di SpaceX e costituisce un'ottima premessa in vista dei futuri obiettivi, illustrati nell'ultimo paragrafo.


I fallimenti

 Nonostante gli eccellenti risultati raggiunti, le esplosioni di entrambi gli stadi B9 e S25 dicono che c'è ancora parecchia strada da fare. Va detto subito che tali esplosioni (definite ironicamente "Rapid Unplanned Disassembly" o RUD nel gergo di SpaceX, che ha parecchia esperienza al riguardo) sono state innescate volutamente attraverso il sistema di autodistruzione FTS, il quale ha dimostrato di funzionare perfettamente e senza ritardi, al contrario di quanto era avvenuto durante IFT-1. 

fail

Credits: SpaceX - Processing: Marco Di Lorenzo

 La sequenza di dati telemetrici mostrata qui sopra, tratta dalla diretta SpaceX, evidenzia il problema riguardante il booster. In pratica, i 13 motori orientabili (tutti quelli all'interno dell'anello più esterno) si sarebbero dovuti riaccendere subito dopo il "flip" per consentire la manovra di "boost-back" e quindi il rientro controllato fino alla superficie del mare. Invece, come evidenziato dalla grafica a sinistra, i motori si sono progressivamente spenti e, guardando il video, si ha l'impressione che alcuni di essi siano esplosi o abbiano perso quantità significative di combustibile. Circa 31 secondi dopo la separazione, ecco l'impressionante esplosione del B9.

boom

Credits: NASASpaceFlight.com / @thejackbeyer - Processing: Marco Di Lorenzo

 In mancanza di motivazioni ufficiali da parte di SpaceX (ritardo prolungato dalle festività del "Thanks Giving" nei giorni passati), si possono fare solo ipotesi. Quella che va per la maggiore è che, anche a causa della spinta impartita dai propulsori di S25 durante l'Hot-Staging, il booster abbia ruotato troppo rapidamente e il combustibile residuo all'interno dei serbatoi abbia preso a muoversi in maniera incontrollata ed imprevista, a causa del fenomeno di "sloshing". Questo avrebbe impedito a metano e ossigeno liquidi di fluire in maniera regolare ai motori, causandone il malfunzionamento.

 Il motivo della perdita di telemetria e dell'autodistruzione automatica dell'orbiter S25 è molto meno chiaro ma potrebbe essere comunque legato a problematiche generate durante l'Hot-Staging e manifestatesi solo dopo. I radar meteorologici del NOAA hanno comunque rilevato entrambe le scie di detriti mentre ricadevano in atmosfera, mentre un telescopio in Florida è riuscito a riprendere la parte sommitale di S25, apparentemente intatta dopo l'esplosione, mentre ricadeva per poi bruciare nei cieli sopra l'isola di Portorico (figura sottostante).

testa

Credits: AstronomyLive / TechSpatiales / Simeon Schmauss - Processing: Marco Di Lorenzo

 A questo punto, viene il sospetto che l'idea di introdurre l'Hot-Staging sia stata perlomeno prematura e che esso debba essere abbandonato, almeno in questi primi voli di prova, perchè ha introdotto ulteriori variabili e rischi. D'altronde, essendo Musk profondamente convinto della sua necessità e utilità in termini di incremento del carico utile, rimandarne la sperimentazione avrebbe potuto ritardarne troppo la sua introduzione.

 Un altro problema non da poco è quello delle mattonelle termiche, staccatesi numerosissime dall'orbiter fin dai primi secondi dopo il lancio e durante la fase iniziale di ascesa. Nel fotogramma qui sotto, in effetti, si notano numerose chiazze bianche nella copertura termica, corrispondenti a una o più mattonelle assenti.

tiles 

 Evidentemente, le vibrazioni dello scafo si sono rivelate più violente del previsto e/o il sistema di ancoraggio delle mattonelle è ancora troppo debole. Peraltro, questa pioggia di detriti, soprattutto nella fase di volo supersonico, potrebbe causare seri danni anche ai "grid fin" sulla sommità del booster, compromettendone la capacità di rientro controllato.

 In ultimo, va segnalato che il decollo, pur non essendo stato quasi catastrofico come il precedente, ha lasciato qualche traccia e qualche danno sulle strutture a terra. Il fenomeno più preoccupante riguarda una porzione sulla sommità della piattaforma di lancio, che appare in fiamme nei fotogrammi del video ripreso dalla torre, di cui proponiamo qui sotto un dettaglio ingrandito. Nelle immagini riprese dopo il lancio, in effetti, quella zona mostra un assottigliamento dell'acciaio della copertura ma non è chiara l'entità del problema.

brucia

Credits: SpaceX - Processing: Marco Di Lorenzo

  Il problema della eccessiva sollecitazione termica sulla sommità della piattaforma di lancio potrebbe venire risolto recuperando un'idea che SpaceX aveva effettivamente considerato in passato ma che era stata poi accantonata. Si tratta di un "water jacket" realizzato tramite raffreddamento ad acqua, che consentirebbe anche di attenuare ulteriormente il rumore immediatamente dopo il decollo. Qui sotto vediamo uno schema di come potrebbe venire realizzato.

WaterJackets

Credits: Chrome Kiwi - Processing: Marco Di Lorenzo

 Anche i grandi serbatoi verticali, già messi a dura prova dagli impatti dei frammenti scagliati il 20 aprile, mostrano nuove ammaccature e altri piccoli danni derivanti stavolta dalla potente onda d'urto; si tratta comunque di danni minori


Il futuro

 Rispettando la tradizione, pochi giorni dopo IFT-2 Elon Musk ha ottimisticamente dichiarato che, nel giro di sole 3-4 settimane e comunque prima di Natale, sarebbe già tecnicamente possibile effettuare un nuovo tentativo di lancio. Ieri, poi, ha commentato la seguente immagine degli orbiter già completati (S28, S29, S30 e S31) dentro e intorno la "High Bay", affermando che si tratta degli ultimi 4 modelli appartenenti alla prima generazione, lasciando intendere che a partire da S32 (ancora in fase di assemblaggio), ci saranno modifiche radicali nel disegno, modifiche che non è dato conoscere per ora!

Quattro moschettieri

 Credits: SpaceX - Processing: Marco Di Lorenzo

 Volendo essere realistici, comunque, è improbabile che SpaceX riesca in così poco tempo ad implementare tutte le migliorie necessarie per effettuare un tentativo di volo che consenta al booster B10 e all'orbiter (presumibilmente S28) di tornare integri ed ammarare con successo. A meno che non siano già chiari i motivi che hanno portato alle due RUD e si intenda porre rimedio a tali problemi con delle semplici modifiche software nelle procedure, senza particolari interventi sull'hardware. Anche in questo caso, comunque, esiste sempre l'incognita dell'approvazione da parte di FAA, divenuta ormai un vero e proprio incubo per ogni lancio Starship!

 Personalmente, ritengo verosimile che il test IFT-3 si svolga entro febbraio del prossimo anno, seguito da altri 2-3 tentativi entro giugno. Nella seconda metà dell'anno, se non ci saranno grossi inconvenienti o incidenti catastrofici, il ritmo potrebbe accelerare e potremmo arrivare ad una piena qualifica con una dozzina di voli, magari utilizzando anche la base in Florida (a patto che a breve venga completata la struttura di lancio) e tentando anche il recupero di booster e orbiter tramite i "chopsticks". Questo consentirebbe a Space-X di lanciare nel corso del 2025 un grosso quantitativo di satelliti, specialmente Starlink v.2 full-size, magari iniziando tra un anno a lanciare anche equipaggi umani. Per poter assistere al lancio della missione di periplo lunare "Dear Moon" e per l'atteso allunaggio nella versione lunare di Starship nell'ambito della missione Artemis-3, dovremo probabilmente aspettare almeno il 2026. Impossibile poi formulare una ipotesi attendibile riguardo il primo sbarco su Marte, certamente successivo alle date menzionate!