Il quarto "Integrated Flight Test" rappresenta, al momento, il più grosso successo della fase di sviluppo e qualifica del rivoluzionario veicolo Starship. Per la prima volta, si è riusciti ad effettuare un rientro controllato del booster B11, con "hoovering" a poche decine di metri sopra la superficie dell'acqua nel golfo del Messico, simulando di fatto la manovra di "cattura al volo" (grab) da parte dei chopstiks, i due bracci meccanici sulla rampa di lancio. Anche il rientro in atmosfera del secondo stadio S29 detto "ship" (che sarebbe più corretto chiamare orbiter) è riuscito molto meglio del precedente, con ammaraggio nell'Oceano Indiano a 6 km dal punto prestabilito.
L'immagine in apertura mostra alcuni fotogrammi prima inediti tratti da un nuovo, spettacolare filmato postato qualche giorno fa; dall'alto a sinistra, si vedono i momenti cruciali dell'accensione dei motori del secondo stadio, che illuminano i "grid fin" del booster, la separazione dell'Hot-Stage-Ring (che in questo volo era l'unico elemento "a perdere"), la fase finale di rientro del booster nell'atmosfera e, infine, gli scarichi dei motori dell'orbiter (ship).
Nei grafici che seguono, andiamo a confrontare i profili di volo dei quattro test svolti finora, sfruttando i dati di telemetria riportati a video durante le dirette SpaceX. C'è da dire che, purtroppo, il dato di altezza è riportato con una precisione scadente, solo il valore intero in km, contrariamente a quanto avviene nelle dirette SpaceX dei lanci Falcon, dove invece sono visualizzati anche i decimi di km; per compensare questa deficienza, si è reso necessario interpolare i dati, facendo opportune ipotesi sull'andamento dell'orientamento del vettore velocità nelle varie fasi di volo.
Iniziamo dall'andamento della quota, della velocità e dell'accelerazione del primo stadio e, di fatto, anche del secondo, fino al momento della separazione indicata dalla dicitura "Hot Stage sep."; la dicitura "RUD" si riferisce invece al "Rapid Unplanned Disassembly", un modo ironico per indicare l'esplosione del veicolo ad opera del sistema di autodistruzione FTS, resasi necessaria durante i primi due voli.
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Come si vede nel primo grafico sulla quota, dopo il primo test fallimentare i profili di volo dei test successivi sono stati simili, anche se ci sono alcune lievi ma importanti differenze. Al momento della separazione tra i due stadi, infatti, IFT-3 era circa 2 km più in basso di IFT-2 mentre la quota di IFT-4 risulta una via di mezzo (73,5 km) ma è avvenuta 5 secondi in ritardo. In effetti, come si vede negli altri due grafici, velocità e accelerazione di IFT-4 erano sistematicamente inferiori, cosa che nel mio precedente articolo avevo attribuito al mancato funzionamento di uno dei 33 motori Raptor del booster fin dal decollo. In ogni caso, successivamente, il booster B11 ha recuperato quota, toccando una altezza record di 109,5 km prima di iniziare la sua discesa, oltre 3 km in più rispetto al suo predecessore.
Come vediamo nel grafico sottostante, riferito al rientro in atmosfera del booster durante gli ultimi due voli, B10 non era riuscito ad accendere correttamente i tre motori centrali e ha raggiunto la superficie in anticipo, schiantandosi con una velocità di circa 1100 km/h, Invece B11 ha avuto successo nell'effettuare due energiche "frenate". una a 405-425 secondi dal decollo, con velocità di discesa stabilizzata a circa 350 m/s, e l'altra intorno a 415s e a circa 30 m/s, con accelerazioni che hanno vicine a 5 g (6 g se consideriamo anche l'accelerazione di gravità), prima di inabissarsi nel mare. Presumibilmente, la prima fase di discesa frenata serve a consentire un aggiustamento fine della traiettoria verso la torre orbitale (che qui era virtuale) mentre la seconda corrisponde al "grab" vero e proprio da parte dei chopsticks.
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Parlando sempre di accelerazioni, c'è da sottolineare che, in fase di decollo, esse risultano intorno a 0,5g in tutti i voli (cosa inevitabile dato che la spinta dei motori supera del 50% il peso di Starship a pieno carico), il che implica una sollecitazione totale di 1,5g verso il basso, considerando anche la gravità. A dire il vero, questa accelerazione viene raggiunta gradualmente a circa 10 secondi dal "tempo 0" e si mantiene più o meno costante per un minuto, nonostante il fatto che la massa del veicolo stia rapidamente diminuendo a causa del carburante bruciato; evidentemente, in questa fase di ascesa praticamente verticale, deve esserci una sorta di "throttle down" ovvero una riduzione di spinta per compensare l'alleggerimento. In seguito, l'accelerazione aumenta fino a 1,5g un attimo prima della separazione; tuttavia, la sollecitazione totale è inferiore a quanto si possa pensare perchè adesso la traiettoria del veicolo forma un angolo di circa 30° con la direzione orizzontale, quindi anche tenendo conto dell'accelerazione di gravità (comunque lievemente diminuita dall'alta quota e dalla forza centrifuga) l'accelerazione totale è circa 2 g o poco più. Dunque, almeno in questa prima fase del volo, le sollecitazioni risultano inferiori a quelle dello Space Shuttle e molto ben sopportabili da un equipaggio umano.
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Concentriamoci ora sul volo degli orbiter S28 e S29, dopo la separazione. Il grafico sottostante ne mostra altezza e accelerazione fino allo spegnimento dei motori e l'ingresso in traiettoria sub-orbitale (di fatto, un'orbita ellittica che interseca la superficie terrestre). Come si vede, stavolta l'ultimo volo è stato più performante del precedente, raggiungendo in anticipo la quota prestabilita in virtù di una accelerazione maggiore. In entrambi i casi, comunque, la massima accelerazione è stata raggiunta un attimo prima di spegnere i motori e ha toccato un valore decisamente elevato, circa 3.5g superando i 3g per circa 50 secondi. Se si tratta di valori normali per i lanci spaziali e sopportabili da astronauti allenati, siamo fuori dalla "confort zone" e sarebbe auspicabile che, nei prossimi voli operativi, venga effettuato un "throttle down" o uno spegnimento dei motori atmosferici nell'ultimo minuto di spinta, in modo da rimanere sempre entro 2,5g.
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Per finire, ecco la fase di rientro atmosferico. Da notare che S28 veniva da un apogeo più alto e quindi era leggermente più lento, all'inizio. Inoltre, prima di distruggersi, ha mostrato un paio di bruschi aumenti di decelerazione atmosferica (cambi di pendenza nella curva della velocità) evidentemente dovuti all'assetto fuori controllo, cosa che non si vede su S29. Per quanto riguarda quest'ultimo, sessantadue minuti dopo il lancio 4 minuti prima dello splashdown (poco prima del raddrizzamento verticale o "Belly flop"), S29 ha toccato una punta di decelerazione massima di 1,5g e quindi non oltre i canonici 2,5g considerata l'accelerazione di gravità.
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
Data Source: SpaceX - Interpolation/Plot: Marco Di Lorenzo
L'ultimo grafico qui sopra è forse il più interessante e sorprendente; esso riguarda la fase finale discesa nella troposfera da parte di S29. La scala logaritmica usata per l'altezza consente di apprezzare meglio le manovre finali, in particolare il "Belly Flop" e l' "hoover" finale prima dello splashdown. Come si vede, a dispetto delle immagini caotiche, tutte queste manovre hanno ricalcato perfettamente quanto osservato nei test di volo atmosferico, effettuati un paio di anni fa con la serie SN. Come per il booster, anche la velocità di discesa dell'orbiter alla fine del landing burn è scesa sotto i 10 km/h.
GOOGLENEWS
