Nella notte tra il 23 ed il 24 ottobre Elon Musk, fondatore e Chief Designer di SpaceX, ha accettato di partecipare ad un Reddit AMA. Ne sono scaturite una serie di curiosità e dettagli aggiuntivi sul grandioso piano di colonizzazione marziana presentato poche settimane fa, nel corso dell’ultima IAC in Messico, e qualche anticipazione sulla versione “block 5” di Falcon 9. Se non lo aveste ancora visto, ecco qui il video della presentazione di Musk.
Riportiamo qui una traduzione (con minime correzioni nelle domande per renderle più compatte e leggibili) del dialogo della scorsa notte tra Elon Musk e gli utenti di Reddit USA. L’originale è disponibile qui.
Falcon 9
D: Potresti darci qualche indizio sulla versione “finale” del Falcon 9 (V1.3) cui hai fatto cenno? Sappiamo dei motori a razzo potenziati da 170.000 a 190.000 libbre/forza di spinta (da 77 a 86 tonnellate), ma c’è dell’altro? E le novità vanno più verso la riusabilità o verso le performance? Gwynne Shotwell ha accennato, un paio di settimane fa, al fatto che il Falcon 9 V1.2 può essere riutilizzato solo un paio di volte, mentre la V1.3 fino a 10. Potresti darci qualche dettaglio su quali sono i fattori che limitano il riuso del Falcon 9?
R: La versione finale del Falcon 9 ha beneficiato di numerose piccole migliorie che nel complesso si sono rivelate particolarmente importanti, ma certamente l’aumento della spinta ed il lavoro fatto sulle gambe sono le più significative. A dire il vero io credo che i booster del Falcon 9 possano essere riutilizzati quasi illimitatamente, posto che vengano effettuate manutenzioni regolari e ispezioni accurate. Il Falcon 9 “block 5”, la versione finale della serie, è quella che garantisce le migliori performance ed è progettata per essere facilmente riutilizzabile, quindi ha senso focalizzarsi sullo sviluppo di quest’ultima e pensionare le versioni precedenti. La serie “block 5” andrà in produzione tra circa 3 mesi, con un volo inaugurale tra 6-8 mesi, quindi non ha molto senso continuare a testare a terra le serie “block 3” e “block 4” perché vadano oltre qualche riutilizzo.
ITS – Colonizzazione Marziana
D: Quali equipaggiamenti e procedure saranno necessarie per le operazioni di rifornimento su Marte? Saranno progettate per funzionare autonomamente per il primo volo di test senza equipaggio? E poi, vi sono piani per introdurre una terza variante dell’ITS con un vano carico analogo a quello dello shuttle, per il trasporto di carichi ingombranti?
R: Siamo ancora lontani dall’aver sviluppato tutti i dettagli, ma il nostro piano al momento è:
- Inviare delle missioni esplorative usando le Dragon, inizialmente solo per accertarci di sapere come atterrare senza creare un nuovo cratere marziano e come ricavare acqua dalla reazione di Sabatier CH4/O2.
- Inviare verso Marte navette “Heart of Gold” trasportanti gli equipaggiamenti per costruire gli impianti di produzione del propellente.
- Inviare le prime missioni con equipaggio insieme agli equipaggiamenti necessari a costruire le prime, rudimentali basi abitabili.
- Proveremo a raddoppiare il numero di lanci ad ogni rendezvouz Terra-Marte, cioè ogni 26 mesi, fino a quando la crescita della città marziana si sosterrà in modo autonomo.
D: Considerato che riutilizzerete le navette ITS ad ogni congiunzione, che tipo di soluzione abitativa permanente avete in mente? Invierete dei moduli o si utilizzeranno risorse reperibili in situ, costruendo strutture in regolite/materie plastiche e cemento?
R: Inizialmente pensiamo a pannelli di vetro montati su strutture di fibra di carbonio per costruire cupole geodetiche, unitamente all’impiego di droni minatori. Questi ultimi serviranno a ricavare enormi spazi pressurizzati per le installazioni industriali, lasciando le cupole di vetro per le sole zone abitabili.
Dati relativi alla navetta di trasporto. Credit: SpaceX
D: A quale livello siete con lo sviluppo degli interni abitabili dell’ITS, e quando potremo vederne un rendering?
R: Credo ci serva un nuovo nome, ITS proprio non funziona. Io di solito uso BFR e BFS per il razzo e la navetta spaziale (Big Fu****g Rocket e Big Fu****g Spaceship – ndr), che sono perfetti al nostro interno ma… Comunque, puntiamo a pubblicare i dettagli delle sezioni abitate quando potremo mostrare dei modelli fisici in scala reale. Forse tra un anno o due.
D: In cosa differirà la configurazione interna dell’ITS in caso di utilizzo da parte di un equipaggio ridotto (come ad esempio per uno dei primi voli) rispetto alla capacità nominale di 100 persone?
R: Probabilmente riempiremo lo spazio pressurizzato con del carico. All’inizio le missioni saranno fortemente orientate al trasporto di carico utile. Le prime spedizioni saranno composte da una dozzina di persone, visto che l’obiettivo principale sarà la costruzione e la messa a punto degli impianti di produzione del propellente e della centrale energetica per Mars Base Alpha.
D: È possibile avere qualche dettaglio sull’impulso specifico e sulla spinta del motore Raptor?
R: Approssimativamente 360 secondi e 290 tonnellate di spinta.
D: L’ITS dovrebbe avere la capacità del volo librato. Questa caratteristica verrà mai utilizzata per assicurare un atterraggio di successo, magari a spese di una perdita di efficienza, oppure sarà fatto sempre scendere ad alta velocità?
R: Un atterraggio ad alta velocità è di gran lunga il più efficiente, quindi non vi sarà alcun volo librato a meno di problemi particolari o di particolari condizioni di vento. Un razzo che atterra a bassa velocità sta sprecando un sacco di propellente.
D: Qual è la decelerazione massima che un booster ITS potrà sopportare durante il rientro e l’atterraggio?
R: Siamo nell’ordine dei 20 G.
D: Abbiamo le idee abbastanza chiare su come funzionino su Marte un rientro atmosferico e un atterraggio, ma potresti spiegare come l’ITS e la sua aerocisterna gestiranno tale fase sulla Terra? All’IAC hai spiegato che saranno dotati di potenti motori a razzo in grado di gestire il controllo dell’assetto. Sicuramente è una soluzione che funziona bene su Marte, ma anche sulla Terra? Non sembrano esserci alette stabilizzatrici a griglia ed i razzi di manovra sono certamente meno efficaci qui sulla Terra, quindi dove sta il trucco?
R: Ottima domanda, questo non l’abbiamo mostrato all’IAC. La navetta spaziale e l’aerocisterna avranno degli alettoni per gestire beccheggio e rollio, mentre per l’imbardata probabilmente useremo razzetti di controllo.
D: In una delle slide che hai mostrato all’IAC menzionavi una accelerazioni di 4-6 G al rientro, senza specificare però se questo avverrà nel corso dell’accensione di rientro o durante l’aerofrenata. Potresti chiarire questo aspetto?
R: Per quanto riguarda la navetta limiteremo l’accelerazione a 5 G, anche se sarà capace di sopportare forze di picco anche 2 o 3 volte superiori senza subire danni. Il booster invece sarà capace di sopportare fino a 20, forse 30 o 40 G senza danneggiarsi.
D: Credo che una delle cose più sorprendenti della tua presentazione all’ITS sia stata, per molti, il serbatoio in fibra di carbonio costruito da SpaceX. Puoi raccontarci qualche altro dettaglio del design, della costruzione e dell’utilità di quel particolare esemplare di prova?
R: Certo! Per chi ne capisce quella è stata la notizia più importante 🙂 Il modello di volo sarà un pochino più lungo ma avrà lo stesso diametro. Questo esemplare è stato costruito con uno dei più recenti e performanti tipi di fibra di carbonio preimpregnata. In teoria dovrebbe contenere propellenti criogenici senza perdere e senza sealing linker. I primi test sono promettenti. Nelle prossime settimane lo porteremo al largo su una chiatta e lo testeremo a 2/3 della pressione massima.
D: In generale, il rientro dell’ITS è paragonabile al profilo di rientro di un Falcon 9?
R: Il grande booster avrà vita più semplice rispetto al Falcon, visto che il suo rapporto massa a secco/propellente è migliore, ed avrà minore densità. Il risultato è che il profilo di rientro non sarà altrettanto spinto, anzi, il Falcon si può considerare un caso limite del booster.
D: La navetta ITS ha due misteriosi serbatoi sferici. Tutto il design dei serbatoi sembra molto interessante, e circolano varie ipotesi sul loro scopo: servono per il propellente necessario all’atterraggio? o per contenere propellente gassoso “caldo” parte del sistema autogeno di pressurizzazione? o per il sistema di condensazione del propellente, per contenere i vapori prima che vengano nuovamente liquefatti? Oppure tutte quante queste cose insieme?
R: Quelli sono i serbatoi per il propellente da usare all’atterraggio. Sono separate per ottenere un miglior isolamento e minimizzare l’evaporazione, lo sciabordio durante il rientro e per evitare di pressurizzare l’intero serbatoio principale.
Spaccato interno del booster e della navetta di traporto. Credit: SpaceX
D: Per quale motivo nel booster solo uno dei due serbatoi ne ha un secondo al suo interno interno?
R: Il tubo di trasferimento dell’ossigeno funge anche da vaso di espansione per l’ossigeno stesso.
La configurazione dei propulsori del booster. Credit: SpaceX
D: Questo gruppo così ravvicinato di 42 motori a razzo del booster ITS (gran bel numero 😉 ) ha generato varie speculazioni riguardo un possibile effetto “ugello virtuale” o “aerospike virtuale” di cui potrebbe avvantaggiarsi. Potrebbero avere ugelli più corti mentre la maggior parte del momento degli esausti dei motori più interni sarebbe comunque assiale. C’è qualcosa di vero o si tratta solo di un assemblaggio necessario per raggiungere la potenza necessaria?
R: Dovevano essere 42 per importanti motivi scientifici e di fantasia! Un raggruppamento serve solo per massimizzare il rapporto potenza peso, ma sarebbe figo se si ottenesse l’effetto di un “ugello virtuale”.
D: Stando alla tua presentazione all’IAC, la navetta ITS ha un budget Δv di 7.5 km/s nel suo viaggio di ritorno da Marte verso la Terra, con 150 tonnellate di carico utile. Con un carico molto minore si potrebbe arrivare ad un budget di oltre 9 km/s, che è eccezionale! Si potrebbe usare questo budget Δv senza precedenti per volare tra Marte e Terra persino al di fuori dei periodi sinodici, quando la massa di carico utile non fosse il fattore più importante della missione? Potrebbe essere usato per emergenze o per trasportare carichi importanti di massa ridotta, come parti di ricambio critiche.
R: Sì.
D: Quali tecnologie e/o materiali devono essere sviluppati meglio per garantire il successo del progetto ITS?
R: All’inizio era lo sviluppo di una lega metallica estremamente resistente ai processi di ossidazione da usare nella caldissima turbopompa, che opera alla pazzesca pressione di 300 bar per alimentare la camera di combustione principale. Se una cosa può bruciare, lo farà. Sembra che siamo riusciti a trovare la soluzione, visto che la turbopompa del Raptor non ha mostrato segni di erosione dopo i test di accensione, ma c’è ancora spazio per le ottimizzazioni.
Il lavoro maggiore in questo momento è rivolto all’impermeabilizzazione dei serbatoi in fibra di carbonio che contengono propellenti criogenici a pressurizzazione autogena. I serbatoi di ossigeno liquido sono soggetti a fenomeni di ossidazione quando vengono pressurizzati con ossigeno puro. Sarà quasi certamente necessario applicare uno strato protettivo inerte di un qualche tipo. Speriamo si possa applicare a spruzzo. Se dovesse essere necessario useremo sottili fogli di Invar (una particolare lega di nickel e acciaio dal bassissimo coefficiente di espansione termica – invariabile, appunto ndr) saldati tra loro nella parte interna del serbatoio.
