Elon Musk fa il punto su Starship Orbiter Mk1

Nel cuore della notte tra il 28 e 29 settembre, in occasione dell’undicesimo anniversario del primo lancio orbitale di successo per SpaceX, si è svolta a Boca Chica, in Texas, l’attesissima conferenza stampa di Elon Musk per fare il punto sul progetto Starship Orbiter Mk1.

Non ci poteva essere palcoscenico più spettacolare per Musk, in piedi sotto l’imponente silhouette del prototipo di Starship Orbiter Mk1. Fin dall’inizio il fondatore di SpaceX ha ribadito i suoi obiettivi personali:

• Rendere l’umanità una specie interplanetaria.
• Farlo quanto prima, abbattendo drammaticamente i costi di trasporto in orbita e rendendo il volo spaziale sempre più simile a un volo aereo.
• Raggiungere questo obiettivo grazie a razzi riutilizzabili e tempi di manutenzione e ricondizionamento al volo brevissimi.

Ecco il video integrale della presentazione.

Secondo Musk il mezzo ideale per raggiungere questi traguardi è il sistema Starship, composto da un Booster (ancora non costruito) e da un Orbiter, che insieme andranno a formare un gigantesco lanciatore totalmente riutilizzabile. L’enorme siluro metallico alle spalle del fondatore di SpaceX è dunque solo il secondo stadio di un vettore che, quando completato, supererà per dimensioni e capacità operative anche il famoso Saturn V.

Nuovi materiali e nuova manovra di rientro

Non ci sono state molte sorprese nella presentazione di ieri sera, semmai si è assistito a una maturazione del progetto Starship Orbiter Mk1 grazie al perfezionamento dei design precedenti e alla miglior definizione di alcune fasi dell’inviluppo di volo, con particolare riferimento alla manovra di atterraggio controllato.

La prima vera novità riguardava i materiali con cui Starship Orbiter Mk1 sarà assemblato. Rispetto a un anno fa si è trattato in effetti di una svolta a 180 gradi: SpaceX aveva deciso inizialmente di fare ampio uso di fibra di carbonio per costruire lo scafo del veicolo spaziale, ma ora si punterà tutto sull’acciaio inossidabile 301. Si tratta di un cambiamento inatteso e per certi versi controintuitivo, anche se Musk ha saputo motivare bene le ragioni alla base di questa scelta:

• l’acciaio inossidabile 301 dà risultati molto migliori dei compositi a temperature criogeniche, che saranno la norma per Starship (specie la versione tanker) per mantenere liquidi l’ossigeno (circa –219 °C, almeno) e il metano (–182 °C)
• l’acciaio è in grado di resistere a temperature molto più alte dell’alluminio aeronautico (1500 °C contro 450 °C)
• l’alta temperatura di fusione dell’acciaio consentirà di distribuire il calore alla parte opposta del vettore e faciliterà la riduzione dello spessore delle piastrelle isolanti di ceramica speciale
• Il costo dell’acciaio è molto più conveniente dei compositi al carbonio: si va dai 130.000 $ per tonnellata di fibra di carbonio ai 2.500 $ a tonnellata per l’acciaio inossidabile
• l’acciaio è un materiale molto facile da lavorare e resistente alle intemperie. Anche per questo SpaceX ha deciso di risparmiarsi il costo in tempo e denaro della costruzione di un capannone e di assemblare i due razzi direttamente all’esterno.

Il rivestimento termico, rivisto in base alla scelta di questo nuovo materiale, sarà composto di piastrelle di ceramica e andrà a rivestire solo le aree dove si prevede di raggiungere le temperature più elevate, principalmente quindi nella parte “ventrale” di Starship Orbiter Mk1. Le mattonelle sono pienamente riutilizzabili, facili da produrre e da installare. In definitiva, secondo Musk, date le caratteristiche del sistema, le sue dimensioni, i requisiti di funzionamento e il budget disponibile, un sistema riutilizzabile basato su acciaio inossidabile 301 è la soluzione più conveniente e funzionale.

Per quanto riguarda invece la manovra di rientro, ci sono alcune novità rispetto all’approccio divulgato nel 2017. Il contatto con l’atmosfera avverrà a un angolo di attacco di 60 gradi, e quando avrà raggiunto gli strati più densi dell’atmosfera Starship Orbiter Mk1 si comporterà come un “paracadutista”, perdendo velocità grazie all’uso delle sue superfici aerodinamiche. Arrivato attorno ai 4-500 metri di quota, il veicolo accenderà i Raptor, si impennerà in una manovra di cabrata e si orienterà puntando i motori a razzo verso il suolo, per poi atterrare verticalmente.

I dati tecnici di Starship Orbiter Mk1 a oggi disponibili

Starship Orbiter Mk1 misura 50 metri di altezza, 9 metri di diametro alla base. È dotato di sei piccole gambe di atterraggio, di due pinne “caudali” e due canard, tutte attuabili tramite servomeccanismi e che consentiranno di gestire l’assetto durante il rientro atmosferico.

La massa a secco del prototipo Mark 1 è di circa 200 tonnellate, ma andrà via via riducendosi fino ad arrivare, a regime, a circa 120 tonnellate. Il carico utile trasportabile in orbita terrestre bassa sarà attorno alle 150 tonnellate, mentre il carico trasportabile dall’orbita a terra si aggira attorno alle 50 tonnellate.

Il veicolo sarà equipaggiato con sei motori Raptor, tre ottimizzati per il funzionamento atmosferico con un impulso specifico (ISP) di 330 secondi e tre ottimizzati per il funzionamento nel vuoto con un ISP di 380 secondi. Questi numeri sono comunque da prendere con le pinze: lo sviluppo dei Raptor è ancora in corso e queste cifre rappresentano la prestazione attesa.

Il design del booster Super Heavy, il primo stadio di Starship, è rimasto pressoché invariato, anche Musk ha spiegato in maggior dettaglio alcune caratteristiche di modularità nel numero di motori Raptor di cui può essere dotato.

Il booster avrà fino a 37 motori Raptor alla base, sarà dotato di sei gambe di atterraggio integrate nelle pinne stabilizzatrici di coda, avrà un’altezza di 68 metri e un diametro di 9 metri, e potrà imbarcare fino a 3.300 tonnellate di propellenti.

I prossimi passi

La costruzione dei prossimi esemplari di test avverrà sia a Boca Chica che in Florida. Secondo Musk il primo “salto” di Starship Orbiter Mark 1 avverrà entro 1-2 mesi, e vedrà il veicolo raggiungere una quota di 20 km (65.000 piedi). Naturalmente è previsto il rientro propulso con recupero.

La costruzione del prototipo Mark 3 avrà inizio a Boca Chica solo dopo il completamento del veicolo Mark 1, e dovrebbe protrarsi per 3 o 4 mesi. Mark 3 sarà dotato di sei Raptor, lo scafo sarà più sottile delle precedenti versioni e sarà costituito partendo da grandi bobine di acciaio invece che da singoli pannelli squadrati, diminuendo il numero di saldature a favore di semplicità di assemblaggio e maggior robustezza.

I primi test orbitali saranno affidati ai prototipi Mark 4 e Mark 5. Il sogno di Elon Musk è di arrivare al fatidico esordio orbitale entro i prossimi sei mesi. Questi due prototipi dovrebbero anche ricevere un aggiornamento al sistema dei propulsori di manovra, i cosiddetti thruster, che dovrebbero passare da un sistema a gas freddo (azoto) a bassa potenza a uno a gas caldo (MetaLOX) circa 6 volte più potente. Questo consentirà di non utilizzare la spinta sovrabbondante dei Raptor per le fasi iniziali della manovra di atterraggio in verticale, la cui azione propulsiva è così sovrabbondante anche ai minimi regimi da dover essere parzialmente compensata e corretta.

Secondo Musk il collo di bottiglia nella costruzione dei prototipi è, al momento, il ritmo di produzione dei motori Raptor. Per puntare a missioni orbitali è necessario avere a disposizione almeno un centinaio dei nuovi motori. Scalare la fabbricazione di scafi, serbatoi e pinne stabilizzatrici non è un problema, ma oggi per costruire un Raptor servono dagli otto ai dieci giorni. L’obiettivo dichiarato è di far uscire dalla linea produttiva un Raptor al giorno entro il primo quadrimestre del 2020.

Per quanto concerne la produzione dei booster, questa avrà inizio solo dopo la costruzione del veicolo Mark 4. L’idea in effetti è di avere due prototipi di Orbiter sia a Boca Chica che in Florida, e poi iniziare l’assemblaggio di un booster in ciascuna delle due basi.

Una delle tecnologie chiave che dovrà essere acquisita prima di puntare a raggiungere altri pianeti del sistema solare è il rifornimento in orbita. Questa tecnica consentirà di rifornire Starship Orbiter Mk1 in orbita terrestre, dotandolo dei propellenti necessari per i viaggi di andata e ritorno verso le destinazioni più remote.

In previsione di lunghi viaggi interplanetari, al fine di impedire l’ebollizione dei propellenti criogenici è prevista la realizzazione di una struttura a doppio serbatoio concentrico. Il serbatoio esterno sarà svuotato nel vuoto spaziale, e circondando il serbatoio interno pieno di propellente, realizzerà di fatto un sistema isolante a vuoto, con un consumo di energia quasi nullo e adeguato ai tempi di volo di tali missioni.

La polemica di Bridenstine

Alla vigilia della presentazione l’amministratore di NASA Jim Bridenstine ha pubblicato su Twitter un messaggio augurale con un accenno polemico, che ha innescato un’ondata di reazioni in gran parte a difesa di SpaceX.

https://twitter.com/JimBridenstine/status/1177711106300747777

Interrogato al riguardo da uno dei giornalisti presenti, Musk ha voluto rassicurare Bridenstine dichiarando che fino a ora solo il 5% della forza lavoro di SpaceX è stato impiegato nel progetto StarShip.

I rapporti con gli abitanti di Boca Chica

Nelle previsioni di Elon Musk Boca Chica dovrà diventare un vero e proprio spazioporto, dal quale prenderanno il via i voli di Starship. Per permettere l’espansione dello stabilimento nonché di lanciare i giganteschi prototipi di Starship Orbiter Mk1 in sicurezza, SpaceX sta facendo offerte di acquisto ai proprietari dei terreni del villaggio, che altrimenti dovranno essere evacuati a ogni lancio per ragioni di sicurezza.

Le previsioni e gli auspici di Elon Musk

Elon Musk è noto anche per le timeline molto ottimiste, che sono una manifestazione tipica della sua comunicazione pubblica che poi però trovano poco riscontro nella realtà. Interrogato su quando sarà possibile vedere i primi voli umani nello spazio a bordo di Starship Orbiter Mk1, la risposta è stata: «Credo che potenzialmente vedremo persone volare già l’anno prossimo. Se arrivassimo al volo orbitale entro sei mesi, e riuscissimo a costruire un sistema totalmente riutilizzabile, allora potremo effettuare molti voli molto velocemente. Potenzialmente anche dieci voli in… dieci giorni.».

Nella visione di Musk, Starship nasce per rivoluzionare letteralmente il trasporto spaziale. Il vettore è visto come un fattore necessario ed essenziale per concretizzare il suo sogno di colonizzazione marziana.

Speculando su ciò che Starship potrebbe portare nel panorama aerospaziale, Musk si è lasciato andare a un calcolo improvvisato e approssimativo, pieno di “se” ma comunque molto interessante: in condizioni ideali, un razzo Spaceship sarebbe capace di sostenere 3 lanci orbitali al giorno, ciascuno con il suo carico utile di 150 tonnellate, per 365 giorni l’anno. Questo corrisponderebbe a un totale di circa 1000 lanci l’anno, per un carico utile complessivo pari a 150.000 tonnellate. Essendo – a oggi – la capacità di lancio totale di tutti i lanciatori esistenti al mondo (secondo i calcoli di Musk) pari a circa 300 tonnellate l’anno, la proporzione è presto fatta: Starship consentirebbe, in via del tutto ipotetica, di far crescere la quantità di materiale portato nello spazio di oltre 500 volte, con costi marginali sempre più bassi.

Presi con tutta la prudenza del caso si tratta di numeri che non possono non far riflettere, e forse spaventare, tutti gli attori del mercato dei lanciator. Naturalmente i prototipi prima, e gli esemplari di produzione poi, dovranno dimostrare che le ottimistiche aspettative di Musk trovano corrispondenza nella realtà.

Fino al prossimo aggiornamento su Starship tutte le ultime novità e il dibattito sul futuro di questo mirabolante progetto continuano su ForumAstronautico.