I motori dell’Ariane 6 completano i test di qualifica

Tutti e tre i propulsori sviluppati per equipaggiare il nuovo vettore europeo Ariane 6 hanno completato con successo una serie di test approfonditi: il motore a propellente solido P120C per i booster, il motore Vulcain 2.1 per lo stadio centrale e il motore Vinci per lo stadio superiore sono stati attentamente messi alla prova dagli ingegneri europei nel corso di questi ultimi anni.

In base all’orbita richiesta, l’Ariane 62, con due booster, potrà trasportare carichi paganti che andranno dai 4.000 ai 7.000 kg, mentre nella versione 64, con quattro booster, la sua capacità andrà dagli 11.000 ai 16.000 kg. In quest’ultima versione Ariane 6 sarà alto 63 metri, peserà 900 tonnellate, e al decollo sprigionerà una potenza pari a quella di 12 motori dell’Airbus A380.

P120C: Il nuovo cavallo da tiro europeo a propulsione solida

Due o quattro P120C, in base alla configurazione di lancio, verranno fissati allo stadio centrale dell’Ariane 6, come ausilio durante le primissime fasi del decollo. Il P120C è il nuovo cavallo da lavoro a propulsione solida realizzato in Europa. Esso verrà impiegato in entrambi i nuovi sistemi di lancio dell’agenzia spaziale europea: Vega-C e Ariane 6, ed è stato sviluppato da Europropulsion, una società gestita congiuntamente da Avio ed ArianeGroup.

Com’è noto i motori a propellente solido hanno la caratteristica, una volta innescata la combustione, di continuare a bruciare fino al suo esaurimento. Questo tipo di propulsione semplice e potente allo stesso tempo, è spesso un’opzione a basso costo per avere a disposizione una buona e immediata potenza, soprattutto durante la fase di decollo. Ogni motore P120C fornisce circa 4.500 kN di spinta, è lungo 13,5 m, ha un diametro di 3,4 m e pesa 11 tonnellate. Il suo involucro dello spessore di 2,5 cm, è stato realizzato in composito a base di fibra di carbonio in un unico blocco presso la fabbrica Avio di Colleferro, in Italia. ArianeGroup in Francia ne ha realizzato l’ugello, mentre la norvegese Nammo ha fornito il sistema di accensione. Gli efficienti metodi di produzione di queste aziende hanno permesso la riduzione dei cicli di produzione ottimizzando i costi. Tre modelli di P120C hanno completato le accensioni di prova presso lo Spazioporto Europeo nella Guiana Francese: il modello di sviluppo o Development Model (DM1) nel luglio del 2018, il primo modello di qualifica o Qualification Model (QM1) nel gennaio del 2019, ovvero la versione che verrà usata nel volo di debutto del Vega-C, e recentemente il secondo modello di qualifica o Qualification Model 2 (QM2) in questo mese di ottobre 2020, il quale equipaggerà il primo volo dell’Ariane 6. La produzione dei componenti del motore per il modello di volo del Vega-C è quasi completa; il passo finale, ora, resta quello di dimostrare che i nuovi impianti di produzione siano pronti e funzionanti, per soddisfare la domanda del mercato.

Vulcain 2.1: il propulsore dello stadio centrale

Il propulsore criogenico dello stadio centrale dell’Ariane 6, il Vulcain 2.1, è alimentato da idrogeno e ossigeno liquidi e fornisce una spinta di 1.371 kN nel vuoto per propellere Ariane 6 nei primi otto minuti di volo, fino a un’altitudine di 200 km. Esso ha lo stesso peso di un turbojet dell’Airbus A318, circa 2 tonnellate, ma fornisce una spinta di oltre 10 volte superiore. È alto 3,7 m e ha un diametro di 2,5 m. Il Vulcain 2.1 è dotato di un generatore di gas stampato in 3D, un ugello ridisegnato e semplificato, e una camera di combustione che può essere innescata da terra attraverso il fondo dell’ugello, anziché tramite i classici dispositivi pirotecnici posti all’interno del motore, riducendo così peso e costi.

Il costoso elio liquido non sarà più necessario, come invece avviene per il Vulcain 2.0, perché l’ossigeno riscaldato nelle linee dei gas esausti, andrà a pressurizzare a sua volta il serbatoio dell’ossigeno. Il test finale di accensione di qualifica del Vulcain 2.1, è avvenuto nel luglio 2019 presso l’Orbital Propulsion Centre di ArianeGroup a Lampoldshausen, in Germania, e ha confermato il comportamento funzionale e meccanico di questo propulsore, mentre degli altri test combinati imminenti qualificheranno i sottosistemi di Ariane 6 a livello di stadi e di lanciatore.

Vinci: Il motore riaccendibile dello stadio superiore

Vinci è il primo endoreattore europeo dotato di un ciclo di espansione in grado di trasferire il calore generato dall’ugello all’idrogeno liquido destinato alla camera di combustione, per muovere la turbina della turbopompa di alimentazione, invece di ricorrere a una camera di combustione secondaria. Esso verrà certificato per eseguire fino a cinque riaccensioni (per complessivi 900 secondi di funzionamento) in modo tale da garantire il rilascio di più payload su differenti orbite e soprattutto di poter effettuare l’ultima accensione per deorbitare al termine della sua missione. Il suo ugello di scarico è costituito di tre segmenti realizzati in materiale ceramico, i quali lo rendono estendibile telescopicamente dopo la separazione dallo stadio centrale, in modo tale da ridurre il suo ingombro longitudinale da 4,2 a 2,3 metri durante le prime fasi di lancio, quando è ancora posizionato in cima allo stadio centrale.

I test di qualifica per Vinci sono stati completati nell’ottobre 2018, quando è stato provato per oltre 140 volte, con delle accensioni multiple in successione in condizioni prossime al vuoto e totalizzando più di 14 ore di funzionamento, per completare il suo processo di certificazione.

Vinci verrà integrato con lo stadio superiore dell’Ariane 6 al completo presso gli stabilimenti di ArianeGroup di Brema, in Germania. Quindi verrà trasportato presso il German Aerospace Center della DLR a Lampoldshausen, dove lo stadio superiore del nuovo vettore europeo verrà sottoposto ad una completa sequenza simulata di lancio all’interno della nuova struttura P5.2.

Fonti: ESA; Wikipedia