Cosa significa costruire un modello spaziale

Cominciamo dall'inizio

Motori per modelli spaziali

Accensione e lancio

Modelli in volo

Stabilità e forma

Modelli a più stadi

Dispositivi di recupero

Razzi a rientro veleggiato

Costruzione e volo di grandi modelli

Determinazione dell'altezza

Poligoni di lancio

Club e gare

CAPITOLO I
Cosa significa costruire un modello dl un razzo.

Il modellismo spaziale è un nuovo hobby derivato dall'aeromodellismo. È uno sport sicuro, tenuto in considerazione e praticato indifferentemente da adulti e ragazzi. Quantunque implichi diversi aspetti tecnici, esso ha a che fare in primo luogo con il problema della potenza dei motori.
I motori ad endoreazione sono conosciuti sin dai tempi antichi. Furono i cinesi a inventarli nel 1200 ma solo nel nostro secolo essi hanno avuto una grande diffusione, perché sotto la spinta di esigenze militari sono diventati una delle più terrificanti armi belliche. Il loro uso in questo senso cominciò quando i tedeschi costruirono, durante la seconda guerra mondiale, le famose V-2. Oggi i missili sono usati in vari campi: per fare segnali, per ottenere spettacolari effetti pirotecnici, per trasportare testate nucleari da un capo all'altro della terra, per lanciare strumenti scientifici nello spazio e per far arrivare gli uomini sulla luna.

E' opinione corrente che solo due tipi di persone - lo scienziato professionista e l'amatore - si interessino di missili; ma dopo l'inizio dell'era spaziale, avvenuto nel 1957, ad essi se ne è affiancato un terzo: il modellista.
Fra questi tre tipi esistono differenze sostanziali.
Il professionista è uno scienziato o ingegnere specializzato ed esperto che progetta, costruisce e sperimenta missili e motori, traendo da tutto ciò un guadagno. Ha frequentato per molti anni l'Università e si è formato una solida esperienza, lavorando con apparecchiature complesse e raffinate che costano miliardi. Prima del 1957 la maggior parte di questi professionisti era considerata pazza, e i fondi messi a loro disposizione per lavorare erano scarsi; ma da allora i tempi sono cambiati.

L'amatore è una persona singolare. Anche lui si interessa di missili, ma senza trarne guadagno. Si prepara da solo i propellenti, si costruisce da solo i motori e cerca di far volare missili di dimensioni notevoli, costruiti con materiale metallico. In poche parole egli cerca di fare ciò che fa il professionista, per quanto gli manchino pratica ed esperienza. La sua è un'attività pericolosa: la NAR - National Association of Rocketry ha stimato che l'amatore ha una probabilità su sette di restare ferito, menomato o ucciso durante i suoi esperimenti. L'elenco degli incidenti è spaventosamente lungo.
Quasi tutti gli incidenti di cui si ha notizia (ad eccezione di pochissimi capitati a professionisti) traggono la loro origine dal fatto che un amatore o una persona poco esperta, trascinata dall'entusiasmo, si stava preparando da solo il combustibile o faceva volare ordigni metallici, magari con motori fatti in casa. E' accertato, e molto ben documentato, che moltissimi ragazzi sono stati uccisi o feriti da motori costruiti da sé riempiendo a mo' di combustibile, con capocchie di fiammiferi, bombole vuote di anidride carbonica. Il fatto è che quasi tutti gli amatori non si rendono conto del tremendo rischio che la loro attività comporta, e si ostinano a fare cose che dovrebbe invece fare solo il professionista, e per di più dopo aver preso le dovute misure di sicurezza. Il loro passatempo è pericoloso, con elevate probabilità d'incidenti e con poche possibilità d'imparare qualcosa.

Negli Stati Uniti d'America ci sono meno di cento amatori che ottengono effettivamente risultati positivi; gli altri, per lo più, sono gente che si illude e perde il proprio tempo. Se siete amatori cercate di leggere per intero questo libro, se volete imparare a costruire un modello nella maniera più sicura.
Il modellista vero e proprio è uno che coltiva un hobby; progetta, costruisce e fa volare piccoli modelli fatti di carta, plastica, legno di balsa e altri materiali non metallici. Si serve di motori che trova in commercio, evitando le azioni pericolose tipiche dell'amatore; non maneggia reagenti chimici; lancia i suoi modelli servendosi di un sistema di accensione elettrico e, grazie ad un sistema di recupero in essi inserito, li fa tornare a terra dolcemente, senza danno, per essere cosi in grado di farli volare più volte. Tutto ciò che gli serve è una distesa di terreno sufficiente per far volare l'aeromodello, senza bisogno alcuno di casematte, di bunker e di precauzioni eccezionali.
Questo hobby è privo di pericoli. La sua eccezionale sicurezza è documentata dal fatto che dalla metà del 1965 (in America) sono stati fatti volare oltre tre milioni di modelli senza che si abbia avuto notizia di danni a cose o persone, per il semplice motivo che si era fatto un uso appropriato di tutta l'apparecchiatura necessaria.

Fig. 1. Nell'era spaziale non poteva mancare l'hobby di costruire modelli spaziali; un'attività interessante e particolarmente istruttiva per appassionati di tutte le età. Quì un modello è appena partito vicino a Denver, Colorado.

Non risulta chiaro, a prima vista, come si possa apprendere qualcosa in questo campo usando motori già preparati; ma la cosa può diventare chiara se si pensa che la missilistica non è solo questione di motori e di propulsione. Se foste interessati ad approfondire le vostre conoscenze sull'aviazione, sarebbe sciocco cercare di costruire un aeroplano tutto intero, motore compreso, partendo da zero. Sarebbe meglio costruire solo l'aeromodello e comprare il motore necessario, ed essere cosi sicuri dì avere un motore che è in grado di funzionare, e un aeroplano che può volare se la sua costruzione è stata coscienziosa. La stessa cosa vale nel nostro caso. Servendosi in maniera appropriata di un motore acquistato e costruendo solo il razzo, si può imparare molto sulla spinta, la durata, l'impulso totale, la configurazione del combustibile sinterizzato, la caratteristica spinta-tempo e su tanti altri argomenti. Una volta nell'aria e lontano dalla superficie terrestre, il modello è un corpo libero nello spazio e il suo comportamento è perciò abbastanza differente da quello che ci si potrebbe aspettare se fosse vincolato a terra su ruote o pattini.
In questo hobby non vale la pena di preoccuparsi del motore, perché è possibile trovarlo già pronto: il suo funzionamento è sempre perfetto, se lo si usa in maniera adeguata. Allora si può cominciare a saperne di più,su alcuni aspetti affascinanti di aerodinamica, ottica, ingegneria, matematica, dinamica, elettronica, meccanica e una quantità di altre scienze tipiche dell'era spaziale. È possibile costruire un modello spaziale con i comuni materiali usati nella costruzione di aeroplani, auto e navi in piccola scala. Chi sa incollare due pezzi di legno è in grado di costruirsene uno. È insensato realizzarlo in metallo, quando è possibile servirsi semplicemente di carta e legno, o spendere denaro per comprare il necessario per una saldatura se, con un po' di collante, è possibile cavarsela ugualmente.

Fig. 2. I modelli spaziali, realizzati con carta o legno di balsa, sono la moderna versione dell'aeromodellismo. La foto ritrae alcuni partecipanti al IV Campionato nazionale americano per costruttori di modelli spaziali, organizzato dall'Accademia delle Forze Aeree degli Stati Uniti d'America: (da sinistra a destra) Greg McBride, Jim Rhue, Charles S. Hans e Tom Rhue.

Nel 1959 l'autore ha realizzato un modello che può essere costruito in mezz'ora servendosi di un coltellino tascabile, di un tubetto di colla e un po' di plastica trasparente: È il famoso Dirty Bird III. Il prototipo, dopo centinaia di voli, è ancora in grado di funzionare, è quasi indistruttibile e può raggiungere un'altezza di 120 m.
A parte la facilità di costruzione, quali sono le altre ragioni per non usare materiali metallici? Come i loro a grandi fratelli di Cape Kennedy, anche ì modelli sono caratterizzati da leggerezza e da alta resistenza: questi due fattori sono fondamentali nel progetto di qualunque oggetto volante. Ebbene, carta e balsa hanno ì requisiti adatti e possono essere usati perché i motori sviluppano calore solo nella direzione dei gas di scarico: subito dopo il funzionamento è possibile toccarli, perché l'involucro esterno di carta è solo leggermente surriscaldato.

Fig. 3. Il "Dirty Bird III" è un modello adatto ai principianti perché di facilissima costruzione: dall'epoca del suo progetto - 1957 - è stato realizzato in svariati esemplari da giovani ed adulti.

Per di più i materiali non metallici sono più sicuri qualora dovesse capitare qualcosa durante il volo del modello: bisogna che non succeda niente di grave se per caso il modello dovesse urtare contro qualcosa. Sono stati fatti esperimenti puntando un modello contro una lastra di vetro e l'unico risultato ottenuto è stato quello di distruggerlo completamente! La leggerezza significa anche che un modello non è pericoloso nemmeno se cade su qualcosa.

Esistono inoltre ragioni precise per installare un dispositivo di recupero. Difatti è preferibile che il modello ritorni a terra senza subire danni, in modo che possa volare di nuovo. Tali dispositivi si montano facilmente e costituiscono un'altra ragione di sicurezza.
Perché costruire modelli cosi piccoli e non farli invece più grandi in maniera che siano in grado di trasportare qualcosa? Il motivo sta nel fatto che cosi facendo si spende di meno, la lavorazione è più semplice e il volo più sicuro. In genere non si usano motori di potenza eccessiva perché, se si scopre che è possibile servirsi di una forza limitata, allora questo hobby acquista all'improvviso un fascino insospettato. Il vero modellista cerca, con un progetto e una esecuzione adeguati, di sfruttare l'energia che ha a disposizione nel miglior modo possibile. Come i professionisti, anche i dilettanti sono in grado di far alzare oggetti di vario tipo come cineprese, trasmittenti radio e perfino uova fresche: a questo scopo si ingegnano nelle maniere più svariate per venire incontro alle proprie esigenze.
La ragione per cui i modelli non raggiungono altezze decisamente elevate è semplice. Prima di tutto c'è il rischio che non siano più visibili a occhio nudo e si rendano quindi necessarie attrezzature di ricerca e una vasta estensione di terreno. I piccoli modelli non sono più visibili a 300-400 m di altezza, i più grandi a 750 m. Del resto l'altezza non è il solo scopo che il modellista si prefigge: egli si preoccupa di ottenere un volo regolare e il miglior risultato possibile dalla potenza che ha a disposizione, con la mentalità tipica dell'ingegnere.

Abbiamo già avuto modo di parlare dell'eccezionale livello di sicurezza raggiunto in questo hobby che è comparabile a quello rinvenibile oggi nell'aeromodellismo, nel go-kart, nel baseball e nel canottaggio. Tale livello è stato possibile perché gli appassionati si servono di motori in commercio e osservano ragionevoli criteri di sicurezza.
Quasi tutte le attività umane comportano un certo rischio, anche se a volte non ce se ne rende conto; ogni giorno, per sopravvivere, ci sottomettiamo inconsciamente a una serie di regole. Cosi non andiamo in giro infilando spilli nelle prese della corrente elettrica e prima di attraversare la strada guardiamo da tutte e due le parti; non ci è permesso guidare una macchina, sparare con un cannone o pilotare un aeroplano senza conoscere e capire le norme di sicurezza.
Parimenti, anche il nostro hobby è sicuro nella misura in cui si seguono le regole di sicurezza - senza trucchi! - Se non seguirete tali regole in ogni luogo e circostanza, andrete incontro prima o poi a degli incidenti. Per la vostra incolumità e per il benessere comune, non pensate quindi di dedicarvi a questa attività se non siete disposti a seguire sempre tutte le norme di sicurezza.

Fig. 4. Volo tipico di un modello a un solo stadio, con dispositivo di recupero a paracadute.

L'Associazione americana di missilistica ha messo insieme una serie completa di tali norme nel Codice di sicurezza che è stato redatto sull'esempio del Codice adottato dai professionisti; esso ha subito continue evoluzioni dal 1957 in poi e nella sua forma attuale è perfetto. Il nostro consiglio è di prenderne visione e di seguirlo. Chi non lo rispetta va in cerca di guai.
A mano a mano che ci si addentra in questa materia, ci si rende conto di stare studiando una larga varietà di argomenti, se si vuol capire il comportamento del modello. Si ha la netta sensazione di fare qualcosa di interessante e si prova tutto il divertimento di far parte dell'era spaziale, quando si cerca di riprodurre in miniatura quasi tutto ciò che si fa a Cape Kennedy. Si è arrivati a lanciare modelli da silos - come il grande ICBM -, da sott'acqua, ad imitazione dei Polaris, o da palloni frenati.

Figg. 5-6. Molti modellisti esperti si dilettano a dare alle loro creazioni forme varie e raffinate; il loro sforzo non va sprecato in quanto i loro modelli possono essere recuperati dopo ogni volo. A sinistra vediamo Joe Wald, 17 anni, di Denver (Colorado), mentre sistema sull'asta di lancio il suo modello a due stadi "Nike Asp"; a destra vediamo Paul Hans, 16 anni, di Manhasset, New York, che mostra il suo modello del "Mercury Little Joe", della NASA.

Costruendo il modello in scala di un missile vero, ci si rende conto della ragione che ha suggerito ai progettisti di costruirlo proprio in quel modo e si comincia ad apprezzare il problema che hanno dovuto affrontare. A questo livello un modellista parla lo stesso linguaggio di un professionista. Possono discutere insieme di impulso specifico, cineprese balistiche, metodi di lancio, prove statiche, paracadute di recupero, stabilità alla rotazione, rapporto spinta-peso, e centinaia di altri argomenti.
Questo é il motivo per cui costruire un modello significa costruire un missile in miniatura ed interessarsi di molti problemi affascinanti, oltre al sistema di propulsione.

CODICE DI SICUREZZA

Riportiamo qui per i nostri lettori il testo del " Codice di sicurezza " dell'Associazione americana di missilistica.

Sono un modellista spaziale e non mi dedico a nessun altro genere di missilistica non professionale. Come membro dell'Associazione americana di missilistica, è mia responsabilità mantenere una linea di condotta non pericolosa. Poiché là mia parola d'ordine è sicurezza, sono pronto ad obbedire al seguente Codice di sicurezza:

1. Userò solo motori in commercio che non richiedono da parte mia di dover maneggiare e mescolare reagenti chimici.
2. Costruirò i miei modelli in carta, legno, plastica, e altri materiali non metallici.
3. Userò sempre un dispositivo di recupero, affinché i miei modelli tornino a terra in condizioni tali da poter volare più volte.
4. I miei modelli peseranno meno di 500 g e conterranno nel motore meno di 100 g di combustibile.
5. I miei modelli non conterranno testate esplosive.
6. Farò volare i miei modelli all'aria aperta, lontano da costruzioni e linee elettriche.
7. Proverò la stabilità dei miei modelli prima di farli volare, in modo da poter prevedere la loro linea di volo.
8. Farò uso di un dispositivo elettrico che mi consenta di accendere il motore operando da lontano.
9. Farò uso di un dispositivo di lancio inclinato di 30 gradi sulla verticale.
10. I miei modelli non funzioneranno mai come armi per colpire bersagli.
11. Farò volare i miei modelli solo in condizioni di tempo buono.
12. Sono consapevole che i miei modelli non devono costituire un pericolo per tutti gli altri corpi con i quali spartiscono gli spazi aerei.

Fig. 7. Le forze aeree degli USA si sono ufficialmente interessate del modellismo spaziale fin dal 1961, e oggi ci sono molti modellisti di successo tra gli appartenenti alle forze armate. Tra i vincitori del IV campionato nazionale di modellismo spaziale, svoltosi all'Accademia delle Forze Aeree, ci sono: (da sinistra a destra) il Cap. David Barr; il Cap Bryant Thompson; il Mag. Gen. Robert H. Warren, soprintendente all'Accademia e il Cap. David Bell.