Sicuramente il motore è uno degli elementi che attraggono di più l'attenzione quando si parla di modelli spaziali. La prima domanda che tutti fanno quando vedono un modello per la prima volta è "Ma con cosa sono spinti? Cosa li manda su?". E' naturale che il motore affascini, anche se non bisogna puntare l'attenzione solo su di esso. Il motore è solo il mezzo che permette al veicolo (il modello, appunto) di salire. In altre parti di questo sito spieghiamo quanto sia più facile mandare in quota un modello che recuperarlo, e quanto siano importanti la costruzione e la progettazione corrette. Tuttavia per chi si dedica a questo hobby la conoscenza approfondita della propulsione è un requisito fondamentale.

Il motore a endoreazione sembra un dispositivo semplice perchè non ha parti in movimento e quindi si può pensare che sia facile costruirne da sè. La realtà invece è molto diversa. La realizzazione di un motore per questo tipo di modelli richiede una profonda conoscenza specifica sull'argomento, oltre ad esperienza in chimica, fisica e termodinamica. Servono attrezzature costose poste in luoghi idonei, e occore fare molti test e investire molto denaro prima di ottenere dei risultati che nel migliore dei casi sono inferiori a quelli di un motore commerciale da un paio di Euro, e senza avere la stessa ripetibilità. Non è un caso che nel mondo esistano non più di cinque o sei aziende specializzate in questo settore, e che i motori più potenti siano realizzati da aziende che lavorano nel settore aerospaziale.
Queste affermazioni sono confermate dal fatto che da 50 anni vengono prodotti ed usati milioni di motori commerciali senza alcun incidente degno di nota, mentre la quantità di persone che ottengono dei risultati accettabili costruendo da sé dei motori è talmente esigua da confermare in pieno la regola.

Il modellismo spaziale è per definizione un hobby che utilizza motori commerciali, come del resto fanno le grandi Agenzie spaziali nel mondo (NASA, ESA) che si affidano ad aziende specializzate (Thiokol, Rocketdyne, SNP, etc.). E' grazie a questa caratteristica che il nostro hobby ha potuto espandersi in tutto il mondo senza problemi e in tutta sicurezza.

In questa pagina diamo le informazioni generali sui motori utilizzati in modellismo spaziale. Per le informazioni dettagliate sulle caratteristiche e funzionamento dei vari tipi di motori utilizzate le voci del menu a lato.

Il motore ad endoreazione, funziona sfruttando la terza legge di Newton, ovvero espellendo gas da una estremità si ottiene una spinta diretta in senso opposto di intensità proporzionale alla velocità ed alla massa di gas espulsi. I gas sono prodotti dalla combustione rapida di un combustibile che nei motori veri può essere allo stato solido o liquido, mentre nel modellismo spaziale è pressochè sempre solido a parte una eccezione che vediamo oltre.

Per ottenere una spinta utile i gas devono raggiungere velocità supersoniche passando attraverso una strozzatura (ugello) di forma opportuna e variabile a seconda delle caratteristiche del combustibile.

I motori per modellismo spaziale possono essere divisi in due categorie in base al tipo di combustibile che utilizzano:

Sono i più usati e tradizionali. Sono costituiti da un involucro contenente il carburante e spesso anche il sistema di espulsione del paracadute. Possono essere ad uso singolo (usa-e-getta) oppure ricaricabili. Le dimensioni sono standard e ad esse si attengono tutti i produttori.

Si dividono in due famiglie:

Tradizionali - Sono i motori più comuni ed economici. Sono tutti usa-e-getta e di uso semplicissimo e sono i più adatti per chi è agli inizi.  Il maggiore produttore mondiale è la Estes. Altre marche sono Quest ed una marca europea, la SF/Weco. Le misure standard sono 13 x 45mm, 18 x 70mm, 24 x 70mm e 24 x 95mm. Nei Paesi Est-Europei si producono piccole quantità di motori di questo tipo ma per lo più si tratta di motori di bassa potenza adatti per gare, con dimensioni fuori standard, che vengono venduti dagli stessi fabbricanti sul campo di gara.
Vedi Motori a uso singolo

Compositi - Utilizzano un combustibile derivato da quello usato nei vettori spaziali, costituito essenzialmente da gomma con alcuni additivi. Sono estremamente sicuri in quanto particolarmente inerti. Sono i motori più potenti, la classe va da D a N, e sono più costosi dei precedenti. Esistono sia in versione usa-e-getta, che in versione ricaricabile. Questi ultimi non richiedono di mescolare sostanze particolari, solo di utilizzare dei semplici kit di ricarica che contengono blocchi di combustibile già pronto all'uso. Il loro uso è abbastanza semplice ma richiede alcuni accorgimenti dettati dall'esperienza. Questi motori sono adatti per i modellisti più esperti, e per i modelli di grandi dimensioni. Il maggiore produttore mondiale è RCS/Aerotech. Altre marche importanti sono Cesaroni ed AMW. I diametri standard sono 18mm, 24mm, 29mm, 38mm, 54mm, 75mm, 98mm. Le lunghezze sono molto variabili e dipendono dalla potenza del motore. Vedi Motori ad uso singolo e Motori ricaricabili.

E' un motore che utilizza un combustibile solido ed un ossidante liquido. Sono costituiti da un serbatoio che contiene l'ossidante (protossido d'azoto, un gas che liquefa a temperatura ambiente se posto sotto pressione) e da una camera di combustione che contiene un blocco di plastica o altro materiale combustibile. Sono stati sviluppati inizialmente per l'industria aerospaziale (veicoli con scopi scientifici) e da qualche anno stanno imponendosi anche per le applicazioni modellistiche. I diametri sono i soliti standard, dai 29 ai 98 mm.
I produttori sono Hypertek, RATTWorks, Propulsion Polymers, SkyRipper, WestCoastHybrids. Vedi Motori ibridi

Come per qualsiasi tipo di motore, per definire le caratteristiche e la potenza dei motori per i nostri modelli si utilizza una serie di parametri caratteristici:

Spinta media (average thrust) - Tra tutti è il parametro che fornisce l'idea più immediata delle capacità di un motore, anche se deve essere valutato con molta attenzione. La spinta media viene misurata in Newton ed è il valore medio di spinta del motore lungo tutta la durata della sua combustione. Tipicamente la spinta di un motore raggiunge un picco iniziale, scende ad un valore medio che resta più o meno costante fino quasi al termine dellla combustione e scende ancora più o meno gradualmente poco prima di cessare.(vìedi curva di spinta). La spinta media è indicata nel codice di classificazione di ogni motore.

Tempo di combustione (burn time) - Molto semplicemente è il tempo di funzionamento del motore. La sua lunghezza va da pochi decimi di secondo ad alcuni secondi. Un tempo di combustione di 2-3 secondi è già considerato lungo ma esistono anche motori con durate superiori a 5 secondi. Il tempo di combustione si ricava dalla curva di spinta fornita nelle istruzioni di ogni motore.

Impulso totale (Total impulse - It oppure Itot) - L'impulso totale indica la "quantità di energia" che un dato motore è in grado di sviluppare. E' il prodotto della spinta media per il tempo di combustione:

I_tot = S_m* t

E' un parametro di grande importanza perchè indica la classe di potenza del motore, un pò come fosse la "cilindrata". La classificazione standard dei motori prevede infatti proprio una suddivisione in classi di impulso totale.

Ai fini pratici è fondamentale conoscere l'impulso totale del motore anche per capire le prestazioni che può dare. Per esempio un motore con spinta media di 40 N e tempo di combustione di 4 secondi ha lo stesso impulso totale (160 Ns) di un motore da 80 N di spinta media e 2 secondi di durata, ma evidentemente i due motori avranno comportamenti e capacità ben diverse. L'impulso totale è indicato nella sigla di indentificazione di ogni motore e sulle istruzioni dello stesso con una lettera (vedi oltre).

Curva di spinta (Thrust curve) - La curva di spinta, o curva spinta-tempo, descrive l'andamento della spinta durante il tempo di funzionamento del motore. è un grafico che si ottiene dalle prove statiche e che riporta la spinta in Newton o libbre sull'asse Y e il tempo in secondi sull'asse X. Le curve di spinta si trovano nelle confezioni di ogni motore ma è anche possibile scaricarle dal sito Thrustcurve

E' molto importante conoscere la curva di spinta di un motore perchè fornisce una indicazione più precisa sul suo funzionamento, indica la spinta massima, e la distribuzione della spinta nel tempo. Non è detto infatti che due motori con spinta media ed impulso totale uguali abbiano la stessa curva di spinta. Questa può essere anche molto diversa a seconda del tipo di combustibile utilizzato e dalla sua geometria (vedi oltre)

Ritardo (delay) - è un parametro che non rientra nel funzionamento del motore, ovvero nella generazione della spinta, ma è di estrema importanza. Il ritardo è espresso in secondi ed indica il tempo che intercorre tra il termine della combustione (ovvero della spinta) e l'espulsione del paracadute. E' realizzato con una sostanza combustibile che brucia lentamente per il tempo indicato sul motore stesso e va scelto con attenzione in base alle caratteristiche (dimensioni, peso) del modello. Il ritardo è incluso in tutti i motori di piccole dimensioni a combustibile tradizionale esclusi quelli per i primi stadi, e in quasi tutti i motori di maggiori dimensioni. Gli unici motori che non possiedono alcun ritardo sono i motori ibridi.

Impulso specifico (Isp) - E' un parametro che nel caso di propellenti solidi appartiene al combustibile più che al motore. Indica la quantità di energia sviluppata per unità di massa. In sostanza indica quanti Newton-secondo vengono sviluppati da ogni kg di combustibile. Si misura in Newton-secondi/Kg, o, semplificando, in secondi.

Ai fini pratici non è necessario conoscere l'impulso specifico per la scelta del motore ma è utile avere un'idea del suo valore per rendersi conto con che tipo di combustibile si ha a che fare. Per dare un ordine di grandezza, i propellenti dei motori tipo Estes (tradizionali) hanno un Isp di circa 80 secondi, i propellenti compositi dei motori tipo Aerotech hanno un Isp di circa 180-210 secondi. Per confronto, i motori a idrogeno ed ossigeno liquidi dello Shuttle hanno un Isp attorno ai 450 secondi.

Geometria - Ferme restando la composizione di combustibile e la forma dell'ugello, l'impulso totale di un motore solido è direttamente in funzione della massa del combustibile stesso. Il modo in cui questa energia viene sviluppata, ovvero la curva di spinta, può essere variato modificando la forma del combustibile ottenendo quindi una maggiore o minore area di combustione. In campo professionale esistono moltissime forme possibili, mentre i motori per applicazioni amatoriali utilizzano alcune forme che sono il miglior compromesso tra quelle ottimali per queste dimensioni e le più pratiche da realizzare industrialmente.

I motori tipo Estes hanno una geometria detta "a sigaretta" (end burning), ovvero il combustibile inizia a bruciare ad una estremità e prosegue la combustione per tutta la lunghezza finchè non è terminato. Questi motori di solito hanno un piccolo scavo all'estremità del combustibile per incrementare la superficie di combustione e generare una spinta maggiore all'inizio della combustione. Maggiori informazioni le trovate su Motori uso singolo

Sezione di un motore "tipo Estes"

I motori a combustibile composito non utilizzano questa semplice geometria perchè la spinta sarebbe molto bassa. Esistono alcune eccezioni di motori compositi tipo "end burning" che sono caratterizzati da spinte molto limitate e durate lunghe, e vengono utilizzati per lo più negli alianti. Le geometrie più utilizzate sono quella detta "C-slot" o "Moonburner" e quella detta "BATES".

Informazioni dettagliate si trovano su Motori ricaricabili

Spaccato di un motore composito ad uso singolo

I motori sono classificati in base al loro impulso totale e alla spinta media che forniscono. Per indicare in modo semplice e conciso questi valori, fino dai primi anni 60 è stato ideato un codice chè è diventato lo standard adottato in tutto il mondo.

Ogni motore è identificato da un codice composto da lettera - numero - numero:

Esempio: D12-3

Tabella classi di impulso totale

Come si vede ad ogni lettera corrisponde un campo di valori di impulso totale, ed ogni lettera rappresenta un campo di valori doppio rispetto alla lettera precedente. Per definizione la lettera indica solo un campo di valori, senza avere la pretesa di indicare il valore specifico di quel dato motore. Per conoscere l'esatto valore dell'impulso totale di un motore bisogna leggere le specifiche indicate dal produttore sul foglio di istruzioni.

1) Alcuni produttori usano indicare l'impulso totale prima della lettera. In questo caso il codice diventa simile a questo:

133G60-12

dove il valore 133 rappresenta l'impulso totale in Newton-secondi ed il resto del codice è quello standard.

2) Alcuni motori High Power non riportano il tempo di ritardo in secondi ma lo definiscono con una lettera che indica il tempo approssimativo, secondo questo schema:

B6-4: Motore con Impulso totale compreso tra 2,5 e 5 Ns, spinta media di 6 N e tempo di ritardo di 4 secondi.

D12-0: Motore con Impulso totale compreso tra 10 e 20 Ns, spinta media di 12 N, senza ritardo ne' carica di espulsione (booster per primi stadi)

F40-7: Motore con Impulso totale compreso tra 40 e 80 Ns, spinta media di 40 N e ritardo di 7 secondi.

E9-P: motore con Impulso totale compreso tra 20 e 40 Ns, spinta media di 9 N e adatto per alianti a razzo.

I211-M: Motore con Impulso totale compreso tra 320 e 640 Ns, spinta media di 211 N e ritardo di circa 10 secondi.

Nel corso degli anni le dimensioni dei motori si sono standardizzate. I primi motori prodotti negli anni 60 utilizzavano un contenitore del diametro di 18mm più per caso che per scelta. Questa dimensione è rimasta l'unico standard per un lungo periodo. In seguito sono state sviluppate altre dimensioni ed oggi le dimensioni standard sono:

*BP = motori a combustibile tradizionale
**COMP = motori compositi

La lunghezza dei motori superiori ai 24mm di diametro è variabile. In particolare i motori ricaricabili High Power hanno lunghezze diverse secondo la loro potenza.