Ci permettono di esplorare lo spazio, lanciare satelliti in orbita o semplicemente di studiare il nostro pianeta: sono i razzi, una delle più grandi meraviglie dell’ingegneria.
Io sono G.C.P e dopo una troppo lunga assenza, torno con la rubrica di scienza e tecnologia.
Come funzionano i razzi: le generalità.
I razzi, per come li intendiamo nella loro accezione usata comunemente, sono velivoli in grado di generare grandi quantità di spinta sfruttando la terza legge di Newton (terzo principio della dinamica): ad ogni forza ne corrisponde una uguale o contraria. L’espulsione di gas dall’ugello del razzo, ovvero il caratteristico cono nero rovesciato, in una direzione genera una spinta nella direzione opposta.
Il secondo grande principio che i razzi sfruttano per spingersi verso lo spazio è la quantità di moto: prodotto tra la massa di un corpo e la sua velocità (M = mv). Mi spiego meglio: se una macchina e un ghepardo andassero alla stessa velocità, la macchina sarebbe molto più difficile da fermare rispetto al ghepardo proprio per la sua maggiore massa, e quindi diversa quantità di moto. Per massimizzare la spinta di un razzo, la quantità di moto del carburante in uscita deve essere uguale alla quantità di moto del razzo spinto da esso.Plot twist: fino ad ora abbiamo usato la parola razzo in modo non corretto. Il razzo è solo la parte del motore che produce la spinta. Quelli che chiamiamo comunemente razzi in realtà, sono detti: lanciatori o vettori. Esistono vari tipi di razzo per muovere uno stesso vettore, vediamo quali e quando si usano.
I principali tipi di motori razzo, quale è il migliore?
Per spingere i razzi vettore fino allo spazio serve una grande quantità di moto, qui entra in gioco il primo tipo di motori razzo: il motore chimico. Cosa meglio di un gas caldo e sparato ad altissime velocità potrebbe produrre spinta? Nel motore chimico avviene la reazione tra un combustibile, che può essere kerosene, metano o idrogeno e l'ossigeno. I due reagenti vengono scaldati e accelerati per produrre un gas ad altissima energia cinetica che poi riuscirà ad altissima velocità dell'ugello. Di questo tipo di propulsione abbiamo due ulteriori differenziazioni: propulsori chimici liquidi e solidi. Il principale vantaggio dei propulsori solidi è la loro maggiore energia per unità di densità, perciò possono generare una spinta più potente.I propulsori solidi infatti sono usati maggiormente nei primi stadi del razzo. Il grande svantaggio di questo tipo di propulsione è che una volta innescata la reazione, non la possiamo più fermare, rendendo il modulo del razzo incontrollabile. I propellenti liquidi, invece, possono essere controllati e la reazione può essere in qualsiasi momento interrotta. Peccato che questi ultimi, per essere efficienti, abbiano bisogno di grande spazio per i serbatoi di contenimento del combustibile, riempiendo molto spazio del razzo.
In alternativa alla propulsione chimica esiste la propulsione elettrica: il guadagno di quantità di moto grazie alla propulsione di ioni (atomi con un difetto o un eccesso di elettroni) che “scappano” dall’ugello. Questo tipo di propulsione può essere solo usata per la navigazione spaziale perché producendo una spinta molto bassa non sarebbe capace di sollevarsi da terra. La propulsione elettrica è l’ideale per le missioni dove l'obiettivo non è la velocità. La propulsione elettrica ha un funzionamento molto complesso che mi piacerebbe approfondire in un futuro articolo.
Come penso abbiate intuito, ogni propulsione ha una sua specifica funzione, e nessuna è “meglio” dell’altra: tutte compongono i razzi vettore che ci portano a toccare le stelle.
Per questo articolo, un po' più corto, è tutto. Un ritorno un po’ più soft e spero interessante per qualcuno. Noi ci vediamo l'anno prossimo con magari qualche articolo in più.
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