La propulsione a razzo 1
Scritto da Patrizio C. Casiraghi Lunedì 04 Maggio 2009
Muoversi sulla Terra è abbastanza semplice, basta allungare un passo e via. Per andare più veloce al movimento della nostra gamba si abbina quello della ruota ed abbiamo la bicicletta. Se poi alla ruota abbiniamo un motore a scoppio ci si muove ancora più alla svelta.
Per muoversi in cielo occorrono invece delle ali.
L’aria che scivola intorno a loro genera una forza chiamata portanza che si oppone alla forza di gravità. Per far scivolare l’aria sotto le ali occorre un propulsore che le muova. Però, a mano a mano che saliamo l’aria diventa sempre più rarefatta e si raggiunge una quota dove, per quanto ci si muova velocemente, l’aria non è più sufficiente a sostenerci e ad alimentare il nostro motore, quindi si cade. Questa quota è posta a circa 80 kilometri sopra di noi ed è considerata l’inizio del vuoto spaziale.
Che nello spazio ci fosse il vuoto era noto agli astronomi del diciannovesimo secolo. Anche Jules Verne lo sapeva, infatti quando scrisse il suo romanzo “Dalla Terra alla Luna” si pose il problema di come fare a volare nel vuoto. Tutti i mezzi di locomozione allora in uso non erano inidonei, poi ebbe l’intuizione di sparare un proiettile verso la Luna, bastava fornirgli la velocità sufficiente. A quei tempi c’era già una forma di propulsione idonea al volo spaziale, ma Verne non la tenne in considerazione. Fu invece il russo Konstantin Tziolkovskij a pensare che la propulsione a razzo fosse la propulsione ideale.
Era l’applicazione diretta del terzo principio della dinamica, il principio della conservazione della quantità di moto o principio di azione e reazione. Tziolkvskij ebbe la conferma del principio guardando dei ragazzini che saltavano da una carrozza abbandonata in un parco. Quando un ragazzino saliva sulla carrozza e si lanciava a terra da dietro, la carrozza si muoveva in avanti. Il contrario se un ragazzino si lanciava davanti, la carrozza si muoveva all’indietro. Tziolkovskij però doveva combattere con i pregiudizi degli scienziati del suo tempo che sostenevano che senza un punto d’appoggio, ogni movimento era impossibile. Per loro l’elica di una nave non spostava l’acqua dal davanti verso l’indietro, ma “trivellava” l’acqua e spingendo sulla stessa muoveva l’imbarcazione. Tziolkovskij però non si fece scoraggiare e produsse molti saggi sull’uso della propulsione a razzo nello spazio, meglio se alimentata da combustibili liquidi. I razzi a combustibile solido che allora venivano utilizzati non erano idonei, perché utilizzavano l’aria ambientale come comburente. Tziolkovskij comprese che nello spazio ci si doveva portare appresso combustibile e comburente e che la forma liquida era quella meglio gestibile. Come lui, l’americano Robert Goddard la pensava allo stesso modo. Anche lui schernito dal mondo scientifico, si prese la sua rivincita quando riuscì ad accendere un suo prototipo di razzo a combustibili liquidi in una macchina a vuoto spinto, dimostrando inequivocabilmente che la propulsione a razzo funzionava anche nel vuoto.
Lo sviluppo della propulsione a razzo per il volo fu lento. Il principio che ne è alla base e semplice. In un involucro mettiamo una miscela combustibile e l’attiviamo. Questa produce gas ad alta temperatura e pressione che cercano una via d’uscita. Ai lati vi sono le pareti che oppongono resistenza e fanno rimbalzare i gas; questi però spingono sulla testa dell’involucro e non essendovi una struttura in posizione opposta a compensare, scaricano la loro energia sulla testa spingendola mentre gli stessi gas se ne escono dalla direzione opposta attraverso l’apertura, denominata ugello di scarico. Se poi si crea una strozzatura prima dell’ugello di scarico, la pressione nel cilindro aumenta e con essa la spinta sulla testa.
Questo è lo stesso principio che è alla base del moto in un’arma da fuoco o nel cilindro di un motore a scoppio, solo che in questi casi si usa l’energia diretta dei gas in uscita per spingere il fondello di un proiettile o la testa del pistone. La propulsione a razzo insomma sfrutta quello che nelle armi da fuoco è denominato il rinculo.
