Se tutto va secondo i piani, un drago infuocato illuminerà il cielo sopra l'Atlantico prima, si spera, rinfrescarsi con un acquazzone l'8 marzo. La capsula SpaceX Dragon 2 è di enorme importanza per i voli spaziali in quanto è appena diventato il primo veicolo commerciale ad attraccare automaticamente con lo spazio internazionale Stazione (ISS), e mira a portare gli astronauti lì in pochi mesi. Ora affronta una delle parti più pericolose della sua missione:tornare sulla Terra in sicurezza.

L'ISS, e la capsula Dragon 2 ora agganciata, stanno attualmente orbitando a una velocità di 27, 600 km all'ora, circa 400 km sopra la superficie terrestre. Per dare a un oggetto in orbita un atterraggio sicuro, che è chiaramente particolarmente importante se si tratta di trasportare astronauti, questa enorme velocità deve essere ridotta approssimativamente a zero quando raggiunge la superficie terrestre.

Questo cambiamento di velocità verrà da una miscela di lancio di razzi, attrito, resistenza dell'aria, paracadute e infine acqua. Un aspetto cruciale per raggiungerlo è calcolare a quale angolo portare l'oggetto attraverso l'atmosfera. La velocità di qualsiasi oggetto in orbita è il prodotto di due componenti, uno in movimento verso il centro della Terra e l'altro nella direzione della sua orbita. Quindi, quando l'astronave rientra nell'atmosfera, il suo moto sarà una combinazione di questi.

Il primo passo per portare a casa Dragon 2 è rallentare la velocità orbitale della navicella spaziale. Ciò sarà ottenuto sparando razzi contro la direzione di marcia, l'inclinazione dell'angolo di movimento (vedi diagramma sotto) fino a quando non si immerge nelle regioni più dense dell'atmosfera. La variazione di velocità richiesta è infatti molto piccola:basta decelerare di circa un 60° della velocità della stazione. L'atmosfera terrestre poi farà il resto.

Ma l'angolo di ingresso nell'atmosfera è importante. Se è troppo ripido, la capsula subirà una decelerazione eccessiva. Se è troppo superficiale, non ci sarà abbastanza forza di resistenza per rallentare l'imbarcazione a sufficienza per l'atterraggio. È anche possibile finire per saltare la navicella spaziale lungo l'atmosfera, come sfiorare un sasso in uno stagno. Perciò, la navicella ha bisogno di viaggiare all'interno di una gamma ristretta di possibili angoli chiamata "corridoio d'ingresso".

Rischi enormi

Quando la capsula attraversa l'atmosfera, si farà strada attraverso un'aria sempre più densa. Questo provoca attrito intorno all'esterno del veicolo spaziale, riscaldandolo. Fondamentalmente, il processo fisico coinvolto è una conversione di energia da cinetica (movimento) a termica (calore). Le alte velocità di rientro producono anche un'onda d'urto davanti al veicolo spaziale che riscalda l'aria a migliaia di gradi. È simile al riscaldamento dell'aria in una pompa da bicicletta quando viene compressa. Il calore generato può essere superiore al punto di fusione dei metalli nella pelle del veicolo spaziale, quindi un buon isolante termico deve essere presente per proteggerlo.

La navicella spaziale Dragon utilizza un sistema di protezione termica a base di carbonio:uno strato di materiale ablativo che brucia, proteggere la navicella spaziale. L'importanza della schermatura termica è stata evidenziata durante l'incidente del Columbia Shuttle, in cui una piastrella è stata danneggiata al decollo, con conseguente disintegrazione della navetta al rientro e la morte dei membri dell'equipaggio.

Il calore generato dipenderà anche dall'angolo di entrata. Se l'angolo è troppo ripido, il calore generato dall'onda d'urto e dall'attrito nella parte anteriore della navicella supererà la schermatura, potenzialmente causando la rottura o l'esplosione del veicolo spaziale. Avendolo detto, se tutto va bene, si prevede che i materiali avanzati di schermatura termica utilizzati sul Dragon 2 resistano a centinaia di voli di rientro atmosferico.

La rapida decelerazione genera anche una forte forza g. Queste sono le forze che senti agire sul tuo corpo durante l'accelerazione, come sulle montagne russe. Un g è l'equivalente dell'attrazione della gravità terrestre. In un atterraggio Soyuz standard, gli astronauti sperimentano fino a circa 6 g. In uno degli atterraggi più estremi della Soyuz nel 2008, gli astronauti hanno sperimentato oltre 8g, con conseguente difficoltà respiratorie e compressione spinale per l'equipaggio.

Il corpo umano ha una tolleranza limitata alle forze g:la maggior parte delle persone sviene a un'accelerazione sostenuta di 7 g. Poiché il Dragon 2 è progettato per essere il primo veicolo spaziale commerciale per passeggeri, le forze di decelerazione e le tolleranze al calore devono essere dimostrabili entro limiti di sicurezza in questa prova.

Per testare questa sicurezza per i nuovi astronauti, il lancio di Dragon 2 ha un passeggero coraggioso. Ripley è un manichino seduto in uno dei sedili dell'equipaggio e prenderà dati come la temperatura interna, pressione e forze g sperimentate. Questo alla fine determinerà se il rientro è sicuro per gli umani.

Touchdown

Una volta che la decelerazione dovuta all'attrito ha rallentato sufficientemente la navicella spaziale, la velocità rimanente verrà ridotta con una combinazione di paracadute e un ammaraggio nell'Atlantico. Quando il Dragon 2 è pronto per l'equipaggio, la procedura di recupero sarà probabilmente simile alle missioni statunitensi degli anni '60 e '70. La capsula galleggerà nell'oceano e gli astronauti verranno poi prelevati dalla nave o dall'elicottero. Storicamente, questo tempo di attesa per l'equipaggio è stato compreso tra 30 e 90 minuti.

I progetti precedenti per il Dragon 2 includevano un atterraggio motorizzato, coinvolgendo il rallentamento con i razzi, simile ai recenti atterraggi di razzi Falcon pesanti. Ma questo è più costoso e può essere più pericoloso.

Mentre l'atterraggio più morbido in acqua ha i suoi vantaggi, un'alternativa è tornare a terra. Questo è l'approccio adottato dal CST-100 Starliner di Boeing, che utilizzerà una combinazione di paracadute e airbag per ridurre la sua velocità di atterraggio. Lo Starliner ha il suo primo volo di prova rendez-vous ISS previsto per il prossimo mese, anche senza equipaggio.

Come lo Starliner, le capsule Soyuz (in funzione dalla fine degli anni '60) tornano a terra. Ma usano piccoli razzi frenanti all'ultimo secondo possibile per attutire l'atterraggio, e sono i veicoli spaziali più longevi e di successo fino ad oggi.

L'atterraggio e il recupero del Dragon 2 rappresenteranno una pietra miliare cruciale nel volo spaziale commerciale. In caso di successo, sarà la prima volta che un'azienda privata farà volare in orbita un veicolo spaziale di categoria umana, attraccato con la ISS e lo ha riportato sano e salvo sulla Terra. Se riesce, effettuerà un secondo viaggio di prova a luglio con a bordo gli astronauti della NASA. Si spera che un tale risultato migliorerà notevolmente le nostre prospettive per un'ulteriore esplorazione umana dello spazio.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.