1. Resistenza atmosferica
Quando un veicolo spaziale entra nell'atmosfera terrestre, incontra la resistenza, che è una forza che si oppone al suo movimento. Questo attrito tra la superficie del veicolo e le molecole d'aria fa rallentare il veicolo spaziale.
Il calore generato dall'attrito con le molecole dell'aria aumenta la temperatura sia del rivestimento esterno della navicella che dell'aria circostante. Questo calore è chiamato riscaldamento aerotermico.
2. Onde di pressione e d'urto
L’elevata velocità con cui un veicolo spaziale rientra nell’atmosfera provoca la compressione dell’aria davanti ad esso, con conseguente aumento della pressione. Ciò genera un'onda d'urto che si propaga verso l'esterno dal muso della navicella.
L'onda d'urto provoca improvvisi e significativi cambiamenti di pressione, causando intense vibrazioni in tutto il veicolo spaziale. Queste vibrazioni possono danneggiare apparecchiature sensibili e interrompere le operazioni di volo se non vengono gestite correttamente.
3. Blackout radio e plasma
Il passaggio ad alta velocità del veicolo spaziale attraverso l'atmosfera porta alla ionizzazione delle molecole d'aria, che crea uno strato di plasma attorno al veicolo. Questo plasma riflette le onde radio, causando il blackout delle radiofrequenze. Ciò può interrompere i collegamenti di comunicazione con le stazioni di terra, complicando il tracciamento e il controllo durante il rientro.
4. Dispiegamento del paracadute
Per ridurre ulteriormente la sua velocità, la navicella può utilizzare dei paracadute. Questi dispositivi sfruttano la resistenza creata dalla maggiore superficie per rallentare il veicolo spaziale.
5. Splashdown
Come passaggio finale, la navicella entra in acqua a velocità controllata. Questo viene fatto per ridurre le forze d'impatto e le vibrazioni potenzialmente pericolose che potrebbero verificarsi durante un atterraggio brusco.
Il design e i materiali utilizzati nella costruzione di un veicolo spaziale sono fondamentali per resistere alle forze estreme incontrate durante il rientro e garantire il ritorno sicuro del veicolo e dei suoi passeggeri.
L'ingegneria dello Splashdown:NASA e SpaceX
Il processo di splashdown coinvolge molteplici considerazioni e sistemi ingegneristici chiave. Esploriamo come la NASA e SpaceX gestiscono questa fase delle loro missioni.
1. Pianificazione del rientro
Prima del rientro, gli ingegneri aerospaziali calcolano attentamente la traiettoria, l'angolo e la velocità con cui il veicolo spaziale dovrebbe intersecare l'atmosfera terrestre. Questi calcoli mirano a bilanciare la sicurezza e l’efficienza del carburante.
2. Schermatura termica
Per proteggere la navicella dall'intenso riscaldamento aerotermico, sia la NASA che SpaceX utilizzano sistemi di protezione termica (TPS). Sono costituiti da materiali che resistono alle alte temperature, tipicamente costituiti da materiali ablativi o materiali compositi.
Ad esempio, la navicella spaziale Orion della NASA utilizza un sistema avanzato di protezione termica noto come materiale Avcoat, che è un composito di fibra di carbonio rivestito con uno strato di silice. Il materiale può resistere a temperature fino a 2.200 gradi Celsius (3.992 gradi Fahrenheit).
Nel frattempo, la navicella spaziale Dragon di SpaceX utilizza uno scudo termico PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator). PICA è un materiale leggero ed altamente efficace in grado di resistere a temperature fino a 2.760 gradi Celsius (5.000 gradi Fahrenheit).
3. Manovra
Per resistere alle intense vibrazioni causate dalle onde d'urto, veicoli spaziali come Orion e Dragon sono progettati con forme aerodinamiche che riducono al minimo gli effetti delle onde d'urto. Impiegano anche sistemi di controllo che regolano l'assetto del veicolo spaziale e lo stabilizzano durante il rientro.
4. Gestione del blackout radio
Per gestire la fase di blackout radio, la NASA e SpaceX utilizzano molteplici strategie di comunicazione. Questi potrebbero includere l’installazione di sistemi di comunicazione ridondanti e diversificati sul veicolo spaziale, l’utilizzo di segnali a frequenza più elevata che possano penetrare meglio nello strato ionizzato e la pianificazione strategica dei passaggi di comunicazione.
5. Dispiegamento del paracadute
Una volta che la navicella rallenta sufficientemente, vengono attivati i paracadute per ridurre ulteriormente la velocità. La navicella spaziale Orion della NASA utilizza tre paracadute, ciascuno di oltre 100 piedi di diametro, per raggiungere la velocità di discesa desiderata.
La navicella spaziale Dragon di SpaceX, d'altra parte, utilizza un esclusivo sistema a doppio paracadute. I paracadute frenanti vengono attivati per primi per stabilizzare il velivolo. Successivamente vengono rilasciati i paracadute principali, più grandi e potenti, per garantire una discesa controllata e sicura.
Conclusione
Lo splashdown è una fase critica del processo di rientro di un veicolo spaziale che richiede un'ingegneria e una pianificazione meticolose. La NASA e SpaceX hanno sviluppato e implementato tecnologie innovative per gestire le varie forze e sfide incontrate durante questa fase, garantendo il ritorno sicuro degli astronauti e dei preziosi carichi utili.
