F-1

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F-1 Rocketdyne

L’endoreattore F-1 è tuttora tra i più potenti motori a razzo mai costruiti ed ha permesso di portare fuori dall’atmosfera il razzo vettore Saturn V che ha portato l’uomo sulla Luna.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Wernher von Braun accanto agli F-1 montati sul Saturn V
Test di funzionamento statico

L’endoreattore F-1 è stato progettato su richiesta di una commissione del 1955 della United States Air Force che implicava lo sviluppo di un motore a razzo capace di innalzare razzi vettori molto grandi e pesanti. La NASA, appena istituita, tramite la stipulazione di un contratto continuò le ricerche che stavano per essere chiuse a causa di tagli di fondi. Mise a capo dei lavori l’ingegnere Wernher von Braun e vennero sviluppati due motori l’E1, più piccolo, e l’F-1. L’E1, anche se provato con successo, venne considerato un vicolo cieco per la tecnologia e si optò dunque per l’F-1, i cui test statici della versione che oggi conosciamo arrivarono nel marzo del 1959. Durante lo sviluppo l’F-1 mostrò importanti irregolarità di combustione non ammissibili causati molto probabilmente, anche se tuttora non è ben chiaro, dal forte rombo all’interno della camera di combustione rilevabile a centinaia di chilometri di distanza, non per niente è il più forte rumore mai prodotto dall’uomo. I progressi su questo problema furono inizialmente lenti ed il malfunzionamento era imprevedibile e irregolare finché non si cominciò a far esplodere delle piccole cariche esplosive denominate "bombe" nella camera di combustione mentre l’endoreattore era in funzione al fine di comprendere le variazioni di pressione e temperatura che potevano portare a situazioni catastrofiche. Nel 1961 dopo sette anni, quando entrarono in produzione dalla Rocketdyne, i problemi vennero risolti con la modifica degli iniettori di cherosene e oggi gli F-1 sono tra i più stabili motori mai realizzati e portarono in orbita tutti i Saturn V a partire dalla missione Apollo 4.

Funzionamento[modifica | modifica sorgente]

Principi di Funzionamento[modifica | modifica sorgente]

Un motore F-1 al United States Space and Rocket Center

Un endoreattore, o motore a razzo, è un motore capace di imprimere una grande spinta ma con grandi consumi ed è paragonabile ad un palloncino che una volta gonfiato si lascia andare: come si può facilmente osservare non vola molto a lungo dal momento che anch’esso sfrutta la terza legge di Newton (ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria) dunque l’aria (nell’endoreattore il propellente incendiato), quando teniamo chiuso il buco del palloncino, premendo su tutti i bordi in ugual misura non fornisce alcuna spinta ma se molliamo la presa l’aria non spingerà più dove prima c’era il buco tappato ma continuerà a farlo nel punto diametralmente opposto che non avendo una controspinta spingerà il palloncino in avanti. La stessa cosa avviene in un motore a razzo con la differenza che utilizza la dilatazione del propellente dovuta alla combustione.

L’endoreattore può funzionare anche in assenza di atmosfera dal momento che in un serbatoio è già presente la componente ossidante che viene miscelata con il carburante, formando il propellente, e incendiata.

Prestazioni a bordo del Saturn V[modifica | modifica sorgente]

Al livello del mare un unico F-1 (alto 5,64 m e largo 3,72) è in grado di produrre 6,675 meganewton di spinta pari circa a 680 tonnellate ma consuma ogni secondo 1,790 t di ossigeno liquido LOX e 0,788 di cherosene superraffinato RP1 (il rapporto è di 2,27 ad 1) ma per sollevare un Saturn V ne servono cinque. Sul primo stadio S-1C sono disposti a croce dove quello centrale è fisso mentre i quattro esterni si possono inclinare di 6 gradi per mantenere il razzo nella posizione voluta evitando che si capovolga con effetti disastrosi. I cinque motori con una spinta totale di 33,375 MN dovevano portare in 145 secondi a 65 km d’altezza le 3 000 tonnellate circa del Saturn V ad una velocità massima di 2,7 km/s ma gran parte della massa era dovuta dal carburante e l’ossidante che presto, dati gli esorbitanti consumi, si esauriscono. Basti pensare che al momento del lift-off (lo stacco da terra) pesa già 100 t in meno e al tower-cleared (il superamento della torre) altre 140 se ne sono andate.

Accensione sul Saturn V[modifica | modifica sorgente]

Il processo di accensione richiedeva molto tempo ma che volava in un attimo data la tensione sia da parte degli astronauti sia dal centro di controllo a Houston dal momento che bisognava mettere in moto tutte le parti del motore nella sua complessità.

Accensione primaria[modifica | modifica sorgente]

Sette secondi prima del lift-off cominciava tutta la procedura che a sua volta iniziava con l’immissione nei motori, da parte di un condotto esterno collegato alla parte più bassa del primo stadio dove c’erano i motori, di un liquido idraulico destinato ad aprire le valvole che facevano entrare nell’iniettore del generatore di gas, una piccola camera di combustione necessaria per l’avviamento delle turbopompe, dell’ossigeno liquido e del cherosene (il cherosene veniva iniettato in quantità maggiori rispetto a quello che veniva iniettato nella camera di combustione principale per avere una combustione con meno calore e dunque non aver bisogno di un sistema di raffreddamento) più il propellente ipergolico contenuto in una cartuccia all’interno del razzo che faceva esplodere il carburante e l’ossidante che con i gas di scarico avviavano una turbina che avviava le turbopompe. Alla fine i gas caldi venivano espulsi dalla camera di combustione principale dove provocavano delle fiamme rosse brillanti, il cui colore era dovuto al propellente ipergolico, e del fumo nero; sono quelle che si vedono all’inizio degli ormai famosi filmati dell’accensione del Saturn V e non danno alcuna spinta.

Accensione secondaria[modifica | modifica sorgente]

L’accensione secondaria è quella che permette di dare la spinta che farà alzare il razzo vettore.

Il propellente immesso nella camera di combustione principale, all’inizio direttamente dalle turbopompe per fornire una prima spinta più potente e in seguito passando dall’iniettore, incontra i gas caldi espulsi dal generatore di gas e si incendia. Parte di questa spinta è utilizzata per l’alimentazione delle turbopompe, che non possono essere alimentate all’infinito dal generatore di gas dal momento che il propellente ipergolico termina dopo un secondo, mentre il resto va direttamente a fornire la spinta necessaria per il lancio. La spinta aumenta sempre di più mentre il carburante entra in dosi precise, calcolate e crescenti, finché i computer dell’IU (United Instrument) non rilevano il 90% della potenza massima; a quel punto si sganciano gli ultimi cavi che collegano la torre al Saturn V, che viene lasciato e che si solleva da terra, cominciando il suo volo ascensionale sempre più rapido.

Il lift-off doveva avvenire in un momento ben calcolato e il ritardo non superò mai i 700 millisecondi.

Emergenze[modifica | modifica sorgente]

Montaggio degli F-1 sul Saturn V

Undici secondi prima del decollo il sistema di controllo interno controllava le condizioni del razzo e valutava se dare il via alla missione e dunque far partire il Saturn V. Se la risposta era positiva il direttore di volo in caso di emergenza non avrebbe più potuto fare niente ma l’IU avrebbe provato a spegnere gli F-1 e sarebbe arrivato in soccorso il sistema automatico di aborto di lancio ma se fosse successo qualcosa di grave tanto da mettere ulteriormente in pericolo la vita degli astronauti l’unico sistema era quello di lasciare che la torretta di salvataggio li mettesse in salvo e se ciò fosse avvenuto dopo il lift-off far partire il razzo senza la capsula che si sarebbe disintegrato al rientro nell’atmosfera.

I motori non potevano esser fatti ripartire una seconda volta se non dopo una completa revisione e la sostituzione della cartuccia di propellente ipergolico.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]