Storia di co<strong>per</strong>tina34zio, configurato come contributo nazionale, che in VEGAè preponderante. Tale politica è pienamente condivisa dallaDifesa Italiana <strong>per</strong>ché ha una valenza strategica fondamentale<strong>per</strong> la credibilità del<strong>lo</strong> strumento difesa europeo. Nonsempre <strong>per</strong> la Difesa è possibile ricorrere al mercato a<strong>per</strong>todei servizi di lancio, in quanto ciò non sempre è consentitodalle limitazioni imposte dalle licenze di esportazioni dicomponenti satellitari sottoposti a restrizioni ITAR, o dallaimpossibilità di garantire i servizi di sicurezza necessari <strong>per</strong>controllare i satelliti militari nelle fasi che precedono il lancioquando cioè il satellite stesso viene trasferito nelle basi dilancio <strong>per</strong> l’integrazione sul vettore.La Difesa italiana guarda <strong>qui</strong>ndi con estremo interesse allacapacità italiana ed europea di lancio, <strong>per</strong> la sua valenzastrategica, <strong>per</strong> le tecno<strong>lo</strong>gie associate e <strong>per</strong>ché tale capacitàderiva/evolve da capacità industriali alle quali anche la difesa,attraverso i programmimilitari, ha contribuitocon finanziamenti. Neè un esempio il programmaita<strong>lo</strong>-francese FSAFASTER 30 <strong>per</strong> un missilei<strong>per</strong>sonico antiaereo/antimissiledi corto raggionel quale la società AVIOha progettato e prodottoin serie il booster completodel missile con tecno<strong>lo</strong>gieal<strong>lo</strong> stato dell’arte.L’involucro realizzato conla tecno<strong>lo</strong>gia del filamentwinding (fibra di carbonioavvolta) è realizzatoin resina epossidica preimpregnataed integratastrutturalmente con alettedi metal<strong>lo</strong>/fibra di carbonioin grado di resistereagli elevati carichi termico-strutturaliindottidalla ve<strong>lo</strong>cità i<strong>per</strong>sonicadel missile (Mach 4.5).Tecno<strong>lo</strong>gie dualiUna reale convergenza,di là dalle ana<strong>lo</strong>gie trasistemi di difesa aerea evettori di lancio, si presentadal punto di vistatecno<strong>lo</strong>gico nel settoredei vettori di lancio spazialie dei sistemi missilisticiintercontinentali ditipo balistico (ICBM), inpossesso delle potenze nucleari. La capacità di realizzare unvettore di lancio deriva dalla capacità di produrre il propellente,i motori, la struttura aerodinamica, l’involucro motore,gli isolamenti, il sistema di thrust-vectoring, gli ugelli diuscita, i meccanismi di attivazione degli stadi, i sistemi distrap-on dei boosters, i meccanismi di separazione, il softwaredi vo<strong>lo</strong> e le capacità di condurre test di integrazione di sistemadi failure analysis e il supporto a terra e le basi di lancio:queste capacità, sopra sintetizzate, sono assolutamente ana<strong>lo</strong>ghea quelle necessarie a sviluppare un ICBM. Si può ritenereche un missile del genere, tranne la testata bellica, e<strong>qui</strong>valgaa un lanciatore spaziale la cui orbita intercetta la terra.Le tecno<strong>lo</strong>gie di control<strong>lo</strong> e guida che a prima vista potrebberopresentare le maggiori diversità fra lanciatori e missili,hanno nei moderni lanciatori un livel<strong>lo</strong> di accuratezza taleda poter consentire il rilascio di un carico nucleare con adeguataprecisione (1) . L’unica complessità tecno<strong>lo</strong>gicadel settore missilistico rispetto ai vettori di lancioè relativa alle tecno<strong>lo</strong>gie di rientro in atmosfera,fase di vo<strong>lo</strong> che si presenta so<strong>lo</strong> <strong>per</strong> sistemi ditipo ICBM.Per valutare l’ingegneria dei sistemi di lancio occorrepartire dall’equazione del moto dei rocketsche mostra i parametri chiave del progetto e il <strong>lo</strong>roimpatto sull’affidabilità del lancio. L’equazionemostra che l’incremento di ve<strong>lo</strong>cità impartita adun pay<strong>lo</strong>ad da uno stadio del lanciatore deriva dallarelazione: Delta V = g* Isp* ln(M).La relazione lega Delta V la variazione di ve<strong>lo</strong>cità,g la costante gravitazionale (9.8 metri <strong>per</strong> secondo<strong>per</strong> secondo), l’impulso specifico e il <strong>lo</strong>garitmodel rapporto di massa. La quantità M, è il rapportodi massa del razzo a pieno carico di combustibilee senza combustibile. L’impulso specifico,denominato. Isp è la misura della prestazione delmotore in secondi. Per avere migliori prestazionipossiamo agire sull’impulso specifico oppure sulrapporto di massa . Oggi i migliori motori possonoraggiungere impulsi specifici nell’intorno dei450 secondi e questo è probabilmente il meglioSPACEMAGNumero 1 2012
Storia di co<strong>per</strong>tinache si può raggiungere da un razzo a combustibile chimico.L’impulso specifico Isp è <strong>qui</strong>ndi determinato dalla chimicadel propellente e sembra che l’industria, dopo decine di annidi s<strong>per</strong>imentazione, abbia trovato combinazioni di propellentitali da raggiungere il limite massimo di spinta realizzabile.Per migliorare le prestazioni in Delta V occorre agiresul rapporto di massa che essenzialmente rappresenta quantocombustibile può esser caricato sulla struttura più leggerapossibile; una proprietà denominata efficienza strutturale.Utilizzando materiali avanzati oggi uno stadio lanciatore potràessere da 10 a 20 volte più pesante quando è pienamenterifornito rispetto a quando è vuoto.Un vettore di lancio, in misura maggiore rispetto a un missilebalistico progettato sul carico utile bellico, è <strong>qui</strong>ndi estremamenteleggero a vuoto e o<strong>per</strong>a con margini di sicurezzaottimizzati ma ridotti; ogni im<strong>per</strong>fezione o errato comportamentoin vo<strong>lo</strong> può condurre alla catastrofe. I margini diprogetto sono <strong>per</strong>ciò oggetto della massima preoccupazione<strong>per</strong> i progettisti in quanto la bontà della progettazione si vaa verificare so<strong>lo</strong> nel lancio (<strong>per</strong> questi sistemi sono possibilitest di vo<strong>lo</strong>) con pressioni, tem<strong>per</strong>ature, shock e vibrazionidi non facile previsione.Il grafico, nella seguente pagina, mostra come l’incrementodi spessore (e <strong>qui</strong>ndi del margine di sicurezza) delle paretidella struttura del vettore determina un incremento di pesoal lancio. Alla crescita del<strong>lo</strong> spessore aumenta il margine disicurezza come pure la massa e questa funzione che è esponenziale,nell’area dei va<strong>lo</strong>ri normali di margine di sicurezzasu<strong>per</strong>iori almeno al 80%, ad un picco<strong>lo</strong> incremento di spessorecorrisponde un ampio incremento della massa al lancio.Altro aspetto tecno<strong>lo</strong>gico di forte convergenza tra vettori dilancio e missili balistici riguarda il sistema di guida navigazionee control<strong>lo</strong> (GNC). Specificatamente la gestione diquesta tecno<strong>lo</strong>gia ha creato problemi al programma VEGA;l’industria francese, inizialmente responsabile del<strong>lo</strong> sviluppodel software di vo<strong>lo</strong>, non ha ottenuto dalle autorità di sicurezzafrancesi l’autorizzazione a consegnare all’azienda italiana,responsabile della integrazione di sistema, i codici sorgente.Lo sviluppo di questo software è stato <strong>per</strong>tanto parallelamenteeffettuato anche in Italia e dal terzo lancio VEGAo<strong>per</strong>erà con un software di vo<strong>lo</strong> sviluppato in Italia su cuil’industria nazionale potrà intervenire quando necessario infunzione delle modalità di mission/pay<strong>lo</strong>ad.Il software di vo<strong>lo</strong> ha il difficile compito di dirigere e controllareil veico<strong>lo</strong> dalla sua posizione iniziale a terra fino alla posizionenominale in orbita da cui il vettore di lancio rilasciail suo pay<strong>lo</strong>ad (o il missile balistico comincia la sua traiettorianon propulsa). Queste funzioni comunque sia nel missilebalistico sia nel vettore di lancio sono compiute in autonomia.Per far<strong>lo</strong> il software di vo<strong>lo</strong> deve compiere tre funzionibasiche di guida, navigazione e control<strong>lo</strong> dove la navigazionedetermina la posizione, la ve<strong>lo</strong>cità e l’assetto del veico<strong>lo</strong>nel<strong>lo</strong> spazio, la guida è il processo di direzione verso il targetdesiderato e il control<strong>lo</strong> è l’implementazione dei comandi diguida e stabilisce la deflessione del thrust-vectoring. Rispettoai sistemi aeronautici, il processo di navigazione è più sofisticato<strong>per</strong> i veicoli di lancio o balistici in quanto gli accelerometriinstallati, non essendo in grado di misurare le accelerazioniindotte dal campo gravitazionale (ma che hannoun effetto reale sulla posizione e ve<strong>lo</strong>cità del veico<strong>lo</strong>) devonoessere integrati da modelli stimati; il processo matematicodi integrazioni successive <strong>per</strong> arrivare alla determinazionedella ve<strong>lo</strong>cità e della posizione devono inoltre tenere contodei movimenti di rotazione, variazione di assetto e imbardatadel veico<strong>lo</strong> e degli errori degli strumenti. In relazione allaguida, se le condizioni di stato e ambientali del veico<strong>lo</strong> fosseroconosciute a priori nel dettaglio la guida sarebbe semplicee basterebbero sistemi di guida a cic<strong>lo</strong> a<strong>per</strong>to. Poichéi fenomeni connessi al vo<strong>lo</strong> sono estremamente complessi,servono sistemi in c<strong>lo</strong>sed-<strong>lo</strong>op in cui la posizione e la ve<strong>lo</strong>citàdel veico<strong>lo</strong> sono input del continuo feed-back del sistema diguida. Genericamente comunque si tende a individuare treschemi di guida da utilizzare nelle tre principali fasi di vo<strong>lo</strong>,atmosferico, exo-atmosferico e il coast, ovvero vo<strong>lo</strong> non35Un B-52H. Negli anni della Guerra Fredda formazioni dibombardieri strategici come questo erano <strong>per</strong>ennementein vo<strong>lo</strong> <strong>per</strong> scatenare la rappresaglia nucleare in caso diun attacco di sorpresa da parte dell’URSS2012Numero 1SPACEMAG