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CAPITOLO I Cosa significa costruire un modello dl un razzo. Il modellismo spaziale è un nuovo hobby derivato dall'aeromodellismo. È uno sport sicuro, tenuto in considerazione e praticato indifferentemente da adulti e ragazzi. Quantunque implichi diversi aspetti tecnici, esso ha a che fare in primo luogo con il problema della potenza dei motori. I motori ad endoreazione sono conosciuti sin dai tempi antichi. Furono i cinesi a inventarli nel 1200 ma solo nel nostro secolo essi hanno avuto una grande diffusione, perché sotto la spinta di esigenze militari sono diventati una delle più terrificanti armi belliche. Il loro uso in questo senso cominciò quando i tedeschi costruirono, durante la seconda guerra mondiale, le famose V-2. Oggi i missili sono usati in vari campi: per fare segnali, per ottenere spettacolari effetti pirotecnici, per trasportare testate nucleari da un capo all'altro della terra, per lanciare strumenti scientifici nello spazio e per far arrivare gli uomini sulla luna. E' opinione corrente che solo due tipi di persone - lo scienziato professionista e l'amatore - si interessino di missili; ma dopo l'inizio dell'era spaziale, avvenuto nel 1957, ad essi se ne è affiancato un terzo: il modellista. Fra questi tre tipi esistono differenze sostanziali. Il professionista è uno scienziato o ingegnere specializzato ed esperto che progetta, costruisce e sperimenta missili e motori, traendo da tutto ciò un guadagno. Ha frequentato per molti anni l'Università e si è formato una solida esperienza, lavorando con apparecchiature complesse e raffinate che costano miliardi. Prima del 1957 la maggior parte di questi professionisti era considerata pazza, e i fondi messi a loro disposizione per lavorare erano scarsi; ma da allora i tempi sono cambiati. L'amatore è una persona singolare. Anche lui si interessa di missili, ma senza trarne guadagno. Si prepara da solo i propellenti, si costruisce da solo i motori e cerca di far volare missili di dimensioni notevoli, costruiti con materiale metallico. In poche parole egli cerca di fare ciò che fa il professionista, per quanto gli manchino pratica ed esperienza. La sua è un'attività pericolosa: la NAR - National Association of Rocketry ha stimato che l'amatore ha una probabilità su sette di restare ferito, menomato o ucciso durante i suoi esperimenti. L'elenco degli incidenti è spaventosamente lungo. Quasi tutti gli incidenti di cui si ha notizia (ad eccezione di pochissimi capitati a professionisti) traggono la loro origine dal fatto che un amatore o una persona poco esperta, trascinata dall'entusiasmo, si stava preparando da solo il combustibile o faceva volare ordigni metallici, magari con motori fatti in casa. E' accertato, e molto ben documentato, che moltissimi ragazzi sono stati uccisi o feriti da motori costruiti da sé riempiendo a mo' di propellente, con capocchie di fiammiferi, bombole vuote di anidride carbonica. Il fatto è che quasi tutti gli amatori non si rendono conto del tremendo rischio che la loro attività comporta, e si ostinano a fare cose che dovrebbe invece fare solo il professionista, e per di più dopo aver preso le dovute misure di sicurezza. Il loro passatempo è pericoloso, con elevate probabilità d'incidenti e con poche possibilità d'imparare qualcosa. Negli Stati Uniti d'America ci sono meno di cento amatori che ottengono effettivamente risultati positivi; gli altri, per lo più, sono gente che si illude e perde il proprio tempo. Se siete amatori cercate di leggere per intero questo libro, se volete imparare a costruire un modello nella maniera più sicura. Il modellista vero e proprio è uno che coltiva un hobby; progetta, costruisce e fa volare piccoli modelli fatti di carta, plastica, legno di balsa e altri materiali non metallici. Si serve di motori che trova in commercio, evitando le azioni pericolose tipiche dell'amatore; non maneggia reagenti chimici; lancia i suoi modelli servendosi di un sistema di accensione elettrico e, grazie ad un sistema di recupero in essi inserito, li fa tornare a terra dolcemente, senza danno, per essere cosi in grado di farli volare più volte. Tutto ciò che gli serve è una distesa di terreno sufficiente per far volare l'aeromodello, senza bisogno alcuno di casematte, di bunker e di precauzioni eccezionali. Questo hobby è privo di pericoli. La sua eccezionale sicurezza è documentata dal fatto che dalla metà del 1965 (in America) sono stati fatti volare oltre tre milioni di modelli senza che si abbia avuto notizia di danni a cose o persone, per il semplice motivo che si era fatto un uso appropriato di tutta l'apparecchiatura necessaria. Fig. 1. Nell'era spaziale non poteva mancare l'hobby di costruire modelli spaziali; un'attività interessante e particolarmente istruttiva per appassionati di tutte le età. Quì un modello è appena partito vicino a Denver, Colorado. Non risulta chiaro, a prima vista, come si possa apprendere qualcosa in questo campo usando motori già preparati; ma la cosa può diventare chiara se si pensa che la missilistica non è solo questione di motori e di propulsione. Se foste interessati ad approfondire le vostre conoscenze sull'aviazione, sarebbe sciocco cercare di costruire un aeroplano tutto intero, motore compreso, partendo da zero. Sarebbe meglio costruire solo l'aeromodello e comprare il motore necessario, ed essere cosi sicuri dì avere un motore che è in grado di funzionare, e un aeroplano che può volare se la sua costruzione è stata coscienziosa. La stessa cosa vale nel nostro caso. Servendosi in maniera appropriata di un motore acquistato e costruendo solo il razzo, si può imparare molto sulla spinta, la durata, l'impulso totale, la configurazione del propellente sinterizzato, la caratteristica spinta-tempo e su tanti altri argomenti. Una volta nell'aria e lontano dalla superficie terrestre, il modello è un corpo libero nello spazio e il suo comportamento è perciò abbastanza differente da quello che ci si potrebbe aspettare se fosse vincolato a terra su ruote o pattini. In questo hobby non vale la pena di preoccuparsi del motore, perché è possibile trovarlo già pronto: il suo funzionamento è sempre perfetto, se lo si usa in maniera adeguata. Allora si può cominciare a saperne di più,su alcuni aspetti affascinanti di aerodinamica, ottica, ingegneria, matematica, dinamica, elettronica, meccanica e una quantità di altre scienze tipiche dell'era spaziale. È possibile costruire un modello spaziale con i comuni materiali usati nella costruzione di aeroplani, auto e navi in piccola scala. Chi sa incollare due pezzi di legno è in grado di costruirsene uno. È insensato realizzarlo in metallo, quando è possibile servirsi semplicemente di carta e legno, o spendere denaro per comprare il necessario per una saldatura se, con un po' di collante, è possibile cavarsela ugualmente. Fig. 2. I modelli spaziali, realizzati con carta o legno di balsa, sono la moderna versione dell'aeromodellismo. La foto ritrae alcuni partecipanti al IV Campionato nazionale americano per costruttori di modelli spaziali, organizzato dall'Accademia delle Forze Aeree degli Stati Uniti d'America: (da sinistra a destra) Greg McBride, Jim Rhue, Charles S. Hans e Tom Rhue. Nel 1959 l'autore ha realizzato un modello che può essere costruito in mezz'ora servendosi di un coltellino tascabile, di un tubetto di colla e un po' di plastica trasparente: È il famoso Dirty Bird III. Il prototipo, dopo centinaia di voli, è ancora in grado di funzionare, è quasi indistruttibile e può raggiungere un'altezza di 120 m. A parte la facilità di costruzione, quali sono le altre ragioni per non usare materiali metallici? Come i loro a grandi fratelli di Cape Kennedy, anche ì modelli sono caratterizzati da leggerezza e da alta resistenza: questi due fattori sono fondamentali nel progetto di qualunque oggetto volante. Ebbene, carta e balsa hanno ì requisiti adatti e possono essere usati perché i motori sviluppano calore solo nella direzione dei gas di scarico: subito dopo il funzionamento è possibile toccarli, perché l'involucro esterno di carta è solo leggermente surriscaldato. Fig. 3. Il "Dirty Bird III" è un modello adatto ai principianti perché di facilissima costruzione: dall'epoca del suo progetto - 1957 - è stato realizzato in svariati esemplari da giovani ed adulti. Per di più i materiali non metallici sono più sicuri qualora dovesse capitare qualcosa durante il volo del modello: bisogna che non succeda niente di grave se per caso il modello dovesse urtare contro qualcosa. Sono stati fatti esperimenti puntando un modello contro una lastra di vetro e l'unico risultato ottenuto è stato quello di distruggerlo completamente! La leggerezza significa anche che un modello non è pericoloso nemmeno se cade su qualcosa. Esistono inoltre ragioni precise per installare un dispositivo di recupero. Difatti è preferibile che il modello ritorni a terra senza subire danni, in modo che possa volare di nuovo. Tali dispositivi si montano facilmente e costituiscono un'altra ragione di sicurezza. Perché costruire modelli cosi piccoli e non farli invece più grandi in maniera che siano in grado di trasportare qualcosa? Il motivo sta nel fatto che cosi facendo si spende di meno, la lavorazione è più semplice e il volo più sicuro. In genere non si usano motori di potenza eccessiva perché, se si scopre che è possibile servirsi di una forza limitata, allora questo hobby acquista all'improvviso un fascino insospettato. Il vero modellista cerca, con un progetto e una esecuzione adeguati, di sfruttare l'energia che ha a disposizione nel miglior modo possibile. Come i professionisti, anche i dilettanti sono in grado di far alzare oggetti di vario tipo come cineprese, trasmittenti radio e perfino uova fresche: a questo scopo si ingegnano nelle maniere più svariate per venire incontro alle proprie esigenze. La ragione per cui i modelli non raggiungono altezze decisamente elevate è semplice. Prima di tutto c'è il rischio che non siano più visibili a occhio nudo e si rendano quindi necessarie attrezzature di ricerca e una vasta estensione di terreno. I piccoli modelli non sono più visibili a 300-400 m di altezza, i più grandi a 750 m. Del resto l'altezza non è il solo scopo che il modellista si prefigge: egli si preoccupa di ottenere un volo regolare e il miglior risultato possibile dalla potenza che ha a disposizione, con la mentalità tipica dell'ingegnere. Abbiamo già avuto modo di parlare dell'eccezionale livello di sicurezza raggiunto in questo hobby che è comparabile a quello rinvenibile oggi nell'aeromodellismo, nel go-kart, nel baseball e nel canottaggio. Tale livello è stato possibile perché gli appassionati si servono di motori in commercio e osservano ragionevoli criteri di sicurezza. Quasi tutte le attività umane comportano un certo rischio, anche se a volte non ce se ne rende conto; ogni giorno, per sopravvivere, ci sottomettiamo inconsciamente a una serie di regole. Cosi non andiamo in giro infilando spilli nelle prese della corrente elettrica e prima di attraversare la strada guardiamo da tutte e due le parti; non ci è permesso guidare una macchina, sparare con un cannone o pilotare un aeroplano senza conoscere e capire le norme di sicurezza. Parimenti, anche il nostro hobby è sicuro nella misura in cui si seguono le regole di sicurezza - senza trucchi! - Se non seguirete tali regole in ogni luogo e circostanza, andrete incontro prima o poi a degli incidenti. Per la vostra incolumità e per il benessere comune, non pensate quindi di dedicarvi a questa attività se non siete disposti a seguire sempre tutte le norme di sicurezza. Fig. 4. Volo tipico di un modello a un solo stadio, con dispositivo di recupero a paracadute. L'Associazione americana di missilistica ha messo insieme una serie completa di tali norme nel Codice di sicurezza che è stato redatto sull'esempio del Codice adottato dai professionisti; esso ha subito continue evoluzioni dal 1957 in poi e nella sua forma attuale è perfetto. Il nostro consiglio è di prenderne visione e di seguirlo. Chi non lo rispetta va in cerca di guai. A mano a mano che ci si addentra in questa materia, ci si rende conto di stare studiando una larga varietà di argomenti, se si vuol capire il comportamento del modello. Si ha la netta sensazione di fare qualcosa di interessante e si prova tutto il divertimento di far parte dell'era spaziale, quando si cerca di riprodurre in miniatura quasi tutto ciò che si fa a Cape Kennedy. Si è arrivati a lanciare modelli da silos - come il grande ICBM -, da sott'acqua, ad imitazione dei Polaris, o da palloni frenati. Figg. 5-6. Molti modellisti esperti si dilettano a dare alle loro creazioni forme varie e raffinate; il loro sforzo non va sprecato in quanto i loro modelli possono essere recuperati dopo ogni volo. A sinistra vediamo Joe Wald, 17 anni, di Denver (Colorado), mentre sistema sull'asta di lancio il suo modello a due stadi "Nike Asp"; a destra vediamo Paul Hans, 16 anni, di Manhasset, New York, che mostra il suo modello del "Mercury Little Joe", della NASA. Costruendo il modello in scala di un missile vero, ci si rende conto della ragione che ha suggerito ai progettisti di costruirlo proprio in quel modo e si comincia ad apprezzare il problema che hanno dovuto affrontare. A questo livello un modellista parla lo stesso linguaggio di un professionista. Possono discutere insieme di impulso specifico, cineprese balistiche, metodi di lancio, prove statiche, paracadute di recupero, stabilità alla rotazione, rapporto spinta-peso, e centinaia di altri argomenti. Questo é il motivo per cui costruire un modello significa costruire un missile in miniatura ed interessarsi di molti problemi affascinanti, oltre al sistema di propulsione. CODICE DI SICUREZZA Riportiamo qui per i nostri lettori il testo del " Codice di sicurezza " dell'Associazione americana di missilistica. Sono un modellista spaziale e non mi dedico a nessun altro genere di missilistica non professionale. Come membro dell'Associazione americana di missilistica, è mia responsabilità mantenere una linea di condotta non pericolosa. Poiché là mia parola d'ordine è sicurezza, sono pronto ad obbedire al seguente Codice di sicurezza: 1. Userò solo motori in commercio che non richiedono da parte mia di dover maneggiare e mescolare reagenti chimici. 2. Costruirò i miei modelli in carta, legno, plastica, e altri materiali non metallici. 3. Userò sempre un dispositivo di recupero, affinché i miei modelli tornino a terra in condizioni tali da poter volare più volte. 4. I miei modelli peseranno meno di 500 g e conterranno nel motore meno di 100 g di propellente. 5. I miei modelli non conterranno testate esplosive. 6. Farò volare i miei modelli all'aria aperta, lontano da costruzioni e linee elettriche. 7. Proverò la stabilità dei miei modelli prima di farli volare, in modo da poter prevedere la loro linea di volo. 8. Farò uso di un dispositivo elettrico che mi consenta di accendere il motore operando da lontano. 9. Farò uso di un dispositivo di lancio inclinato di 30 gradi sulla verticale. 10. I miei modelli non funzioneranno mai come armi per colpire bersagli. 11. Farò volare i miei modelli solo in condizioni di tempo buono. 12. Sono consapevole che i miei modelli non devono costituire un pericolo per tutti gli altri corpi con i quali spartiscono gli spazi aerei. Fig. 7. Le forze aeree degli USA si sono ufficialmente interessate del modellismo spaziale fin dal 1961, e oggi ci sono molti modellisti di successo tra gli appartenenti alle forze armate. Tra i vincitori del IV campionato nazionale di modellismo spaziale, svoltosi all'Accademia delle Forze Aeree, ci sono: (da sinistra a destra) il Cap. David Barr; il Cap Bryant Thompson; il Mag. Gen. Robert H. Warren, soprintendente all'Accademia e il Cap. David Bell. CAPITOLO II Cominciamo dall'inizio Contrariamente a quanto si pensa di solito, non è difficile costruire un modello spaziale: l'abilità richiesta non è eccessiva e il materiale necessario è tanto comune da poter essere trovato in casa o acquistato nei normali negozi; solo alcuni pezzi particolari - fra cui il motore - possono essere difficili da rintracciare, ma per averli è sufficiente rivolgersi a qualche ditta che vende per corrispondenza o, se esiste, a qualche negozio specializzato. L'unica cosa veramente necessaria è un po' di buon senso , perché un modellista in erba deve essere in grado di leggere, capire e seguire le istruzioni. A proposito, abbandonate ogni convinzione, dimenticate ogni nozione che potreste avere sui modelli spaziali. Prendete quel progetto di missile telecomandato a tre stadi e riponetelo nel vostro quaderno d'appunti: non siete ancora in grado di realizzarlo. Avete ancora da imparare un sacco di cose e sarà per voi un divertimento; e quando darete un'occhiata a quel vostro primo, primitivo progetto, vi troverete molti cambiamenti da apportare. Tutto questo vale anche per una persona di consumata esperienza, come potrebbe essere chi costruisce missili veri, o un amatore che vuole passare ad una forma di attività più sicura, o un esperto costruttore di modelli di altro tipo. Ci sono alcune particolarità che differenziano questo genere di modellismo da tutti gli altri e tutte sono nate da motivi ben precisi: è perciò bene conoscerli, e il modo migliore è fare le cose per gradi. Laboratorio e utensili Dapprima occorre pensare ad un luogo dove poter lavorare, e procurarsi un minimo di attrezzatura. Per incominciare può andar bene un semplice tavolo coperto con carta di giornale, ma se si possiede già un laboratorio, allora è opportuno fare un po' di pulizia sul bancone. È utile procurarsi un quaderno per appunti su cui buttar giù le proprie idee, fare schizzi e annotare tutto ciò che vale la pena di essere ricordato: con l'andar del tempo si accumuleranno cosi tante notizie utili, e si saprà come fare se ci si è dimenticati la soluzione trovata tanti anni fa per un problema che si presenta di nuovo. Gli scienziati e gli ingegneri si comportano sempre cosi per non far fatica a ricordare idee e dati; è abbastanza semplice seguire il loro esempio e i vantaggi che ne derivano sono tali e tanti da compensare il poco lavoro che ciò richiede. L'autore ha già riempito quattro quaderni di appunti e li giudica il miglior aiuto che possa mai avere. Tutti gli utensili necessari si possono acquistare facilmente, e a basso prezzo, ma è molto probabile che, alcuni almeno, si trovino già in casa; il vero modellista ne fa un uso appropriato, li tratta con cura e sa maneggiarli senza farsi male. Con un po' di attenzione e di pratica, chiunque è in grado di riuscirci benissimo; gli utensili - non dimentichiamolo! - rappresentano buona parte della supremazia che l'uomo ha sulle belve della giungla ed è perciò proprio il caso di usarli con ordine e intelligenza. Un coltello affilato come un rasoio è indispensabile. Volendo, si può fare uso anche di una lametta, ma è sconsigliabile usare quelle da barba perché tagliano da tutte e due le parti e c'è il pericolo di ferirsi seriamente; in commercio se ne trova un tipo speciale, affilato da una parte sola, di cui sarà sempre bene servirsi. Potendo, è meglio comprare un vero coltello da modellista che viene venduto con una serie completa di lame diverse e intercambiabili. Il problema di tagliare e sagomare carta e legno di balsa è così risolto; basta fare solo attenzione a rifornirsi adeguatamente di lame, in modo da averne sempre una tagliente a disposizione. Occorre essere forniti di carta vetrata di grana diversa per lisciare, sagomare e rifinire parti fatte con carta o legno: anche questa spesa non è eccessiva e può essere fatta facilmente in qualsiasi negozio. Un foglio di carta vetrata dura moltissimo, soprattutto il tipo più recente, con il dorso in materiale plastico che è estremamente flessibile e quasi indistruttibile. Per usare meglio la carta vetrata e potersene servire anche per levigare superfici piane, come le ali, è consigliabile prepararsi un blocco di legno su cui incollarla o inchiodarla. È utile anche un piccolo seghetto, con denti molto fitti, che è l'ideale per tagliare tubi di carta o piccoli pezzi metallici. Anche questo è reperibile in commercio, a volte anche con molte lame intercambiabili da montare su un manico di forma opportuna. Con un rotolo di nastro adesivo trasparente largo 1-2 cm si riesce a risolvere tanti piccoli problemi che sorgono durante la costruzione o il volo: diventano possibili rapide riparazioni al modello, è facile collegare i fili al paracadute di plastica o rimediare a piccoli frequenti errori, quali per esempio aver tagliato un pezzo troppo piccolo. Anche un rotolo di carta adesiva riesce molto utile ed è perciò il caso di procurarsene uno. Fig. 8. Un modello spaziale può essere costruito in laboratorio con materiali e utensili molto semplici, così come accade negli altri rami del modellismo. Negli Stati Uniti d'America è abbastanza comune che un modellista abbia un trapano con un mandrino regolabile di circa mezzo cm, che può anche essere trasformato senza alcuna difficoltà in un piccolo tornio per ricavare dalla balsa parti rotonde come le ogive. In vista di tale utilizzazione, molti gli costruiscono un sostegno opportuno sul quale poterlo fissare in maniera rigida. Chi poi vuole un'attrezzatura proprio completa può comprarsi un vero piccolo tornio; ricavare allora le punte, corpi completi di modelli, supporti per motori e accoppiamenti per collegare uno stadio all'altro diventa quasi un gioco da bambini. È però necessario essere forniti di una serie abbastanza completa di utensili da tornio. L'autore possiede un piccolo Unimat che può essere usato per trapanare, fresare o molare; si tratta di un tipo abbastanza caro, ma insostituibile per la precisione con cui lavora. Altri utensili utili sono: un martello, un paio di tenaglie, una serie completa di cacciaviti di varie dimensioni, un paio di pinze, forbici, un tronchesino, tanti spilli, una vecchia penna a sfera, una morsa, un paio di pinzette, un saldatore di rame e una riga. Infine é bene procurarsi una buona scorta di pennelli di tutte le dimensioni; i più grandi vanno bene per dipingere superfici estese, i piccoli per ritoccare o per disegnare sigle o stemmi. Non vale la pena di risparmiare per comprare il tipo economico, perché in genere perde i peli e non si può sperare in un lavoro ben fatto; con una spesa leggermente superiore si trovano in commercio pennelli che vanno veramente bene e che, se puliti con solvente dopo ogni uso, sono in grado di durare anni. Qualunque negozio è in grado di fornirli. Una volta muniti di questi utensili, è praticamente possibile costruire qualunque modello si desideri realizzare. Fig. 9. Gli utensili basilari per costruire un modello spaziale sono: carta vetrata (con relativo supporto), un coltellino da modellista (tagliabalsa), carta e nastro trasparente adesivi, un righello, un seghetto a denti molto fitti e un trapano. Parti e materiali Ci si accorge ben presto che buona parte del necessario per costruire un modello spaziale è spesso reperibile in casa o acquistabile nei vicini negozi; è bene però ricordarsi che vale la pena di comperare alcune parti speciali, prefabbricate, o a volte scatole intere di montaggio. Le varie parti di un modello vengono costruite e rifinite separatamente per illustrarle e mostrare il ruolo che hanno nel modello completo. Ogiva L'ogiva è la parte anteriore di un missile. La sua forma può essere perfettamente conica, come spesso accade nei missili veri, ma nel modellismo si preferiscono a volte sagome diverse, come la parabola, la semisfera, l'ogiva propriamente detta, o una combinazione di queste. Alcune soluzioni sono mostrate in fig. 10. Fig. 10. Profili delle ogive più comuni. Se il modello è dotato di un dispositivo di recupero è necessario che 1'ogiva sia costruita in modo da poter uscire dal corpo centrale: a questo scopo la sua parte terminale è lavorata a scalino per essere infilata dentro il corpo cilíndrico del missile e starvi ferma. Il diametro della parte piú larga deve coincidere con quello del corpo del missile per questioni aerodinamiche, quello della parte piú stretta deve essere tale da adattarsi al foro in cuí deve entrare. Un ogiva diquesto tipo è raffigurata in fig. 12. I materiali piú opportuni sono i soliti: legno di balsa, plastica, paraffina. Non si devono mai usare materiali metallici, nemmeno se il modello va appesantito sul davanti: in tal caso è meglio fissare sulla base dell'ogíva un pezzetto di piombo, o ricavarci una cavità da riempire con materiale pesante, come leghe o mastice da vetraio. Allo stesso modo non si deve infilare davanti un chiodo o uno spillo ad imitazione delle antenne che spesso i missili veri hanno, perché costituiscono un grave pericolo e danneggiano la aerodinamicità del modello: per quanto possa sembrare strano, un'ogiva arrotondata si comporta meglio di una appuntita, e in seguito vedremo il perché. Fig. 11. Un piccolo tornio da legno è molto comodo per lavorare parti rotonde, come le ogive. Le ogive sono in vendita in tutti i negozí specializzati, ma è abbastanza facile farsele da soli. Per un modello di piccole dimensioni si può partire da un parallelepipedo di balsa con un lato di 3 cm, per uno piú grande, anche di 7-8 cm; la lavorazione può essere eseguita con un coltellino, e quindi con carta vetrata, ma I'ideale sarebbe servirsi di un píccolo tornio. In questo secondo caso occorre trovare il centro della base del parallelepipedo, determinando il punto di incontro delle sue diagonali (fig. 13); vi si pratica poi un leggero foro del diametro di 6-7 mm - dove infilare e incollare rigidamente un pezzo di legno piú duro che sporga in maniera che lo si possa serrare nel mandrino - e la lavorazione effettiva può cosí cominciare. Per questo genere di lavoro la carta vetrata è piú che sufficiente, cominciando con il tipo a grana piú grossa e passando via via ai tipi piú fini. Non bisogna scoraggiarsi se la prima volta si ottiene qualcosa che assomiglia di piú a un uovo che a una punta: è un fatto deI tutto normale, in quanto si tratta di una lavorazione delicata e che richiede un po' di esperienza; dopo qualche tentativo non ben riuscito il risultato migliorerà notevolmente. Quando il pezzo ha assunto la forma desiderata, lo si leviga sempre al tornio con carta vetrata finissima, infine non resta che tagliare il legno che sporge e dipingere con il colore desiderato. Fig. 12. Ogiva lavorata: notare lo scalino ricavato alla sua estremità. Se in fase di montaggio ci si accorge che la parte terminale, dove si e ricavato lo scalino, non si adatta bene al corpo del razzo, si può riparare prontamente con semplici accorgimenti: o si assottiglia con una lametta o carta vetrata, nel caso che le sue dimensioni siano eccessive, o si fa uso di un po' di nastro adesivo nel caso contrario. Fig. 13. Come trovare il centro di un blocco di legno. Corpo dei modelli spaziali Il corpo dei modelli spaziali è in genere ricavato da tubi di carta e, solo in casi particolari, da due gusci di balsa scavati internamente e incollati insieme. Non conviene mai tentare di costruirsi da soli un tubo di carta, perché si finisce per scoprire che è veramente difficile farlo in modo che sia dritto, leggero e robusto a un tempo; è molto piú opportuno cercare se ce n'è in giro per casa, come spesso capita, o addirittura comprarlo, anche se il loro costo può forse sembrare eccessivo: occorre infatti riconoscere che non sono proprio a buon mercato, ma vale la pena affrontare la spesa perche si elimina una fonte notevole di guai. In commercio se ne trovano praticamente di tutte le dimensioni, con diametro che varia da 1 a 10 cm e una lunghezza compresa tra 5 cm e 1 m. Se qualcuno volesse proprio togliersi la soddisfazione di affrontare anche questa fase della costruzione, allora è il caso che si costruisca un tubo piú lungo deI necessario e lo tagli in seguito per rispettare le dimensioni del progetto, perché i resti torneranno sempre comodi per costruire, parti secondarie, come gli accoppiamenti fra uno stadio e 1'altro, i supporti per il motore e cosi via. L'operazione di taglio è abbastanza semplice se si seguonpoqueste direttive: si misura dapprima con precisione dove tagliare e ci si fa tutt'attorno un segno con una matita. In questo modo è impossibile sbagliare, si riesce facilmente ad andare diritti e se si ripulisce un po' con carta vetrata, il lavoro viene generalmente tanto bene che nessuno è piú in grado di riconoscere i segni del taglio. In casa è facile trovare tubi che vanno bene, come per esempio quelli che si adoperano in alcune spedizioni postali: gli unici requisiti richiesti è che siano leggeri e robusti. Alcuni modellisti hanno costruito corpi di missili piegando un foglio di legno di balsa, precedentemente bagnato, attorno a una forma cilindrica, in seguito rimossa, e incollando gli estremi insieme; hanno cosí ottenuto qualcosa di veramente leggero, che però si. deve ulteriormente rafforzare avvolgendogli intorno uno strato di tessuto laccato. I corpi dei modelli piú raffinati, generalmente non cilindrici , devono per forza essere ricavati al tornio da un blocco di balsa; a operazione finita si taglia il corpo in due nel senso della lunghezza, si scava nel suo interno per alleggerirlo e ottenere spazio per il suo motore e tutto il resto, e alla fine lo si incolla di nuovo mentre le giunzioni vanno ripassate con carta vetrata. Spesso per aumentare la robustezza e facilitare il montaggio del motore e del dispositivo di recupero, si inserisce all'interno un tubo di carta. Pinne stabilizzatrici Come un aereo ha bisogno di ali per mantenersi in volo, cosí un modello ha bisogno delle sue pinne per andare diritto: esso non vola, nel senso comune della parola. Le pinne gli servono solo perché hanno una funzione direzionale e stabilizzatrice, senza la quale la sua traiettoria sarebbe imprevedibile e strana. Per modelli semplici, le pinne si trovano in commercio generalmente in materiale plastico; molti preferiscono però farsele m casa, ritagliandole da fogli di balsa di spessore variabile da 1 a 3 mm, arrivando anche a 5 o 6 mm quando esistono particolari esigenze di robustezza o altri motivi. Non esistono praticamente limiti alla forma che si può dare alle pinne: ogni modellista è in grado di crearne una secondo il proprio gusto e la propria esperienza. Esistono però alcuni tipi abbastanza comuni e ormai standardizzati (fig. 14) Fig. 14. Forme fondamentali delle pinne stabilizzatrici. e altri che vengono frequentemente adottati per il loro ottimo comportamento (fig. 15); Fig. 15. Alcune tra le forme più raffinate di pinne stabilizzatrici. malgrado si allontanino sensibilménte dalle sagome adottate sui missili veri. A puro titolo di esempio si preferisce montare su un modello lento il tipo "a tronco delta", e su uno veloce quello "inclinató e rastremato". L'unica cosa veramente importante, e alla quale conviene fare molta attenzione, è che bisogna ritagliare la pinna in modo che le venature del legno si sviluppino secondo la sua lunghezza e non parallelamente al corpo (vedere i disegni). È una questione di robustezza, poiché con le venature disposte male c'è il rischio che l'aletta possa spezzarsi in due durante il volo o in fase di atterraggio. È un tipo di incidente che va prevenuto nella maniera piú assoluta, soprattutto se si pensa al compito che queste parti sono chiamate a svolgere. Per modelli di dimensioni notevoli si ricorre addirittura a un rivestimento fatto con carta o tessuto colloidale in maniera da evitare tale tipo di rottura. Un tale rivestimento, eliminando le venature del legno, costituisce un'ottima rifinitura soprattutto dal punto di vista aerodinamico. Dare un profilo simmetrico alla pinna significa rnigliorare il rendimento del modello aumentandone 1'aerodinamicità. Nella prossima figura vengono segnalati alcuni profili generalmente impiegati. Da un indagine superficiale si potrebbe essere indotti a credere che siano simili a quelli usati per le ali di aerei, ma un esame piú accurato rivela chiaramente di no. L'ala di un aereo ha una funzione portante; ha il compito cioè di sviluppare, a causa del suo moto relativo con l'aria circostante, una forza diretta verso 1'alto che sostiene il velivolo: è noto che tutto ciò è possibile solo se il suo profilo è asimmetrico. Nel nostro caso questo effetto è invece da evitare, perché la pinna ha solo una funzione stabilizzatrice, e occorre quindi che le sue facce siano perfettamente identiche: la fig.16 mostra difatti solo profili dotati di perfetta simmetria. Fig. 16. Profili fondamentali delle sezioni delle pine stabilizzatrici. Il profilo di pinna piú facile da costruire è quello semplice arrotondato che però non è aerodinamico e comporta alte resistenze. Poi viene il profilo a doppia cuspide che potete ricavare sempre smerigliando il precedente profilo. Ma questo profilo « tagliente » crea piú resistenze di quello a arrotondato per ragioni che vedremo in seguito. Il miglior profilo è quello arrotondato fusiforme. Non è di facile realizazione ma dà i migliori risultati aerodinamici. Per incollare una pinna al corpo si fa uso di colla da modellisti; e si faccia attenzione di fissare la pinna ben allineata: una posizione non precisa introduce durante il volo una rotazione del modello su se stesso che, per quanto spettacolare e qualche volta introdotta appositamente, è tuttavia generalmente da evitare. ATTENZIONE: le informazioni contenute in questa tabella sono relative al mercato USA dei primi anni 60. Queste informazioni sono sorpassate o difficili da interpretare. Per informazioni aggiornate sulle colle vi consigliamo di leggere la sezione apposita. La giunzione dovrebbe essere robusta e non cedere invece tanto facilmente, come spesso accade. È possibile usare a tale scopo una tecnica speciale, per quanto semplicissima, che da questo punto di vista è veramente formidabile e che perciò è bene imparare. Si mette un po' di colla sulle due parti da unire insieme - in questo caso sulla base della pinna e sulla parte del corpo del modello dove la si vuole collocare - e si lascia asciugare; quindi se ne applica un altro po' e si mettono a contatto le due parti serrandole opportunamente nella posizione giusta; si lascia ancora a riposo e si applica come un sottile cordone di colla esternamente alla linea di giunzione. Si fa seccare di nuovo, e prima di passare la vernice, si rifinisce con carta vetrata. Un incollaggio di questo tipo è praticamente indistruttibile: può darsi che il modello si spezzi, le parti di legno si rompano e quelle di carta si straccino, ma si può essere certi che i due pezzi cosí fissati resteranno sempre rigidamente uniti insieme. Le pinne sono generalmente tre o quattro, e collocate sempre nella parte posteriore del razzo. Discuteremo piú avanti le ragioni aerodinamiche che impongono il loro uso e suggeriscono la forma più opportuna: per ora ci basta affermare che esistono motivi precisi per metterle dietro e che in nessun caso vanno collocate nella parte anteriore. Fig. 17. Vista posteriore in sezione trasversale di due modelli, in cui è messa in evidenza la collocazione delle pinne stabilizzatrici. Quando si verniciano due parti incollate insieme, si va incontro a qualche rischio. Lasciando stare il caso in cui la colla non sia perfettamente secca (tipico errore del modellista frettoloso), può darsi che la vernice abbia veramente il potere di sciogliere la colla. Vuol dire che si sono usate marche e tipi che sono "incompatibili" fra loro: l'unico rimedio è non ostinarsi a volerli usare per forza. Sistema di recupero Dopo aver speso parecchie ore o anche qualche settimana nella costruzione di un modello di buona fattura, il minimo che si deve pretendere è che esca indenne dal suo primo volo. Inoltre, un modello di qualche etto che cada liberamente dal cielo da un'altezza di 150-300 m non è certo una cosa molto sicura. Da queste due considerazioni è nata la tendenza, oggi affermatasi come una sana abitudine, di introdurre un dispositivo di recupero che riporti il modello intatto a terra. A questo scopo si usano dispositivi diversi, tutti di facile applicazione, che entrano automaticamente in funzione dopo un certo tempo che l'ultimo motore ha esaurito la sua spinta. Nel Capitolo VIII questo argomento verrà trattato nei particolari; per ora è sufficiente dire che il motore pressurizza l'interno del corpo e che in seguito a ciò scatta il sistema di recupero. Anche per questo problema esiste una gamma estesissima di soluzioni, di cui discuteremo le principali nel Capitolo VIII; per ora ne faremo solo un breve cenno. La soluzione più semplice, e quindi in molti casi preferibile, è basata sulla constatazione che un oggetto leggero che cada nell'aria tende ad acquistare velocità solo se discretamente aerodinamico: occorre quindi che, nella fase più alta della sua traiettoria, succeda qualcosa al modello che rompa queste condizioni ideali. Questo può essere ottenuto semplicemente mediante la espulsione dell'ogiva, legata pero all estremità di un sottile elastico, sotto l'effetto della pressurizzazione che il motore compie. È chiaro allora come ci si deve comportare: basta che l'ogiva non sia fissata rigidamente, ma sia libera di scorrere e di fuoriuscire. Per modelli pesanti occorrono soluzioni più sofisticate, perché quella indicata precedentemente non è sufficiente a frenarli in maniera tale da evitare all'impatto qualunque rischio di rottura alle parti più delicate, come le pinne: Si introduce sempre il meccanismo già descritto, ma con l'aggiunta di una striscia di plastica che viene attaccata all'ogiva e sistemata dentro carta o il corpo del missile sotto forma di un piccolo rotolo: al momento della espulsione, la resistenza dell'aria lo spiega completamente, introducendo cosi una resistenza aggiuntiva che rallenta ulteriormente la discesa. Fig. 18. Classico modello con dispositivo di recupero 'a nastro'. Quando poi si desidera fare le cose in grande, o si ha necessità che il rientro avvenga in condizioni di assoluta sicurezza, allora si può ricorrere anche all'uso di un piccolo paracadute di plastica o nylon: il suo impiego è particolarmente semplice (fig. 19), perché basta piegarlo in modo opportuno e sistemarlo in una specie di guaina che lo protegga. Fig. 19. Guaina del paracadute: il suo montaggio è facilissimo, se si seguono le istruzioni qui illustrate. L'abilità e la fantasia dei modellisti hanno poi creato una infinità di altre soluzioni: alcuni fanno ricorso a pale rotanti che escono dal corpo del razzo, altri alla possibilità di far veleggiare il modello nella fase di rientro, altri ancora costruiscono pinne in modo tale che esse stesse possano trasformarsi in pale rotanti. Una soluzione affascinante consiste nell'impiego di due paracadute separati per corpo e ogiva, dopo che è scattato il meccanismo di espulsione; ma non manca nemmeno chi provoca la fuoriuscita del motore, dopo averlo fissato a una sottile corda. Esiste poi un metodo abbastanza complesso che è stato adottato per un modello denominato Astron Scout, la cui scatola di montaggio viene venduta in America con grande successo. All'atto della pressurizzazione, il motore viene spinto indietro e trattenuto in questa posizione da un robusto filo; contemporaneamente si aprono delle fessure, da cui il gas può fuoriuscire. Con la distribuzione dei pesi cosi alterata, l'equilibrio si rompe, il modello non è più in grado di volare e cade a terra secondo la verticale. Si tratta di una soluzione veramente efficace, che molti modellisti hanno tentato di imitare con scarso successo: occorre avere una conoscenza straordinaria delle leggi fisiche che governano il volo, e forse una buona dose di praticità e fiuto che non tutti hanno. Montaggio del motore In un modello il motore va sempre collocato nella parte posteriore, in una cavità che il modellista ha avuto cura di ricavare appositamente quando ha costruito il corpo. Alcuni corpi hanno un diametro interno appena sufficiente per introdurvi il motore; altri invece l'hanno più grande, rendendo necessario l'uso di supporti (o spessori) per centrare e fissare il motore. Il montaggio deve essere pratico, effettuato in modo tale che il motore sia ben centrato e soprattutto estraibile, perché dopo ogni volo lo si deve sostituire. Per quanto il motore sia costruito in modo da poter funzionare solo una volta, i principianti sono a volte attratti dall'idea di usare nuovamente il vecchio riempiendolo ancora di propellente: pensano di semplificare la costruzione, perché cosi il motore può essere fissato rigidamente, una volta per tutte; ma in realtà non fanno altro che complicare le cose. Sostituire un motore usato è' una cosa semplicissima che si fa in cinque minuti, e costruire un modello in maniera che ciò sia possibile è addirittura elementare; non si riesce proprio a capire perché alcuni si ostinino a non voler prendere in considerazione questa soluzione, quando è risaputo che l'operazione di ricarica è molto pericolosa e che l'involucro esterno di carta si indebolisce tanto, durante un volo, da non poter essere più praticamente utilizzabile. L'unico uso che si puó fare di questi contenitori è limitato a ben poco: sono di forma cilindrica, e perciò utilizzabili come spessori per ben posizionare il motore o come pesi per ottenere un bilanciamento perfetto. Se il dispositivo di recupero è basato sulla espulsione del motore è necessario montarlo in modo che: possa scivolare fuori liberamente. Nel caso, invece, di recupero per espulsione dell'ogiva, di recupero a nastro o a paracadute, occorre assicurarsi che il motore sia ben fissato in modo che la carica di espulsione non lo spinga fuori. Altrimenti, il motore in genere fuoriesce dal corpo del modello senza far scattare il dispositivo di recupero e il modello cade in picchiata. Per fissare il motore al corpo si può fare ricorso a un fermo (fig. 20), che i negozi specializzati dovrebbero avere in vendita e che comunque è facile da fare in casa. Altrimenti si ricorre all'attrito facendo in modo che l'accoppiamento motore corpo del modello sia un po' stretto: si può sempre ottenere ciò senza difficoltà, perché basta aumentare in maniera artificiosa il diametro del motore avvolgendolo con carta, stoppa o plastica. Fig. 20. Dispositivo per bloccare il motore, realizzato in filo metallico. In sostanza, il motore deve essere fissato in qualche modo al corpo, ma deve anche essere estraibile: le due esigenze sembrano contraddittorie, ma in realtà sono soddisfatte entrambe quando, esercitando con le dita una forte pressione, esso accenna a muoversi. È bene inoltre montare il motore in maniera che sporga dal corpo per circa 1 cm perché in queste condizioni il ricambio viene fatto con la maggior facilità possibile: Per ragioni estetiche i modellisti preferiscono spesso mantenerlo completamente inserito, ma allora si rende necessario uno speciale strumento di estrazione, (fig. 21): in ogni caso è meglio ricordare che non si deve inserire il motore troppo profondamente nel corpo e che 2 cm rappresentano un limite che non si deve superare. Fig. 21. Attrezzo per estrarre il motore. In ultimo conviene controllare se il motore è allineato con il corpo del razzo, perché altrimenti la spinta riesce non direzionata e il volo irregolare e imprevedibile. Fig. 22. Un modello spaziale spesso non pesa più di una trentina di grammi. Le nozioni contenute in questo capitolo sono facili, ma sono anche di fondamentale importanza. Prima di proseguire, quindi, dovreste essere così volonterosi da rileggerlo, proprio per essere sicuri di aver capito bene ogni cosa. Anche dopo che avrete affrontato alcuni dei problemi più complessi di questo hobby, tornate indietro e rileggetelo: sarete sicuri di avere una solida conoscenza dei fondamenti di modellismo spaziale. NN CE NE FOTTE UN CAZZO MA VA BE METTO LOSTESSO CAPITOLO III Motori per modelli spaziali Si è già avuto modo di insistere sul fatto che è davvero sconsigliabile tentare di costruire da soli il motore. Se infatti, si pensa che la sua costruzione è molto pericolosa, difficile e dispendiosa e che i risultati ottenuti sono in genere poco lusinghieri, c'è veramente da chiedersi cosa ci si ricavi a ostinarvisi. Del resto i motori commerciali sono quanto di meglio si possa pretendere: sono sicuri, a buon mercato, realizzati con i materiali migliori, e disponibili in una gamma vastissima di tipi. In questi ultimi anni si valuta a circa 4.000.000 il numero di motori venduti (in America) senza che si abbia avuto notizia di qualche incidente capitato a causa di un imperfetto funzionamento. Negli Stati Uniti d'America esistono varie ditte che li fabbricano, tutte ormai ricche di una solida esperienza, e con una produzione tale da soddisfare anche i clienti più esigenti. La Società americana di missilistica ha provveduto a standardizzarli uniformando dimensioni e potenza, in modo da mettere ordine in tutta la materia: si va dalla serie 1/2 A, alla serie F, cui appartengono i motori più potenti (v. Tab. 3). Per eliminare qualunque motivo di confusione, passeremo ora in rassegna i vari termini scientifici necessari quando si parla di motori. Per spinta si intende la forza sviluppata da un motore in funzione, generalmente misurata in Newton. La sua origine risiede nel fatto che il gas si scarica a velocità elevatissima, addirittura supersonica, dal retro del motore: il che significa applicare al modello una forza che tende a spingerlo in avanti d'accordo con la Terza Legge della Meccanica, dovuta a Isacco Newton, che stabilisce come: "ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria". La spinta di un motore non si mantiene costante, ma varia nel tempo: si parla cosi di spinta massima, intesa come la forza massima sviluppata durante il funzionamento del motore, e di spinta media che definiremo più avanti. Per durata si intende l'intervallo di tempo misurato in secondi, compreso fra l'accensione e lo spegnimento: occorre ricordare che il motore si spegne spontaneamente quando ha esaurito il proprio propellente, ma che qualunque tentativo di anticipare tale istante riesce inutile e spesso rischioso. Una durata di 2 secondi è considerata già fuori dal normale. È molto importante poi conoscere l'intervallo di tempo fra l'accensione e l'istante in cui si sviluppa la spinta massima: tale grandezza viene chiamata T-max, ed è basilare per sapere con quale velocità il modello si stacca dall'apparato di lancio (vedi diagrammi fig. 29). Allo scopo di determinare accuratamente spinta, spinta massima, durata e T-max, e altri parametri operativi, è opportuno sottoporre il modello a prove statiche: a tale scopo lo si assicura rigidamente a una base fissa, gli si collegano alcuni strumenti di registrazione e lo si accende. Quasi sempre, questo tipo di esperimento viene fatto soprattutto per determinare come varia la spinta in funzione del tempo, per ricavare cioè dalle registrazioni il diagramma spinta-tempo. In commercio esistono vari apparecchi per effettuare rilievi sperimentali di questo tipo: sono abbastanza semplici da maneggiare e funzionano tutti secondo lo stesso meccanismo. Il motore si appoggia contro una o più molle, che sotto l'effetto della spinta subiscono un accorciamento ad essa proporzionale: a seguito di ciò si ha lo spostamento di una punta scrivente che lascia una traccia sopra un foglio di carta che si va avvolgendo su un tamburo. Poiché un motore usato per un rilievo sperimentale delle sue caratteristiche diventa automaticamente inutilizzabile per il volo, sorge il problema di riconoscere se altri motori dello stesso tipo avranno un comportamento simile. In realtà è impossibile saperlo con certezza, ma è abbastanza facile supporlo, se si pensa a come i costruttori effettuano prove di questo genere. Tutta la produzione viene suddivisa in partite di 100 unità e fra queste ne viene scelta una a caso da sottoporre alla prova; se l'esito è positivo, l'intera partita viene messa in vendita, se negativo, viene respinta e distrutta. Una volta approvata, si può garantire a occhi chiusi il funzionamento di tutta la partita; infatti, l'esperienza è talmente vasta da permettere di dire che, se un campione funziona bene, allora tutta la partita è perfetta. Fig. 23. Alcuni tipi di motori in commercio negli USA nel 1963 Prendendo la curva spinta-tempo e calcolando l'area da essa delimitata, appoggiandoci sopra un foglio trasparente quadrettato e contando i quadrettini (o facendo uso di un planimetro), si determina una grandezza conosciuta come impulso totale-Newton spinta. per secondi di durata o, semplicemente, Newton-secondi. Se il motore in esame esercitasse una spinta costante dall'accensione allo spegnimento, si potrebbe calcolare l'impulso totale moltiplicando la spinta per la durata, ma sfortunatamente per questo tipo di conto nessun motore presenta un grafico cosi semplice. La definizione esatta di impulso totale, cosi come viene data dal libri di fisica, si ricollega alla variazione di quantità di moto di un oggetto sotto l'effetto di quella spinta che è durata quel certo intervallo di tempo. La quantità di moto è una massa moltiplicata per una velocità: a pari massa quindi un motore in grado di esercitare un impulso maggiore imprime al modello una velocità maggiore, il che in ultima analisi significa maggiore altezza. Più avanti discuteremo nei particolari queste leggi di fisica: per ora ci accontentiamo di sottolineare che il fattore importante per decidere se un motore fa al caso nostro non è la sola spinta, ma piuttosto la spinta per la durata, ovvero l'impulso totale. Fig. 24. Irving Walt, del Centro sviluppo missili, mostra lo strumento da lui costruito, capace di rilevare la curva spinta-tempo di un motore. Fig. 25. McLane Tilton Jr. sistema un motore in uno strumento di prova, di tipo elettronico, per determinarne le caratteristiche. Fig. 26. Il motore durante la prova statica. Nel sistema metrico internazionale non c'è confusione fra unità di forza e unità di massa, cosi come avviene nel sistema anglosassone; poiché la tendenza è di adottare ovunque quello metrico, è bene che anche il modellista impari a maneggiare il suo impulso in termini di Newton-secondo. Un Newton (abb. Nw) è l'unità internazionale di forza, definita come quella forza in grado di imprimere a un corpo di massa unitaria, e cioè di un kg-massa, l'accelerazione di un metro al secondo per secondo. La spinta è una forza, quindi la sua unità di misura è il Newton (mentre nel sistema inglese si ha una unità di misura diversa, denominata libbra). L'impulso totale, di conseguenza, sarà misurato in termini di Newton-secondo (mentre nel sistema inglese si ricorre alla libbra-secondo}. Passare dalle unità anglosassoni alle internazionali non è comunque difficile, poiché basta moltiplicare il loro valore numerico per un fattore che vale 4,46. Le norme per il modellismo spaziale stabilite dalla Federazione Internazionale di Aeronautica sono scritte nel sistema metrico, e presto lo saranno anche quelle della Associazione americana di missilistica. I motori in grado di esercitare una spinta elevata si presentano agli occhi di un incompetente o di un superficiale come quelli che offrono i migliori risultati, ma non è così. Se qualcuno si vanta della spinta del suo motore, è il caso di zittirlo domandandogli quanto valgono la durata e l'impulso: 50 Nw di spinta possono difatti destare meraviglia, ma il modello ne trae ben poco vantaggio se la durata si limita solo a un ventesimo di secondo! Non solo è improbabile che acquisti grande velocità, ma è certo che sotto l'effetto di sollecitazioni di questo genere molto difficilmente resterà intatto. In base a considerazioni di questo tipo, la NAR ha deciso di classificare i motori in base all'impulso totale. Per spinta media si intende il rapporto impulso-totale/durata, cioè una grandezza misurata in Nw, che esprime quale sarebbe la spinta se il motore avesse un funzionamento costante nel tempo; essa si rivela particolarmente comoda nei conti, soprattutto quando non si abbia voglia, o possibilità, di addentrarsi in calcoli impegnativi. Una volta in possesso di queste cognizioni di base, ritorniamo alla costruzione di un tipico motore per modelli spaziali. Fig. 27. Sezione longitudinale di un tipico motore. Il contenitore del motore è normalmente realizzato con materiali non metallici: a onor del vero, in commercio non mancano esempi dell'uso in questo campo di sottili fogli di alluminio, ma la tendenza generale è di fare uso di carta, perché i vantaggi che si traggono sono molteplici. Precisamente: 1 - Un tubo di carta, se ben fatto, è molto robusto e in grado di resistere a enormi pressioni interne: facendo prove su un tubo con diametro interno di 1 cm ed esterno di 1,5 cm, si è visto che regge bene fino a pressioni di 70 atm. 2 - La conducibilità termica della carta è scarsa, il che comporta ovvi vantaggi quando tali motori sono montati su modelli di carta o legno: si ha infatti solo un modesto riscaldamento della superficie esterna del motore, cosicché è anche possibile tenerlo in mano o toccarlo senza minimamente scottarsi. 3 - Il costo dell'involucro di carta è molto basso, il che riduce il prezzo globale del motore. 4 - Quando si carica il propellente nel contenitore sotto alte pressioni, il contenitore cede come una sacca, trattenendo di conseguenza il propellente in posto; è un fatto importante perché semplifica il processo di fabbricazione. Può meravigliare l'uso di carta in un aggeggio in cui ha luogo un processo di combustione ad alta temperatura, perché potrebbe sembrare che debba necessariamente incendiarsi; in realtà non capita cosi e per convincersene basta pensare che, mentre è molto facile dar fuoco a un sottile foglio, è altrettanto difficile far bruciare un pacco di fogli sovrapposti, come un elenco del telefono. Il contenitore è formato da più strati di carta avvolti l'uno sull'altro ed è perciò in grado di resistere ottimamente e di bruciacchiarsi al più in corrispondenza della parte interna. Dentro l'involucro sono contenute tutte le parti del motore. In fondo troviamo un ugello formato da sostanze argillose che sono state compresse a1l'atto della fabbricazione. La sua forma e le sue dimensioni costituiscono un elemento di estrema importanza e vanno perciò progettate con cura: la forma è' strettamente correlata alla spinta sviluppata e la dimensione regola l'efflusso del gas. Quest'ultimo effetto è molto critico, poiché se l'ugello è troppo piccolo e il gas non può fuoriuscire, allora la pressione interna sale a valori tali da spazzar via letteralmente il boccaglio, riducendolo praticamente in polvere. Subito dopo l'ugello troviamo la carica di propellente. Fino a qualche anno fa si usava praticamente la comune polvere nera, ma ora i costruttori hanno sviluppato un certo numero di propellenti diversi, con nomi strani quali Astronide e Bradamide. In genere sono custoditi gelosamente e ricoperti da brevetti e segreti industriali, ma hanno in comune il fatto di essere tutti solidi, perché ci si è accorti da tempo che i vantaggi che si hanno sui propellenti liquidi sono molteplici: la costruzione diventa molto più semplice, si guadagna in praticità e si rende possibile l'immagazzinamento. Il propellente viene normalmente caricato sotto forma di polvere, perché cosi è molto più comodo; poi una pressa idraulica lo comprime in condizioni controllate ma sufficienti per far avvenire il processo di " sinterizzazione ": i vari grani di polvere si saldano, per così dire, insieme diventando alla fine qualcosa di estremamente compatto e rigido. Un grano di propellente solido brucia solo sulla parte di superficie esposta all'aria: il processo di combustione produce gas caldi che escono violentemente dall'ugello generando la spinta. La quantità di gas generato dipende dall'area che sta bruciando e cresce con essa: ad area maggiore corrisponde maggiore quantità di gas e quindi spinta maggiore. Una polvere ha una grande superficie esposta che la mette perciò in grado di generare in poco tempo enormi quantità di gas, con una combustione che inoltre si riesce a regolare molto difficilmente: al contrario una polvere sinterizzata si comporta in maniera molto più regolabile e prevedibile, perché l'area di combustione può essere tenuta sotto controllo e dimensionata nella maniera più opportuna. Come conseguenza immediata ne deriva che non si deve mai rimuovere il propellente di un motore, perché inevitabilmente lo si frantuma: se, per caso, come è probabile, dovesse accendersi, il fenomeno sarebbe caratterizzato da un'estrema violenza e quindi da un'alta dose di pericolosità. Per ottenere il tipo di spinta voluta, i costruttori si servono proprio del fenomeno appena descritto, dando al propellente sinterizzato una forma opportuna. La fig. 28 mostra due soluzioni tipiche e frequenti: la prima è una disposizione tipo sigaretta, perché il propellente brucia solo a un'estremità, ottenendo quindi una spinta costante, perché l'area si mantiene costante. La seconda presenta invece un vuoto in corrispondenza della zona centrale: è quindi caratterizzata da una maggior superficie esposta, da spinte decisamente più forti, ma di durata nettamente inferiore se, come si può supporre, la velocità con cui il propellente brucia non varia da un caso all'altro. Nella fig. 29 si riportano alcuni diagrammi caratteristici spinta-tempo. È anche possibile sfruttare una combinazione dei due tipi e costruire un motore, - il cui diagramma caratteristico è riportato nello stesso grafico - che all'atto dell'accensione genera una spinta notevole perché la sua parte. terminale presenta una cavità simile a quella in fig. 28 b, per tornare poi a un comportamento tipo sigaretta, con spinta costante. In questo modo si ha il vantaggio di avere all'atto della partenza notevoli accelerazioni che permettono al modello di alzarsi immediatamente con velocità elevate,: e poi una spinta minore ma costante, che rende il volo sicuro e progressivo. Inutile dire che per un modello a un solo stadio un funzionamento di questo tipo è quanto di meglio si possa auspicare. Fig. 28. Sezione longitudinale e trasversale di due diversi tipi di motore: l'uno (a) brucia a una sola estermità, mentre l'altro (b) hauna superficie utile maggiore. In pratica la curva spinta-tempo per un motore del secondo tipo riesce abbastanza deformata perché è impossibile accendere contemporaneamente tutta la superficie esposta: l'accensione avviene per forza di cose nella parte posteriore e solo in un secondo tempo si propagherà dappertutto, causando un sensibile ritardo nello sviluppo della spinta massima. Val anche la pena di ricordare che motori di questo tipo sono spesso usati negli stadi inferiori di un modello a più stadi o per far alzare carichi pesanti. Subito alle spalle del propellente vero e proprio esiste una carica secondaria di sostanza combustibile, che però ha la proprietà di bruciare lentamente ed è per questo conosciuta come ritardo. Quando il motore si spegne, il modello si sta muovendo con una velocità di 150-500 km/ora ed è quindi in grado di guadagnare ancora quota per il semplice effetto dell'inerzia: scopo del "ritardo" è di permettere tutto ciò, guadagnando preziosi secondi, prima che scatti il sistema di recupero. Una volta che il propellente è esaurito si accende automaticamente questa carica rallentata, che non produce praticamente nessuna spinta effettiva ma serve soltanto perché in un motore già acceso tutto deve avvenire in sequenza e senza interruzioni: pertanto, se si vogliono dilazionare nel tempo i vari effetti, occorre introdurre fra di essi qualcosa che possa effettivamente separarli. Fig. 29. Diagrammi spinta-tempo per vari tipi di motore. Nel momento in cui questa carica si spegne, contemporaneamente accende una piccolissima quantità di polvere detta "carica di espulsione", che brucia rapidamente generando un discreto volume di gas: tutto ciò provoca lo spostamento del tappo di carta che viene, in un certo senso, a chiudere il motore, con conseguente pressurizzazione del modello. In questo modo entra in funzione il dispositivo di recupero del modello. È molto importante osservare che un motore commerciale non richiede assolutamente che il modellista si metta a maneggiare propellente o altri reagenti chimici. tutta compreso nel piccolo involucro di carta e, una volta avvenuta l'accensione, tutto si svolge automaticamente e in sequenza: si ha prima la fase di spinta, il volo per inerzia mentre brucia il " ritardo " e poi il recupero. Da parte del modellista è richiesto solo di scegliere il motore che presenti un impulso totale, una spinta massima, un T-max, un ritardo e una spinta media adatti allo scopo. Negli Stati Uniti d'America l'Associazione di missilistica ha provveduto a classificare i motori secondo un codice che è attualmente adottato dalla maggior parte dei produttori, introducendo alcune sigle di riconoscimento dalle quali è possibile avere un'idea di tutte le principali caratteristiche del motore. Ma per avere le informazioni su tutte le caratteristiche di un motore, occorre consultare una tabella più particolareggiata come quella pubblicata dalla NAR o dal fabbricanti di motori. I motori vengono raggruppati in funzione dell'impulso totale: per esempio si può parlare di A8-3, B8-0, D2-3, B3-5, e F11-3. La prima lettera indica il campo d'impulso totale nel quale è classificato il motore, in accordo con quanto specificato nella seguente tabella: Il primo numero indica la spinta media in libbre o parti decimali di essa: per esempio nel tipo B3-5 la spinta media è di 3 libbre*; per quanto questo motore abbia lo stesso impulso totale del tipo B8-6, il primo numero ci mette chiaramente in evidenza che la spinta media è diversa. (*ATTENZIONE: questo paragrafo contiene un errore. La spinta media è in newton e NON in libbre!) L'ultimo numero serve a indicare i secondi che la carica ritardata impiega per bruciare completamente ed è forse la parte più importante di tutta la classificazione. Se vale zero (come per esempio nel B3-0), questo significa che il motore va bene per il primo stadio di un modello a più stadi, dove la carica di espulsione deve entrare in funzione subito dopo la fine dell'azione di spinta. Un tipo B3-5 avrebbe le stesse caratteristiche' del tipo B3-0, ma con in più un ritardo di 5 secondi utile per l'ultimo stadio, o per un modello a un solo stadio. Fig. 30. Tre motori "Adast RM 2,5/5" costruiti a Dubnica (Cecoslovacchia): sono comparabili con il tipo A 8-3 costruito negli USA. Per quanto questo tipo di classificazione tenga conto solo dell'impulso totale e della spinta media, senza fornire informazioni esatte sulla curva spinta-tempo, sulla spinta massima e sulla durata, tuttavia la sua diffusione è andata sempre crescendo da quando è stata introdotta nel 1959: probabilmente altri codici potrebbero essere progettati, ma il presente codice NAR è già di uso corrente.Come abbiamo avuto modo di vedere, un motore è un congegno che solo apparentemente sembra semplice, ma che in realtà è discretamente complesso. In genere i tipi oggi prodotti provengono da un cumulo di esperienze precedenti, da uno studio accurato dei fenomeni connessi, e hanno richiesto mesi per essere messi a punto in maniera tale da raggiungere l'attuale livello di perfezione. Migliaia di dollari sono stati spesi per i macchinari per la costruzione di motori. Spesso, questi macchinari sono pericolosi ad usarsi. Molto credito va al fabbricanti di motori per questi modelli: essi si sono sottoposti a gravi rischi per costruire quel semplice, piccolo involucro di cartone contenente il propellente. La produzione di motori viene fatta con macchine completamente automatiche: i contenitori vuoti sono trasportati da una specie di nastro mobile e passano sotto serbatoi che contengono il propellente in polvere, la carica ritardata e quella di espulsione; la macchina provvede a tagliare e a inserire anche il tappo di carta, controlla il peso dei pezzi finiti, li conta, stampiglia sopra la etichetta e li lascia cadere in un recipiente opportuno. Se il pezzo non è perfetto e presenta qualche anomalia, viene automaticamente scartato, senza essere messo in conto: se poi qualcosa non funziona bene, la macchina si ferma da sola. L'energia motrice, che non può essere di origine elettrica, perché i rischi di esplosione sarebbero enormi, viene fornita da un circuito idraulico (o ad aria compressa) che fa capo a un'enorme pompa (o compressore}, sistemata in una costruzione lontana qualche decina di metri da qualunque altro edificio. A nessuno è permesso di avvicinarsi durante l'operazione, cosicché anche il comando di questa favolosa pompa, conosciuta con il nome di "Mabel", è fatto a distanza. Il ritmo di produzione di una fabbrica di questo tipo si aggira intorno a un motore ogni 5 secondi circa; si stima che fino a oggi siano stati messi in vendita oltre un milione di esemplari. Abbiamo visto i problemi connessi al motore, la chiave di volta del nostro hobby. Maneggiatelo con attenzione, sempre seguendo le istruzioni della casa. Non cercate di costruirvene uno, sarebbe un rischio inutile: nel motore è racchiusa tutta la potenza dell'era spaziale.