Radian Aerospace, un’azienda con sede a Seattle fondata nel 2016, sta progettando il Radian One, un “aereo spaziale” in grado di raggiungere l’orbita in un unico stadio, senza far cadere componenti durante la salita come un normale razzo. Radian ha affermato che questo renderebbe l’esplorazione spaziale molto più economica.
Un aereo spaziale in grado di volare come i razzi
Negli anni ’90 la NASA ha progettato un aereo spaziale sperimentale che avrebbe dovuto rappresentare un’alternativa economica ai costosi razzi.
Chiamato X-33, si basava su un concetto chiamato SSTO, ovvero “single stage to orbit“. L’SSTO elimina gli stadi dei razzi dei voli spaziali convenzionali, in cui i razzi contengono motori e carburante e vengono sganciati durante l’ascesa per perdere peso, favorendo invece un singolo veicolo spaziale completamente riutilizzabile.
L’X-33 è stato progettato per essere lanciato verticalmente come un razzo, ma atterrare su una pista come un aereo, con l’obiettivo di ridurre il costo di invio in orbita di mezzo chilo di carico utile da 10.000 a soli 1.000 dollari.
Tuttavia, il programma è stato annullato nel 2001 a causa di difficoltà tecniche, aggiungendosi alla lista di progetti simili che non sono mai stati realizzati.
“Ho guidato il programma X-33 e abbiamo deciso di uscirne perché avevamo valutato che sarebbe costato più di quanto avessimo pattuito, ed eravamo proprio al limite della capacità tecnologica per realizzarlo“, ha dichiarato Livingston Holder, ingegnere aerospaziale, ex astronauta dell’USAF e responsabile del programma X-33, e ora CTO di Radian Aerospace, un’azienda con sede a Seattle che ha co-fondato nel 2016 per far rivivere il sogno dell’SSTO.
“Le cose sono cambiate radicalmente dall’X-33: abbiamo materiali compositi più leggeri, più resistenti e in grado di sopportare un range termico più ampio di quello che avevamo allora. E la propulsione è migliore di qualsiasi cosa avessimo, in termini di efficienza nella combustione del propellente e di peso dei sistemi“, ha aggiunto.
Radian One
Il prodotto di questa tecnologia aggiornata è il Radian One, un nuovo aereo spaziale che sostituirà il lancio verticale con un sistema molto insolito: una slitta a propulsione a razzo.
Per riuscire a sfuggire alla gravità terrestre e raggiungere l’orbita, un razzo deve raggiungere una velocità di circa 28163,52 km orari, secondo Jeffrey Hoffman, Professore di aeronautica e astronautica al Massachusetts Institute of Technology ed ex astronauta della NASA che ha volato cinque missioni dello Space Shuttle: “Il problema è che mentre sali, non devi solo sollevare il razzo e il carico utile, devi anche sollevare tutto il carburante che stai trasportando”.
Un razzo in grado di raggiungere quella velocità dovrebbe dedicare il 95% della sua massa al carburante lasciando pochissimo spazio per tutto il resto. “È stato un sogno riuscire a raggiungere l’orbita con un solo stadio“, aggiunge. “Ma per farlo, la struttura del razzo, i motori e il carico utile non possono superare il 5% circa della massa totale dell’intero sistema. E non sappiamo proprio come costruire cose del genere”.
Ecco perché tutti i razzi utilizzati per raggiungere l’orbita sono stati multistadio, sebbene i razzi attuali come il Falcon 9 della SpaceX abbiano meno stadi (due) rispetto a quelli più vecchi come il Saturn V della missione lunare Apollo, che ne aveva tre.
“Una volta esaurito tutto il propellente del primo stadio, anziché portare con sé quella struttura fino all’orbita, la si lascia semplicemente cadere. E questo consente di fatto di trasportare molto più carico utile per una data massa sulla rampa di lancio”, ha spiegato Hoffman.
Tradizionalmente, gli stadi esauriti dei razzi ricadono sulla Terra (di solito nell’oceano), bruciano nell’atmosfera o finiscono in orbita come spazzatura spaziale. SpaceX ha cambiato questo paradigma progettando booster riutilizzabili che possono atterrare autonomamente sulla Terra. La premessa di un veicolo spaziale a stadio singolo è quella di eliminare completamente gli stadi del razzo, con la promessa di ridurre ulteriormente i costi.
Non è facile aggirare quella che Hoffman chiama la “tirannia dell’equazione del razzo“, ovvero risolvere il problema di dover trasportare il peso del carburante nello Spazio. La soluzione di Radian è una slitta a razzo che corre lungo una rotaia e accelera fino a Mach 0,7, ovvero 537 mph (864 chilometri orari), prima di rilasciare l’aereo spaziale, che poi vola in orbita grazie alla potenza dei suoi stessi motori.
“Ci sono stati vari tentativi di sviluppare veicoli orbitali a stadio singolo“, ha aggiunto Hoffman: “La NASA e l’Air Force ci hanno provato alla fine degli anni ’80 e ’90. Hanno cercato di aggirare il problema con quello che chiamano un motore scramjet, che porterebbe l’aereo attraverso l’atmosfera e brucerebbe ossigeno da lì anziché doverlo trasportare con sé. È una grande idea, ma tecnicamente è davvero difficile costruire quel tipo di motore”.
“Quello che Radian sta facendo con la sua slitta a razzo è una specie di equivalente dello scramjet“, ha specificato Hoffman: “In altre parole, cercare di ottenere l’accelerazione iniziale senza bruciare il propellente del razzo. In questo modo, si aggirano alcune delle limitazioni dell’equazione del razzo”.
Radian ha affermato che il suo aereo spaziale sarà riutilizzabile fino a 100 volte, trasportando un equipaggio di due-cinque astronauti con un tempo di turnaround di 48 ore tra una missione e l’altra. Un modello in scala dell’aereo sarà testato quest’anno, secondo Holder, con una versione a grandezza naturale che inizierà i test di volo, senza raggiungere l’orbita, nel 2028.
Come lo Shuttle, Radian One sarebbe in grado di dispiegare carichi utili come satelliti in orbita o di svolgere missioni utilizzando apparecchiature che si trovano nella stiva, come osservazioni della Terra o sorveglianza e intelligence per la difesa o entità militari. Ma l’aereo potrebbe anche aiutare con aiuti umanitari in aree disastrate quando le piste, ad esempio, sono state rese inutilizzabili, facendo uscire il carico utile dalla stiva in un rientro controllato attraverso l’atmosfera.
Traccia un’analogia con un cantiere edile, dove i razzi sono i camion a 18 ruote che arrivano con grandi attrezzature, e il Radian One è il pick-up che trasporta materiali più piccoli e l’equipaggio: “Penso che ci sarà sempre un posto per i razzi a lancio verticale“, ha aggiunto: “Porteranno su le cose più pesanti”.
Conclusioni
La grande domanda, secondo Hoffman, non è solo se SSTO può essere tecnicamente realizzabile, ma se può farlo a un costo economicamente competitivo con altri sistemi di lancio, come la nuova astronave di SpaceX, che può trasportare centinaia di piccoli carichi utili in un lancio e farlo in modo relativamente economico: “Questo è sempre stato il motivo per cui si è scelto il sogno di un singolo stadio in orbita: in linea di principio, dovrebbe essere meno costoso”, ha affermato.
“Spero che avremo successo“, ha concluso Hoffman: “Perché sarebbe sicuramente una novità, tecnicamente, e vedremo l’aspetto economico. Non lo saprai mai finché non dimostreranno la capacità e vedranno chi si iscriverà per utilizzarla”.
