Test di accensione riusciti per lo Zefiro 9, uno dei motori di Vega

Il motore Zefiro 9 ha un’altezza complessiva di 3,17 metri e un diametro di 1,92 metri. Contiene 10 tonnellate di propellente e fornisce una spinta massima di 305 kN (nel vuoto). Per i test di ieri, l’ugello è stato adattato alle condizioni atmosferiche al livello del mare, riducendo il suo rapporto di espansione da 58 a 16, abbassandone così la spinta a 280 kN.

Al centro test di Salto de Quirra, il motore a razzo è stato ingabbiato e fissato alle strutture della banchina. Erano state predisposte misure di sicurezza che avrebbero distrutto il motore in caso di funzionamento anomalo, che fortunatamente si sono rivelate non necessarie. I test sono stati eseguiti senza problemi.

Dopo le prove Francesco Iasenzaniro, della Avio S.p.A., l’industria italiana responsabile di sviluppo, produzione, integrazione e verifica dello Zefiro 9, ha dichiarato che: “sono stati due minuti di adrenalina pura, ma tutto è andato alla perfezione.”

Il 20 novembre scorso, in vista dei test, lo Zefiro 9 era stato trasferito via mare dal sito di produzione di Colleferro al campo test, in Sardegna. Dopo aver verificato che non avesse subito danni nel corso del viaggio, lo Zefiro 9 è stato messo in posizione e dotato dei meccanismi di accensione e distruzione e di ben 417 sensori per monitorarne le prestazioni. Tra il propellente del motore e il guscio di materiale composito è stata predisposta un inserto di separazione termica, in modo da permettere al guscio di epossido di carbonio di sostenere le elevatissime temperature dei gas di combustione.

I dati raccolti nel corso e dopo i test permetteranno agli ingegneri di Avio e ELV, il Responsabile industriale (Prime Contractor) di Vega di verificare:

• le performance balistiche (curve di pressione e di spinta)
• l’efficienza della protezione termica interna
• l’efficienza del controllo della spinta
• l’ambiente termico e dinamico indotto dall’accensione

I test sono stati preceduti da una prova generale della sequenza di accensione per verificare che tutti i sottosistemi rispondessero nel modo corretto e con i tempi previsti. Il test di accensione vero e proprio ha avuto luogo alle 14:20; la sequenza automatica di accensione è durata 5 minuti, mentre il motore è stato fatto funzionare per 2 minuti.

Al termine dell’accensione, un sistema di estinzione ha immesso acqua nella camera di combustione per fermare la pirolisi della protezione termica, in modo da valutarne la performance.

Questo primo test ha riguardato le performance di bassa velocità, con la minima velocità del propellente. Si è voluto infatti garantire elevate condizione di sicurezza riguardo all’aumento di pressione interna. Acquisita una miglior consapevolezza delle prestazioni del motore, nel corso del secondo test previsto per settembre, gli ingegneri spingeranno al limite massimo la velocità di combustione.

Il centro di Salto di Quirra è centro missilistico inter-force sotto il comando dell’Aeronautica militare italiana. Nel 1985 Avio ha costruito una struttura verticale per la verifica di funzionamento dei razzi dei lanciatori Ariane 3 e Ariane 4. Recentemente, il sito è stato utilizzato per controllare il funzionamento dello Zefiro 16, il prototico tecnologico della famiglia di motori Zefiro e il primo dei motiri a razzo costruiti da Avio dotato di un guscio di composito.

La tecnologia utilizzata per Zefiro 9, così come per lo Zefiro 23 - il motore del secondo stadio di Vega – è simile a quella dello Zefiro 16, tenuto conto di un numero notevole di miglioramenti nella struttura e nel materiale composite utilizzati per il motore stesso. Tra i miglioramenti occorre ricordare anche l’uso del propellente solido HTPB 1912 e nuova tecnologia per i meccanismi di accensione del motore. Le nuove accensioni fornite dalla industia olandese APP, sono monouso e vengono distrutte per pirolisi dopo l’accensione.

Una ulteriore novità sono gli attuatori elettrici che comandano l’ugello mobile. Sviluppati dall’industria belga SABCA, sono stati utilizzati ieri per la prima volta in un test di accensione. Cesare Carnevale, responsabile dello sviluppo del controllo del vettore di spinta della ELV ha ammesso che “sono stati 125 secondi emozionanti. Ci sono voluti due anni di lavoro intenso e gli ultimi due mesi sono stati una vera e propria corsa contro il tempo”.

Alla fine del 2007, durante il volo di qualifica di Vega, il compito dello Zefiro 9 sarà di garantire il proseguimento dell’ascesa del carico utile, fino all’inserimento in una traiettoria ellittica di bassa quota. Il motore si accenderà 217 secondi dopo il lancio, quando il lanciatore si troverà a 145 km di quota.. Zefiro 9 rimarrà acceso per 111 secondi, dando al lanciatore una velocità di 7,6 km/s e portandolo fino a Mach 13.3. è il più elevato numero di Mach che il lanciatore sarà in grado di raggiungere, aiutato dall’assenza di gravità oltre l’atmosfera terrestre.

Il contenitore di composito e i componenti del terzo stadio hanno una massa di circa 1 tonnellata e portano 10 tonnellate di propellente. Sono stati fatti grandi sforzi per ridurre al minimo la massa inerte della struttura del terzo stadio, perché ben 10 kg di propellente sono necessari per bilanciare ogni kg in più di massa inerte.

Dopo meno di tre ore dal test di accensione sono arrivati i risultati delle prima analisi, condotte sulle 20 misure più significative scelte nell’enorme mole di dati raccolti. Sulla base di questi risultati Avio è già stato in grado di dichiarare il buon esito dei test. Questo era il centesimo test di accensione del direttore della divisione test dell’Avio, Evaristo Porcù: è stata la miglior celebrazione possibile per il termine della carriera professionale.

Nel giro di tre giorni, il motore si sarà completamente raffreddato e l’area test sarà smantellata. Poi il motore sarà collocato in un container e immagazzinato, pronto per essere riportato via mare a Colleferro, il prossimo gennaio.

Il 20 gennaio i rappresentanti di Avio, ELV e del Vega Integrated Project Team dell’ESA discuteranno e analizzeranno i risultati definitivi dei test. In particolare si concentreranno sul comportamento dell’ugello e della protezione termica, due fra gli elementi più critici del motore per assicurarsi che il rivestimento termico si sia comportato come previsto e che l’ugello non si sia eroso troppo velocemente. Se i risultati saranno ritenuti soddisfacenti, inizierà la costruzione del modello di qualifica, in tempo per il secondo test nel settembre 2006.

Vega è un lanciatore di 30 metri a corpo unico, costituito da tre stadi a propellente solido e un modulo superiore a propellente liquido. Al momento del lancio, avrà una massa totale di 137 tonnellate, che gli permetterà di mettere in orbita un carico utile di 1500 kg. Progettato per lanciare satelliti di dimensioni medio-piccole in quelle orbite basse o polari utilizzate da molte missioni scientifiche e per l’osservazione della Terra, Vega rappresenta un complemento fondamentale nella proposta dei carichi utili che possono essere lanciati dallo spazio-porto europeo di Kourou.