Retroscena

Ecco cosa si cela in Heidi – Svizzera, nazione spaziale, episodio 2

Martin Jud
16.03.2020
Traduzione: Leandra Amato

Dopo l'atterraggio di fortuna di TELL, gli studenti si rimboccano le maniche e costruiscono un secondo razzo. Nasce HEIDI e quasi ogni sua parte viene sviluppata dal team stesso.

Dopo TELL è la volta di HEIDI. Il secondo razzo del team ARIS dovrebbe essere l’ancora di salvataggio e rendere tutto migliore alla più grande competizione ingegneristica del mondo per la costruzione di razzi: la Spaceport America Cup,.

Se hai perso il primo episodio, l’esplosione del razzo TELL, e vuoi sapere quali sono gli obiettivi dell’iniziativa accademica aerospaziale svizzera (ARIS), ecco il primo episodio:

  • Retroscena

    Tell decolla– Svizzera, nazione spaziale, episodio 1

    di Martin Jud

Il razzo HEIDI: secondo round – e rinforzo del personale

Paul Prantl, nato nel 1993, è già uno dei veterani della squadra. È uno studente di master in ingegneria meccanica e si è unito al progetto missilistico tre mesi prima del lancio di TELL. Inizialmente Paul era responsabile della struttura e della costruzione leggera del razzo. Oggi lavora come ingegnere di sistema ed è responsabile di garantire che tutte le interfacce e le parti del progetto vadano d’accordo tra loro. Ha accettato di parlarmi del progetto HEIDI dal suo punto di vista personale.

Tra gli studenti dell'ARIS sono rappresentate in totale otto nazionalità. Con Paul c'è anche l’Austria.
Tra gli studenti dell'ARIS sono rappresentate in totale otto nazionalità. Con Paul c'è anche l’Austria.
Foto: ARIS

Nel giugno 2018, non ha saputo subito del fallimento di TELL. Stava ancora ballando al Southside Festival in Germania. Purtroppo, la rete di telefonia mobile si è interrotta durante il festival, per cui è venuto a conoscenza dell'insuccesso solo due giorni dopo:

«All'inizio ho provato solo compassione per la squadra. Poi mi sono chiesto cosa è andato storto. Solo dopo ho pianto per il bel razzo».

Ma gli studenti non rimangono con le mani in mano a lungo, perché grazie a TELL hanno una buona base per un secondo progetto. Voglio sapere da Paul come gli studenti stanno affrontando un nuovo progetto missilistico:

«Nel settembre 2018, il team ARIS – composto da studenti di ETH, HSLU e ZHAW – si è riunito per la prima volta per il progetto HEIDI. Abbiamo elaborato un concetto iniziale e ci siamo dati tempo fino alla fine di ottobre per perfezionarlo e sviluppare progetti alternativi. Poi è seguita una prima revisione del concetto; abbiamo presentato le nostre idee ai professori e agli sponsor – tutti nostri partner. Erano presenti, tra gli altri, rappresentanti di Ruag Space, Sauber Aerodynamics e Maxon Motor».

Disegno concettuale di un razzo.
Disegno concettuale di un razzo.

«Grazie al feedback positivo della Concept Review, a novembre abbiamo iniziato a lavorare su un design dettagliato per ogni sottosistema. All'inizio di dicembre è seguita la Critical Design Review, dove abbiamo mostrato e discusso i disegni CAD del razzo. In seguito abbiamo completato i disegni sulla tecnologia e sul design sulla base del feedback. Questo doveva essere fatto prima di Natale, in modo che i nostri potenziali sponsor potessero essere contattati e informati a gennaio».

A proposito, la squadra costruisce sempre il razzo in duplice copia per poter ripiegare sulle sostituzioni nel peggiore dei casi. Il progetto complessivo comprende anche lo sviluppo di un propulsore, che sarà utilizzato per la prima volta nel 2021. Il costo totale annuo di ARIS è stimato a CHF 300 000. Tale importo comprende anche i pezzi prodotti e i servizi sponsorizzati. Ad esempio, la Sauber Aerodynamics supporta il progetto fornendo la galleria aerodinamica di Formula 1.

HEIDI in dettaglio: ecco come viene costruito il razzo

Parallelamente alle richieste di sponsorizzazione, nel gennaio 2019 inizia anche l'attuazione dei piani per il razzo finito. Il progetto è suddiviso tra piccoli gruppi specializzati. Tutti sanno esattamente cosa fare. Tuttavia e nonostante il grande divertimento a lavoro, la costruzione e la programmazione sono tutt'altro che un gioco da ragazzi. Non è raro che gli studenti lavorino volontariamente fino a tarda notte. Succede, quando il lavoro è bello come un hobby da un lato e quando l'atmosfera della squadra è molto familiare dall'altro.

La costruzione di HEIDI procede bene, anche grazie all'esperienza del progetto TELL. Il secondo razzo ARIS viene completato a metà marzo 2019.

HEIDI è lungo 278 centimetri e ha un diametro di 15 centimetri. Sono previsti quattro chilogrammi per il carico utile costituito da tre esperimenti. Il razzo pesa 24 chilogrammi. Dalla struttura e le pinne all’aerofreno, al controller e al sistema di recupero con due paracadute – tutto, tranne il motore del razzo, è sviluppato dal team internamente.

Le pinne (fins)

Le tre pinne all'estremità del razzo sfruttano la corrente d'aria durante il volo. Sono un importante elemento di controllo che porta il razzo in rotta, lo mantiene e ne stabilizza il volo. Finché il razzo rimane nell'atmosfera terrestre, le pinne impediscono che si allontani dal suo percorso. Nello spazio, i razzi richiedono ulteriori strumenti di controllo a causa della mancanza di atmosfera.

Propulsore di Aerotech (motor)

L'unico sviluppo esterno del razzo è il propulsore, un Aerotech M2400 a combustibile solido, che dovrebbe spingere HEIDI esattamente a 10 000 piedi (3048 metri), in combinazione con gli aerofreni. Il tempo di combustione del motore è di soli 3,3 secondi. La velocità massima prevista è di 1000 km/h. In termini di confronto: una Lotus Exige Cup 430 raggiunge i 100 km/h in 3,3 secondi.

Il razzo volerà quindi con un'accelerazione dieci volte superiore a quella di un'auto sportiva appena sotto la barriera del suono (1062 km/h). La forza massima prevista del motore è di 3400 Newton. Si tratta circa della stessa forza che si dovrebbe usare per tenere in aria una cabina da funivia da 8 persone che pesa 340 chilogrammi. Per quanto riguarda l'accelerazione, sono previsti fino a 11 g. Se consideri che una persona che non è stata appositamente addestrata può perdere i sensi da soli 5 a 6 g, 11 g sono un peso enorme. A proposito, un pilota militare deve resistere fino a 9 g per un breve periodo di tempo.

Aerofreni (air brakes)

Affinché il razzo raggiunga l'altitudine di destinazione predefinita nel modo più preciso possibile, ha bisogno di aerofreni. Gli aerofreni del razzo sono paragonabili agli ipersostentatori di un aereo. Quando si estendono, aumentano la resistenza dell'oggetto volante, riducendone la velocità.

Tutto – tranne il propulsore – è stato sviluppato internamente compreso il sistema di aerofreni.
Tutto – tranne il propulsore – è stato sviluppato internamente compreso il sistema di aerofreni.
Foto: ARIS

Avionica (avionics)

L'avionica contiene, oltre al sistema di recupero, tutta l'elettronica necessaria per il controllo del razzo: i sistemi di controllo di volo, compreso l'autopilota, i sistemi di comunicazione, i dispositivi di navigazione, i sensori e altri sistemi di missione.

L'avionica prende posto in questa piccola scheda.
L'avionica prende posto in questa piccola scheda.
Foto: ARIS

Elettronica di recupero e paracadute (recovery electronics & parachutes)

Poiché il razzo dovrebbe essere riutilizzabile, ha bisogno di un sistema di recupero (recovery system). Si tratta di componenti elettronici e fisici che aprono due paracadute in momenti prestabiliti.

Prima si apre il parafreno (paracadute frenante) per stabilizzarsi. Poi, a 400 metri, si apre il paracadute principale, che accompagna il razzo dolcemente a terra. La forza d'urto dei paracadute non deve essere sottovalutata. La costruzione deve essere in grado di resistere a 1,2 kN per il parafreno, e 5,6 kN per il paracadute principale.

Punto di separazione (separation point)

Una volta che il razzo ha raggiunto l'altitudine di destinazione, viene diviso in due parti nel punto di separazione per rilasciare i paracadute.

Cubesat (experiments)

Un cubesat è uno standard mondiale per satelliti miniaturizzati e a basso costo. HEIDI ha spazio per tre di questi cubesat. Per la Spaceport America Cup i tre posti saranno occupati da tre esperimenti di alto valore scientifico.

A bordo ci sono i seguenti esperimenti:

  1. «Blindsight Experiment» di un ingegnere elettronico dell'ETH: calcolare la traiettoria di volo utilizzando sensori di accelerazione.
  2. «Zero G Microsope Experiment» di un ingegnere meccanico dell’HSLU: analisi di cellule animali (cellule della cartilagine bovina) ad alta accelerazione.
  3. «Clean Energy Experiment» di un fisico dell’ETH: generazione di energia attraverso le vibrazioni.

HEIDI: sopravvivrà al volo di prova?

È fantastico che anche le cellule della cartilagine bovina siano state esaminate all’interno di HEIDI a circa 11 g. Vorrei saperne di più su questo e sugli ulteriori esperimenti, ma devo rimandare. Il fulcro di questa storia è infatti HEIDI. E la sua storia finisce brillantemente.

Per fortuna gli studenti e Paul hanno molta resistenza per raccontarmi tutto nei minimi dettagli. Ignaro del fatto che presto mi commuoverò e piangerò guardando il video del volo finale di HEIDI, mi metto comodo, mangio un orsetto gommoso fatto di gelatina di manzo, premo play sul registratore audio e ascolto i racconti di Paul sulla terza parte.

Prima di andare negli Stati Uniti, HEIDI deve fare altri test.
Prima di andare negli Stati Uniti, HEIDI deve fare altri test.
Foto: ARIS

Scopri come si comporta il razzo nella galleria aerodinamica di Formula 1 e durante i voli di prova nel terzo episodio – e anche come HEIDI fa arrabbiare ma allo stesso tempo riempie tutti di orgoglio.

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La mia musa ispiratrice si trova ovunque. Quando non la trovo, mi lascio ispirare dai miei sogni. La vita può essere vissuta anche sognando a occhi aperti.


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