STEP #04: Il principio fisico del razzo a propellente liquido

 

FUNZIONAMENTO DEL RAZZO A PROPELLENTE LIQUIDO

Partenza di un razzo a propellente liquido 

Il principio di funzionamento del razzo a propellete liquido, che gli permette di compiere viaggi spaziali, si basa sulla propulsione a razzo. Essa consiste nella combustione di propellenti all’interno del motore che, fuoriuscendo dall’ugello gasdinamico posto nella parte posteriore del razzo, producono una spinta tale da permettere al razzo di superare il proprio peso e vincere la forza di gravità. L’equazione del moto di un razzo nello spazio, chiamata equazione di Ciolkovskij è:

Legge di Ciolkovskij
Essa afferma che, per la legge di conservazione della quantità di moto, un corpo può accelerare semplicemente espellendo parte della sua massa in senso opposto a quello in cui si vuole l’aumento di velocità. Difatti, delta-v rappresenta l’aumento di velocità del razzo una volta azionata la combustione, ve rappresenta la velocità con cui il gas fuoriesce dall’ugello, mi rappresenta la massa totale iniziale e mf quella finale.

    Motore a razzo di un razzo a propellente liquido

La spinta richiesta dal razzo per poter compiere il viaggio si ha, come già accennato, per mezzo di una combustione nel motore a razzo. 

Questa tipologia di motore si differenzia da altri tipi di motori a reazione, detti anche respiranti, che basano la reazione sulla presenza di ossigeno atmosferico, in quanto esso, detto più propriamente endoreattore, non potendosi basare sull’ossigeno atmosferico, viene scelto poiché riesce a portare a bordo sia combustibile che comburente. La reazione si svolgerà quindi grazie alla miscela di combustibile e comburente, che, nel caso dei razzi a propellente liquido, è pertanto liquido. In questi razzi, infatti, il combustibile è solitamente l’ossigeno liquido mentre il comburente è solitamente il cherosene RP-1 che vengono tenuti separati fino alla camera di reazione. 

Funzionamento all'interno del motore a razzo
I vantaggi portati da questo tipo di motore si possono individuare nella capacità del razzo di esser spento e riavviato più volte in una stessa missione e di avere un buon controllo del rapporto di miscela. Come è successo per lo Space Shuttle e per il Falcon 9 i razzi a propellente liquido possono essere usati anche per più missioni. È importante anche sottolineare lo svantaggio legato al controllo del razzo, in quanto il propellente costituisce una parte molto importante della massa del velivolo e ne sbilancia il baricentro verso la parte posteriore causando la possibilità di perderne il controllo. Inoltre la progettazione dei razzi a propellente liquido è molto complessa in quanto il mezzo deve viaggiare ad un'alta velocità ed in un ambiente che richiede basse temperature.

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