Funzionamento missile tesina

Come funziona un missile

Francesco Cervetto

Classe 5Be IIC Calvino

Anno scolastico 2013/14

“Il missile ha funzionato perfettamente … è solo atterrato nel pianeta sbagliato” Wernher von Braun

1

Indice

1. Cenni storici.

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pag. 3

I primi razzi

Lo sviluppo dei missili nella prima metà del ‘900 ed il fondamentale contributo tedesco

I missili V-1 e V-2

Le possibilità di un ulteriore sviluppo

2. La realizzazione di un missile

………………………………………………………………………………… pag. 5

3. Classificazione dei missili: missili tattici e balistici

…………………………………………………………………………………………………. pag. 6

Missili tattici

La guida dei missili

Missili balistici

Sistema di navigazione inerziale (INS)

4. Determinazione della traiettoria di un missile balistico

………………………….. pag. 8

Traiettoria

5. Gli errori balistici

…………………………………………………………………………………………………… pag. 11

6. Il sistema di controllo durante la fase atmosferica

…………………………………………………. pag. 11

7. Tecniche di orientamento

…………………………………………………………………………………………………… pag. 12

8. Rientro atmosferico

……………………………………………………………………………………………… pag. 14

2

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Fonti:

“Missile Guidance & Control Systems” di George M. Siouris (Libro tecnico/specialistico)

“Wikipedia” (enciclopedia libera) 3

1. Cenni storici

I primi razzi

I razzi furono utilizzati per la prima volta in Cina già a partire dal 1232 a.C. Nati come rudimentali fuochi d’artificio per allietare le feste, trovarono in seguito un utilizzo bellico. Si trattava di frecce infuocate lanciate come missili non guidati usati per respingere gli assedianti mongoli dalle città cinesi. Erano ordigni primitivi impostati per esplodere automaticamente vicino al bersaglio con lo scopo di provocare grande scompiglio tra le forze nemiche, considerando che la loro potenza distruttiva era molto limitata. Le frecce infuocate erano dispositivi dotati di polvere da sparo e shrapnel. Col passare del tempo si comprese che queste nuove armi avrebbero assunto un ruolo fondamentale nel sistema difensivo di ogni esercito. Tuttavia non si era ancora in grado di programmare le traiettorie dei proiettili, la distanza che potevano raggiungere e la loro efficacia. Lentamente nel corso dei secoli il razzo è stato perfezionato attraverso la ricerca e lo sviluppo di nuove tecniche trasformandolo da arma rudimentale, principalmente dimostrativa, ad ordigno bellico ad alta prestazione ed efficacia.

In Europa il primo studio scientifico sulla propulsione dei razzi si deve all’ingegnere militare francese Amédée Frézier, che nel 1706 scrisse il “Trattato sui fuochi d'artificio”, approfondendone la fabbricazione per l’uso cerimoniale. In campo bellico, un particolare contributo venne dato dal colonnello inglese William Congreve agli inizi del 1800. Egli sperimentò un nuovo tipo di razzo in sostituzione a quelli di bambù alimentati dalla polvere da sparo adottati dall'India nelle guerre del Mysore (1766-1799) contro le mire espansionistiche britanniche. Congreve riuscì a mettere a punto un tipo di razzo di quattordici chilogrammi di peso, con una gittata di oltre tre chilometri e costituito da un rivestimento in lamiera di ferro contenente una carica da tre chilogrammi di materiale incendiario, montato su un'asta direzionale detta "di coda", lunga quattro metri, indispensabile per stabilizzarne la traiettoria. Essi vennero usati, per la prima volta, in due battaglie navali della marina inglese contro la flotta francese a Boulogne-sur-Mer, in Francia (1805-1806), e nelle successive guerre napoleoniche. In poco più di 30 minuti, la flotta inglese scagliò oltre 200 razzi sulle navi francesi ed il porto adiacente provocando ingenti danni. Il grande successo ottenuto spinse il Parlamento del Regno Unito a costituire apposite compagnie militari per l’uso dei razzi in battaglia che divennero, a partire dalla metà del 1800, delle componenti essenziali dell’arsenale bellico.

Quest’arma fu perfezionata nel 1844 quando William Hale, altro inventore inglese, modificò il disegno stesso del razzo così che la spinta fosse leggermente vettorizzata per causarne una rotazione attorno al proprio asse in base alla direzione del moto, come analogamente avveniva per i proiettili. Con il razzo Hale si rese superflua l’asta posta alla base, diminuendo così l’attrito con l’aria da essa prodotto e migliorandone la precisione. La gittata dei razzi venne ulteriormente aumentata nel 1865 ad opera del colonnello inglese Edward Boxer, il quale ebbe l'idea di assemblare due razzi uno dietro l'altro nello stesso tubo di modo che si accendessero in sequenza.

Lo sviluppo dei missili nella prima metà del ‘900 ed il fondamentale contributo tedesco

Fu l’idea e lo sviluppo dell’aereo piuttosto che del razzo a stimolare lo studio dei missili, come sono noti oggi. Nel XX secolo, durante la Prima Guerra Mondiale, il tenente francese Yves Le Prieur inventò un razzo incendiario da montare sugli aerei per abbattere i palloni aerostatici e dirigibili nemici. I razzi di Le Prieur furono usati dalle Forze Armate francesi e inglesi, ma risultarono ancora piuttosto imprecisi e il loro uso venne abbandonato in favore di un nuovo tipo di pallottole esplosive.

I razzi moderni nacquero grazie a Robert Goddard, scienziato statunitense finanziato nel 1917 dallo Smithsonian Institution. Egli collegò un ugello di de Laval, o più comunemente ugello convergente-divergente, alla camera di combustione di un motore di un razzo, raddoppiando la spinta e aumentandone enormemente l'efficienza, permettendo di raggiungere velocità pari a quella del suono. Tale dispositivo, costituito da un tubo avente una strozzatura centrale, era simile ad una clessidra asimmetrica. Il suo funzionamento a regime permetteva di accelerare fino a velocità supersoniche, accumulando e poi convogliando il flusso del gas caldo di scarico in modo da trasformare la sua energia termica e di pressione in energia cinetica. Nel 1926 il dottor Goddard riuscì a sparare un razzo a propellente liquido (miscela di idrogeno ed ossigeno in forma liquida). Il missile, non più grande di un braccio umano, raggiunse un’altezza di soli 14 metri in meno di mezzo secondo. Goddard proseguì con le sue ricerche in completo isolamento sviluppando un mezzo di controllo di guida tramite giroscopi e alettoni per stabilizzazione del razzo durante la fase di volo. Tuttavia a quell’epoca l’esercito americano non comprese le potenzialità di questo studio. Al contrario la Germania nazista approfondì le sue ricerche.

Il primo volo di un razzo a propellente liquido in Europa si verificò in Germania. Nel 1936 la Germania decretò l’inizio di un nuovo piano di sviluppo e di ricerca sui missili guidati, noto come "Progetto Peenemünde" dal nome della cittadina che ospitava il più importante sito di sperimentazione missilistico. Sotto la guida di Hermann Oberth, ricercatore di fisica applicata nel campo aereo-spaziale, si cominciarono a sviluppare nuove tipologie di missili. Questi studi in materia di guida missilistica durante la Seconda Guerra Mondiale (i più avanzati del loro tempo), trovarono applicazione nei missili V1 e V2, usati ampiamente da Adolf Hitler nell’ultimo periodo della Seconda Guerra Mondiale per generare terrore tra la popolazione della Gran Bretagna e disegnati dal barone ingegnere Wernher Von Braun. Considerato il più grande scienziato di tecnica missilistica ed aerospaziale della storia, Von Braun si trasferì nel dopoguerra negli Stati Uniti dove collaborò attivamente con la NASA progettando il super propulsore che portò la missione Apollo sulla Luna nel 1969.

I missili V-1 e V-2