Funzionamento missile tesina

1. Cenni storici

I primi razzi

I razzi furono utilizzati per la prima volta in Cina già a partire dal1232 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

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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 stimolarelo 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 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

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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

Il V-1 era un piccolo monoplano senza pilota alimentato da un motore ad

impulso jet. Il piano di volo (o missilistico) era stabilizzato e mantenuto da un

giroscopio controllato magneticamente che dirigeva il timone di coda. Quando

si raggiungeva la distanza predeterminata fino ad un massimo di 370 Km, un

sistema servomeccanico mandava l'aereo in picchiata verso l’obbiettivo.

Il V-2, creato dal Dr. Werner von Braun tra il 1938 e il 1942, fu il primo missile a

lungo raggio a propellente liquido ed aveva alettoni mobili sulle punte esterne

delle sue pinne. Queste pinne si utilizzavano per la guida ed il controllo

durante il volo nell'alta atmosfera, in cui avrebbe compiuto la maggior parte

del suo percorso. Il V-2 era costituito sistema di controllo suddiviso in due parti

principali: un sistema di riferimento direzionale costituito da un gruppo

giroscopico per controllare l'assetto del missile; un accelerometro in grado di

percepire le variazioni di accelerazione lungo l'asse di spinta del missile

integrandoli, per regolare il motore affinché raggiungesse una determinata

velocità fino ad una distanza massima di circa 350 Km.

In sostanza, il sistema impiegato dalle V-2 è stato il primo esempio di guida

inerziale, su cui si basano tuttora i moderni missili che raggiungevano.

Le possibilità di un ulteriore sviluppo

Dopo la guerra gli Stati Uniti e l'Unione Sovietica si serrarono in una lunga

guerra fredda costituita principalmente da operazioni di

spionaggio e propaganda. L'esplorazione spaziale e la tecnologia dei satelliti

artificiali confluirono in questa competizione su entrambi i fronti:

l'equipaggiamento satellitare poteva infatti spiare una nazione nemica mentre i

successi spaziali potevano invece propagandare le capacità scientifiche

acquisite e il potenziale militare. Gli stessi missili che erano in grado di inviare

un uomo in orbita o colpire un particolare punto della Luna potevano anche

inviare un'arma nucleare su una città nemica. Gran parte dello sviluppo

tecnologico richiesto per i viaggi spaziali era applicato anche ai missili militari

come i missili balistici intercontinentali. Analogamente alla corsa agli

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armamenti, i progressi spaziali vennero interpretati come un indicatore delle

capacità economiche e tecnologiche, dimostrando la superiorità dell'ideologia

appartenente ad una data nazione; il 20 luglio del 1969 l’americano Neil

Armstrong fu il primo astronauta a sbarcare sulla Luna. La tecnologia spaziale è

Dual-use,

infatti del tipo essendo in grado di raggiungere sia obiettivi pacifici

che militari.

2. La realizzazione di un missile

Indipendentemente dal tipo di missile, il programma di sviluppo è suddiviso in

diverse fasi di progettazione e di analisi. La realizzazione di un missile inizia

con la formulazione del concetto, dove si analizzano uno o più metodi di

orientamento e si esamina la loro fattibilità e la compatibilità con gli obiettivi

complessivi del sistema e dei vincoli. I progetti superstiti sono poi confrontati

quantitativamente, e una linea di base viene adottata. Vengono generati e

studiati i parametri, tutte le caratteristiche del missile e il suo funzionamento

mediante tecniche di analisi e di simulazione. Solo successivamente viene

avviata la progettazione analitica di prototipi e raffinati tutti gli algoritmi che

permettono il funzionamento del missile.

Questa fase di progettazione prevede l'uso estensivo della teoria del controllo

feedback e l’analisi non lineare, sistemi dinamici non stazionari sottoposti a

input casuali. Infine, la determinazione delle fonti di errori e la loro influenza nel

sistema di controllo sono di fondamentale importanza nel definire le specifiche

di progettazione e realizzando un velivolo ben equilibrato.

3. Classificazione dei missili: Missili tattici e

balistici

I missili possono essere suddivisi in due categorie: (1) missili tattici, o missili

guidati, e (2) i missili balistici (non guidati), o missili strategici. Missili guidati e

non guidati possono essere definiti come segue:

Missili tattici

Missili tattici fanno parte dell’aeronautica missilistica guidata. Possono essere

definiti come veicoli aerospaziali con diversi gradi d’orientamento e utilizzano

la portanza aerodinamica per controllare la direzione del volo mediante una

configurazione alata che consente di colpire bersagli fissi o in movimento

altamente manovrieri dopo il lancio approssimativo verso l’obbiettivo. Il

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puntamento può avvenire in modo automatico o radioguidato da postazioni a

terra.

I tipi di missili tattici impiegati contro gli aerei si distinguono in: missili aria-

aria(AA) o aria–intercettore (AIM) e missili terra-aria (SAM). Sono lanciati da

aerei da caccia, o da piattaforme a terra. Inoltre, questi missili impiegano

sofisticate contromisure elettroniche ECM (dall’inglese Electronic

Countermeasure) realizzate con dispositivi che generano elettronicamente falsi

bersagli, progettati per oscurare o ingannare radar, sonar o altri sensori di

ricerca o di puntamento, che utilizzano gli infrarossi o i laser.

Tipicamente i missili tattici includono i seguenti sistemi: (1) un sistema di

propulsione, (2) la sezione della testata, (3) un sistema di guida, e (4) uno o più

sensori (ad esempio, radar, sensori ad infrarosso, ottiche elettriche, laser e

giroscopi). Il sistema di guida a pilota automatico, che attua gli adeguati

aggiustamenti, porrà il missile sulla corretta traiettoria che intercetterà il

bersaglio.

La guida dei missili

La guida di un missile può essere (1) attiva, (2) semiattiva, o (3) passiva.

1. Missili ad orientamento attivo sono in grado di dirigersi in modo

autonomo sul bersaglio dopo averlo agganciato. Questi missili fanno