SpaceShip One, Laboratorio tesi di laurea

In caso di avaria, il pilota potrà così disporre di una miriade di ridondanze, ottenendo un margine di

sicurezza estremamente elevato.

Una volta attivato l’assetto “Feather”, la parte posteriore dell’ala e i bracci di coda si innalzano fino ad

assumere un angolo di 65° rispetto all’asse longitudinale del velivolo. Questa configurazione, oltre ad

essere molto elegante, consente di ottenere numerosi vantaggi. Primo fra tutti è sicuramente la forte

decelerazione che fornisce fin dagli strati più alti dell’atmosfera. L’esposizione del ventre della fusoliera e

della parte anteriore delle semiali al flusso d’aria crea un enorme aumento della resistenza aerodinamica.

Maggiore sarà la superficie del velivolo esposta durante il volo, maggiore sarà la forza che le molecole

d’aria eserciteranno su di essa. In questo modo la velocità decrescerà molto rapidamente e il

surriscaldamento verrà contenuto entro livelli accettabili. Il moto della navicella proseguirà su una

traiettoria inclinata di circa 60° rispetto al suo asse longitudinale.

Un’altra importante caratteristica dell’assetto “Feather” è rappresentata dalla sua capacità di adattarsi sia

al volo subsonico che a quello supersonico. Non dimentichiamoci che lo Spaceship One transita in modo

continuo da un regime di volo all’altro. La Scaled Composites ha inoltre ritenuto necessaria la costruzione di

un unico componente per la configurazione di rientro. La parte posteriore dell’ala e i bracci di coda sono

stati realizzati in modo tale che potessero costituire un pezzo integrato, garantendo il suo totale

sollevamento in ogni circostanza. Questa scelta ha contribuito notevolmente a fortificare l’intera struttura

alare, rendendola più adattabile ai vari regimi di volo.

Tier One Navigation Unit

Il volo dello Spaceship One deve essere effettuato con estrema precisione. Se il pilota non si attenesse alla

traiettoria prescritta, la navicella andrebbe fuori rotta e si correrebbe il rischio di non raggiungere la quota

desiderata o, addirittura, di non poter effettuare l’atterraggio nel luogo designato. La strumentazione di

bordo deve quindi fornire delle informazioni di posizione molto dettagliate. Questa delicata operazione può

essere svolta unicamente dall’avionica, ovvero da tutti quei sistemi in grado di elaborare i dati contenuti

nelle onde elettromagnetiche. Gli ingegneri della Scaled Composites non potevano di certo usufruire dei

sistemi avionici utilizzati dagli aeromobili, che effettuano le attività di volo all’interno dell’atmosfera

terrestre. Hanno così deciso di sviluppare una strumentazione che si potesse adattare alle esigenze del

pilota, in seguito chiamata TONU (Tier One Navigation Unit). Questo sistema è composto da due

componenti principali: il System Navigation Unit (SNU) e il Flight Director Display (FDD).

Il primo costituisce il cervello di tutta l’avionica. Fornisce le informazioni di posizione e di navigazione,

servendosi sia di un GPS (Global Positioning System) che di un INS (Inertial Navigation System). Entrambe le

strumentazioni sono in grado di ottenere autonomamente tutti i dati di volo necessari al pilota. La loro

presenza simultanea ha la sola funzione di assicurare una maggior precisione delle informazioni.

Il sistema SNU ricava tutti i dati relativi agli spostamenti lungo gli assi del velivolo, esprimendo le

accelerazioni subite dalla navicella e i suoi movimenti di beccheggio, rollio e imbardata. Tutte queste

informazioni vengono mostrate al pilota grazie ad un schermo a cristalli liquidi che costituisce il Flight

Director Display. La sua progettazione si è ispirata moltissimo ai “glass-cockpit” utilizzati dai velivoli più

moderni. Questi sistemi sono essenzialmente costituiti da un elaboratore in grado di raccogliere tutti i dati

relativi al volo e di mostrarli al pilota attraverso un unico schermo. In questo modo si può rappresentare la

situazione dell’aeromobile senza installare all’interno del cockpit una miriade di strumenti analogici che

possono indurre in errore con maggiore facilità. Il Flight Director Display dispone di molteplici modalità di

visualizzazione dei dati, ognuna corrispondente ad una precisa fase di volo. Il dispositivo esegue

l’aggiornamento della modalità in modo completamente automatico, pur non essendo negata al pilota la

possibilità di gestire manualmente la strumentazione qualora ne avesse la necessità. Si potrà quindi

disporre in ogni circostanza di parametri quali l’assetto del velivolo, la velocità e la posizione rispetto alla

traiettoria da seguire.

Il sistema FDD, grazie ai dati forniti dall’elaboratore, è in grado di rappresentare la traiettoria di volo dello

Spaceship One rispetto ad una sfera terrestre rappresentativa. La posizione della navicella è rappresentata

dalla “green apple”, ovvero da un cerchio verde di modeste dimensioni che ricorda molto la forma di una

mela. Il pilota, per seguire la corretta traiettoria, dovrà fare in modo che la “green apple” sia sovrapposta il

più possibile alla “red donuts”, ossia al punto che rappresenta la posizione ideale dello Spaceship One.

La denominazione di questo secondo cerchio è dovuta alla sua somiglianza con una ciambella di colore

rosso. È bene ricordare che tutti i parametri di volo vengono costantemente registrati dal sistema SNU, che

provvederà al loro invio a terra attraverso un apposito canale radio. Le informazioni vengono

successivamente elaborate dal centro di controllo della Scaled Composites, che fornirà assistenza

all’equipaggio in caso di necessità.

Sul Flight Director Display vengono visualizzati strumenti quali l’anemometro, il Machmetro, l’altimetro e

l’Energy Altitude Predictor. Quest’ultimo rappresenta un tipologia di strumentazione che non viene

utilizzata dai velivoli atmosferici. Basandosi essenzialmente sulla velocità ascensionale e sulla spinta del

motore a razzo, può fornire delle precise indicazioni al riguardo della quota che la navicella raggiungerebbe

nel caso di un immediato arresto del motore. Questo strumento viene quindi utilizzato per stabilire quale

sia il momento più opportuno nel quale disporre il suo spegnimento. La strumentazione TONU visualizza

anche una panoramica dettagliata della condizione operativa del motore, dell’assetto “Feather” e del

Reaction Control System.

Le fasi del volo

Il volo dello Spaceship One si articola in dieci differenti fasi:

 decollo passivo con aggancio al White Knight

 traino fino alla quota di lancio

 separazione dalla “navicella madre”

 salita supersonica verso lo spazio

 raggiungimento dell’apogeo

 caduta libera

 rientro supersonico nell’atmosfera

 discesa con assetto “Feather”

 veleggiamento verso la pista

 atterraggio orizzontale

Dal decollo al rilascio

Prima della partenza, lo Spaceship One viene adeguatamente assicurato al ventre del White Knight. La

navicella verrà quindi agganciata ad un pilone dotato di due ganci, uno anteriore e uno posteriore. La

struttura di sostentamento è situata sul ventre del White Knight e costituisce l’alloggio dei condotti di

riscaldamento destinati alla navicella. È bene ricordare che lo Spaceship One non dispone di un proprio

sistema di riscaldamento dell’aria, sfruttando a tal fine il flusso caldo proveniente dai motori turbofan della

“navicella madre”. Il solo aggancio della fusoliera non è sufficiente a garantire la completa immobilità del

velivolo. Le ali verranno quindi assicurate a due tiranti, posti su ciascuna semiala del White Knight.

Terminato il processo di aggancio, il White Knight potrà procedere alla fase di rullaggio, attraverso la quale

si dirigerà verso la testata pista designata per il decollo. Una volta raggiuntala, l’equipaggio potrà dare inizio

al volo, previa autorizzazione da parte dell’ente ATC. Il White Knight, sotto la spinta dei due motori

turbofan, comincerà a muoversi sulla pista con una velocità sempre crescente. Nel momento in cui le ruote

del carrello si staccano da terra, il pilota aziona la cloche, tirandola verso di sé. L’aeromobile eseguirà una

cabrata che gli consentirà di abbandonare definitivamente il suolo. Anche se il peso totale del White Knight

viene notevolmente aumentato dalla presenza della navicella, la corsa di decollo non subisce variazioni

significative. Bisogna infatti tenere presente che anche lo Spaceship One è dotato di ala, perciò saranno due

le superfici che creeranno la portanza necessaria al decollo.

La “navicella madre” manterrà invariata la propria prua per una distanza di circa 40 miglia nautiche,

raggiungendo così lo spazio aereo riservatole dalle FAA (Federal Aviation Authorities). Quest’area viene

momentaneamente interdetta a tutti gli aeromobili, in modo tale da consentire la salita del White Knight

verso la quota di lancio, stabilita intorno ai 47000 ft. Più ci si innalza nell’atmosfera e più l’aria diventa

rarefatta. Ciò rappresenta sicuramente un vantaggio per lo Spaceship One, che dovrà fronteggiare una

minore resistenza aerodinamica durante il raggiungimento dello spazio suborbitale. Il motore dovrà

erogare meno potenza, consumando una minor quantità di carburante e risparmiando sui costi del volo.

Per avere un’idea di quanto possa diminuire la densità dell’aria a quella quota, basta pensare al fatto che al

di sotto di essa è presente l’85% dell’intera atmosfera.

Il White Knight, libero da qualsiasi genere di impedimento, inizia la sua fase di salita, muovendosi a spirale

con un rateo di circa 700 ft al minuto. Nel frattempo l’equipaggio dello Spaceship One non rimane di certo

con le mani in mano. La navicella deve essere opportunamente assettata per il rilascio. Il pilota dovrà quindi

ruotare di 10 gradi i piani orizzontali di coda, conferendo al velivolo un assetto cabrante. Così facendo si

scongiura il rischio di un’improvvisa picchiata durante il distacco e si predispone la navicella ad assumere la

corretta traiettoria di salita nel momento in cui si attiva il motore. Giunto alla quota prevista, il pilota deve

iniziare la sequenza di attivazione del dispositivo di rilascio. Una spia luminosa di colore giallo si accenderà

nel cockpit del White Knight, avvertendo il suo equipaggio dell’avvenuta operazione. Il procedimento dovrà

proseguire a bordo della “navicella madre”, dove si provvederà alla disattivazione dei sistemi di ritenuta.

Un’ulteriore segnale luminoso di colore giallo segnalerà la loro inoperatività e si potrà procedere con il

lanci