SSTO
Un single-stage-to-orbit (o SSTO) è un veicolo spaziale progettato per raggiungere l'orbita senza l'uso di stadi aggiuntivi permettendo così di eseguire il costo di utilizzo del solo carburante per raggiungere l'orbita, al momento ancora non esistono veicoli con queste capacità, dato che tutti gli aerei destinati all'utilizzo nell'orbita terrestre raggiungono tale orbita solo tramite vettori aggiuntivi come per lo Space Shuttle
le principali difficoltà che ostacolano la progettazione di questi veicoli sono le necessità di raggiungere alte velocità in poco tempo necessarie per ottenere una Orbita terrestre bassa (LEO) e la giusta quantità di propellente per poter permettere al velivolo di accendere il motore per il tempo necessario
La sfida più impegnativa di un SSTO è quella di attraversare tutti gli strati dell'Atmosfera terrestre, su altri corpi celesti con minor densità atmosferica o con addirittura nessuna Atmosfera, la difficoltà è minore, esempio sono i vari moduli LEM che dalla superficie lunare sono riusciti a ottenere un orbita senza l'ausilio di stadi ausiliari
Storia
Nelle prime progettazioni di veicoli spaziali, gli SSTO erano raramente presi in considerazione viste le difficoltà nella progettazione dato che i primi programmi spaziali nacquero nel periodo della guerra fredda ove i concorrenti non avevano ancora ne le conoscenze adatte, ne le competenze per la progettazione di un tale veicolo. I primi SSTO a differenza della concezione che abbiamo ora di essi erano semplicemente dei razzi che non avevano stadi diversamente da come accadeva dai rispettivi della stessa epoca, una delle prime idee portò alla progettazione dell' OOST (One stage-Orbital-Space-Truck) grazie a Phil Bono. Bono fu uno dei primi pionieri nella progettazione di veicoli riutilizzabili come metodo molto più economico per raggiungere orbite terrestri, con l'incentivo della ricerca militare, Bono inizio a studiare progetti di eventuali SSTO che potessero trasportare sia carichi per la costruzione in orbita sia truppe per intervento rapido in tutto il globo, ma se da prima l'idea era quella di creare un SSTO dalle basi, più tardi lo stesso Bono iniziò anzi a pensare ad un modulo che doveva rendere gli stadi superiori del Saturn IB un vero e proprio SSTO denominato come SASSTO (Saturn Application Single-Stage-To-Orbit) capace di portare in orbita una capsula Gemini con ben due persone a bordo.
Il SASSTO come punto di partenza
I progetti di SSTO furono successivamente abbandonati da Bono una volta concepito l'STS (Space-Transportaion-System) Space Shuttle: a Bono va comunque il merito di aver studiato anche solo le basi di quello che un SSTO dovrebbe possedere o riuscire a compiere.
Nel 1969 nella MBB (Messerschmitt-Bolkow-Blohm), il progettista D.Koelle usò come base per la progettazione di un nuovo SSTO per la ESA (Agenzia Spaziale Europea) il vecchio progetto del SASSTO di Bono arrivando a concepire il progetto BETA (Ballistisches Enistufiges Traeger-Aggregat) capace di avere un carico utile di circa un paio di tonnellate, nella ESA però il pensiero che la progettazione di un eventuale SSTO fosse inutile o anche solo molto dispendiosa portò all'abbandono della ricerca.
Nei primi anni settanta, sempre dall'eredità di Bono con il suo SASSTO, nacque il progetto Phoenix: fu il primo SSTO la cui dottrina dava più importanza a materiali leggeri rispetto ad una propulsione più efficente, inoltre questo SSTO era stato pensato per esser commercializzato a privati una volta sviluppato e testato il design, infatti il design cercava comunque di basarsi su tecnologie già esistenti per dare quindi la possibilità di creare un SSTO alla portata di possibili acquirenti esterni.
I progetti degli anni settanta
Nei primi anni settanta, uno dei più completi design di SSTO fu quello ideato da parte della Chrysler Corporation's Space Division la quale squadra, diretta da Charless Tharratt disegnò un accurato progetto di SSTO, chiamato SERV (Single Stage Earth-Orbital Reusable Vehicle)il quale raccoglieva la sfida di portare in un'orbita bassa come SSTO un carico utile pari a quello dello Space Shuttle, pur rimanendo un veicolo completamente riutilizzabile una volta ritornato sulla superficie. Questo veicolo fu uno dei primi ad avere la possibilità,grazie a multipli razzi di spinta che lavoravano in sinergia, di effettuare "l'hovering" prima dell'atterraggio dando così tempo al pilota di valutare il terreno su cui il razzo andava a posarsi, questa caratteristica era particolarmente utile nel caso l'SSTO fosse andato fuori rotta e avesse dovuto atterrare fuori dalla zona di atterraggio in terreni dove il terreno poteva presentarsi in certe zone. Il SERV però non vide mai l'impiego operativo a causa dei tagli ai fondi della NASA
Un caso controverso fu quello del design dell'ingegnere Edward Gomersall che ideo un SSTO senza pilota capace di supportare una continua esplorazione lunare, le alte sfere della NASA non videro assolutamente di buon occhio questa idea e la soppressero quando era ancora agli stadi iniziali, Gomersall fu addirittura allontanato in una sezione della NASA che non aveva nulla a vedere con veicoli spaziali.
In competizione con la famiglia dei Phoenix, l'ATV (Aereospace-Test-Vehicle) fu un SSTO progettato dal Marshall Space Flight Center Engineer George Detko il quale con una piccola cooperazione della NASA ideò un razzo che all'epoca influenzò tutti i progetti concorrenti, questo perchè il razzo aveva un GLOW (Gross Lift-Off Weight) di circa 50,000 lbs: molto più basso di un comune SSTO dell'epoca il che appunto stupì l'ambiente aereospaziale per come un progetto pur non finanziato da enti pubblici potesse essere più piccolo, meno complesso e comunque competitivo.
Le politiche energetiche del governo statuitense negli anni settanta, prevedevano una rete di SPS (Satellite Solar Power) in orbita intorno alla terra, la Boeing inizio il disegno di un SSTO capace di soddisfare le specifiche di tale impiego: l'SSTO risultato in effetti aveva un carico utile di circa 500,000 pounds, il progetto era stato ideato per avere due punti di forza: il primo consisteva nell'utilizzo di radiatori raffreddati ad acqua, il secondo, andando contro la comune idea che SSTO più grandi fossero meno complessi di quelli con dimensioni ridotte, prevedeva l'utilizzo di una doppia propulsione che permetteva una notevole diminuzione della quantità di propellente a bordo, entrambe queste caratteristiche furono successivamente utilizate nelle versioni più avanzate del Phoenix.
Gli anni ottanta
Con la nascita della Pacific American Launch Systems: che si concentrava soprattutto sulla creazione di SSTO VTOL la famiglia dei Phoenix conobbe un rilevante progresso ingegneristico, implementando numerose caratteristiche derivate dagli ultimi modelli di SSTO. Questa versione del Phoenix rendeva il razzo più compatto ed economico in fase di test, grazie all'utilizzo non di un singolo motore ma di ben 24 motori separati che essendo necessariamente più piccoli sono più facili ed economici sia da gestire che da testare di un singolo motore più grande e di conseguenza più problematico; uno dei punti di forza del razzo era l'utilizzo di un sistema di doppio propellente che rendeva il razzo molto più efficiente dei suoi predecessori.
Bibliografia
- (EN) Gary C.Hudson, History of the Phoenix VTOL SSTO and Recent Developments in Single-Stage Launch Systems, in Proceedings of 5th ISCOPS, vol. 77, Novembre 1991, pp. 329-351.
- (EN) Richard Varvill e Alan Bond, A Comparison of Propulsion Concepts for SSTO Reusable Launchers (PDF), in Wayback Machine (archiviato dall'url originale il 21 ottobre 2012).
