Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Sulle ali del Buran

immagine 1Se ci fossimo trovati sulla pista del cosmodromo di Baikonur il 15 novembre 1988, avremmo visto atterrare lo Shuttle dell’immagine qui accanto e ci saremmo certamente domandati perché mai un veicolo spaziale statunitense avrebbe dovuto atterrare in un cosmodromo sovietico.

(immagine 1)

Se avessimo potuto avvicinarci per chiedere spiegazioni ai piloti della navetta, avremmo scoperto che all’interno non c’era nessuno! I tecnici nei pressi della pista ci avrebbero allora spiegato l’arcano, con un sorrisetto di sufficienza: quella navetta spaziale così simile allo Shuttle statunitense era in realtà di costruzione sovietica, completamente automatizzata, cosa che all’epoca gli americani nemmeno sognavano. Il suo nome era quello del vento gelido e insistente che soffia  sulla steppa e, quando arriva sull’altopiano del Carso, accelera tra le doline e si abbatte su Trieste con lunghe velocissime raffiche. Noi lo chiamiamo Bora, i russi Buran.

Per comprendere come abbiano fatto i sovietici a sviluppare una navetta spaziale molto simile allo shuttle statunitense, dobbiamo fare un salto indietro di qualche anno. Siamo nel 1974 e nel programma spaziale sovietico avvengono grandi cambiamenti: la conquista della Luna non è più la priorità e quindi il razzo vettore N1-L3 viene cancellato dal programma dopo vari fallimenti. Gli USA stavano mettendo a punto una navetta spaziale parzialmente riutilizzabile, che oggi conosciamo come Shuttle, e l’Unione Sovietica non voleva perdere la parità militare con i suoi antagonisti, elemento fondamentale per scongiurare una possibile sconfitta sul campo, come enunciato nel cosiddetto principio della Mutua Distruzione Assicurata (MAD), uno degli assiomi della Guerra Fredda. I sovietici temevano infatti che gli USA volessero eventualmente utilizzare gli Shuttle per lanciare testate atomiche dallo spazio e colpire ogni punto della superficie terrestre in pochi secondi (1). Fu così che la corsa allo spazio mantenne i suoi rapporti con la politica e Mosca colse l’occasione per dimostrare la propria preparazione tecnologica e la capacità di essere ancora competitiva dopo il fallimento del vecchio programma spaziale.

Il programma denominato Sistema Spaziale Riutilizzabile (MKS) venne affidato al team della NPO Energia, che condusse dal 1974 al 1975 studi preliminari su una nuova tipologia di razzi spaziali sotto il coordinamento dell’ingegner Glushko. A differenza degli ingegneri statunitensi, quelli sovietici non avevano alcuna dimestichezza con i razzi a combustibile solido. Utilizzarono quindi quello già collaudato nel precedente razzo N1: combustibile liquido di ossigeno-cherosene per quattro razzi RD-170 nel primo stadio e un razzo alimentato ad ossigeno-idrogeno RD-0120 per il secondo stadio (2). Per la navetta furono ipotizzate diverse configurazioni: una senza ali a sezione conica;  un’altra dotata di ali ispirata al precedente progetto Spiral (3); infine un velivolo alato a forma di “croce”. Il primo modello a sezione conica sembrava essere il più semplice e versatile da alloggiare sulla parte superiore del razzo, con la libertà di inserire da quattro a sei razzi laterali a seconda delle missioni. L’atterraggio sarebbe avvenuto con un paracadute e retrorazzi nella fase finale (4).

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Dopo gli studi preliminari il governo autorizzò lo sviluppo del progetto Buran-Energia con il decreto 132-51 del 12 febbraio 1976 con il titolo “Sviluppo di uno MKS (sistema spaziale riutilizzabile) composto da razzi a stadi, aeromobili orbiter, sistema di rimorchiatore inter-orbitale, di orientamento, lancio e di atterraggio, strutture di montaggio e di riparazione, e di altre risorse correlate, con l’obiettivo di mettere in orbita a 200 km Nord-Est un carico utile di 30 tonnellate e 20 tonnellate per il ritorno“ (5). Il progetto doveva realizzare una navetta con carico utile superiore a quella statunitense e soddisfare i seguenti obiettivi per essere approvata definitivamente:

•    Impedire l’uso dello spazio per scopi militari
•    Ricerca per lo sviluppo militare, scientifico ed economico della nazione
•    Riuscire a portare in orbita cosmonauti, veicoli spaziali e forniture
•    Riuscire a portare in orbita 30 tonnellate a 200 km di altezza con un angolo di inclinazione di 50,7°, poter eseguire missioni in orbita di almeno una settimana di durata e poter rientrare in atmosfera con 20 tonnellate di carico
•    Sfruttare la tecnologia della navetta spaziale statunitense per migliorare la tecnologia spaziale sovietica.

In conseguenza a problemi tecnici riscontrati nell’uso della navetta senza ali a sezione conica, soprattutto nelle fasi di rientro, il decreto governativo sancì che il disegno aerodinamico dello shuttle statunitense era quello più idoneo. Esso era il frutto di un lungo lavoro di selezione attraverso ben 64 diverse configurazioni. Con la scelta di guardare al progetto della NASA si decise di inserire la navetta in posizione laterale rispetto al razzo e di utilizzare la configurazione di Energia con i quattro razzi laterali.

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Il 21 novembre 1977 il governo con il decreto numero 1006-323 deliberò la pianificazione del progetto. Si prevedeva un primo lancio di prova nel 1983, seguito da un secondo lancio ufficiale nel 1984, e lanci di routine per l’anno 1987, in coincidenza con il 70º anniversario dell’Unione Sovietica.
Nel 1978 venne completato il progetto tecnico di Buran e dal 1979 prese il via la produzione di modelli di prova (denominati BOR-4 e BOR-5, in continuità con le navette BOR-1, BOR-2 e BOR-3 del precedente progetto Spiral (6) ) con i quali, negli anni successivi, si eseguirono numerosi test di volo al fine di migliorarne le prestazioni.

Immagine 5(Immagine 5)

Nel dicembre del 1983 vennero anche realizzati modelli statici di Buran denominati con la sigla “OK-ML” (OK-ML-1 e OK-ML-2): il primo, nel 1983, doveva essere utilizzato per il primo lancio di Energia, ma servì solo per testare la movimentazione e i comandi; mentre il secondo, del 1984, venne destinato a collaudare l’integrazione dei sistemi di bordo.

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Nonostante alcuni test incoraggianti il programma registrò una brusca frenata proprio nell’anno 1983, in quanto vennero riscontrati alcuni problemi negli impianti elettrico, idraulico ed elettronico. Era chiaro che non si sarebbe potuto rispettare la tabella di marcia stabilita nel decreto del 1977.
Il 29 dicembre 1984 venne eseguito il primo volo di prova di un modello a grandezza naturale di Buran, chiamato BST-02 o OK-GLI, che poteva decollare e atterrare grazie a motori turboventola Ljul’ka AL-31 posizionati sulla coda.

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Il 15 maggio 1987 ebbe luogo il primo lancio del vettore Energia, che avrebbe dovuto mettere in orbita il veicolo spaziale Polyus. Tutto andò bene per Energia ma non altrettanto per Polyus, il quale era stato caricato sulla razzo in posizione ribaltata e avrebbe dovuto eseguire una manovra di 180° per tornare in posizione corretta. Sfortunatamente la navetta ruotò di 360°, cadendo nell’oceano Pacifico. Si susseguirono numerosi test di volo nel corso degli anni, in particolare la navetta OK-GLI ne effettuò 25, di cui 15 completamente automatizzati (7). Il primo volo di Buran-Energia era previsto per il 29 ottobre 1988 alle ore 6.23 di Mosca. Il 23 ottobre la navetta Buran venne portata sulla rampa di lancio Baikonur e il 26 ottobre la commissione tecnica si riunì per definire la data esatta della partenza. Il giorno 29, 51 secondi prima del lancio, nel momento in cui il controllo del conto alla rovescia passò al computer di bordo, un errore nel software interruppe la sequenza di lancio: il ritardo temporale di un giroscopio non aveva sganciato in tempo un cordone dal razzo alla rampa di lancio. Risolto il problema, il 15 novembre 1988 alle 6.00 di Mosca (03,00 GMT) ecco il primo lancio di Buran ed Energia, nonostante che le condizioni atmosferiche non fossero delle migliori. Buran con la sua massa di 79,4 tonnellate si separò da Energia raggiungendo l’altitudine di 154,2 km, eseguendo una manovra a 66,6 m/s, entrò in una nuova orbita tra i 251 e i 263 km dalla Terra. Successivamente, dopo aver compiuto un volo orbitale completo in 140 minuti a 775 m/s ed aver acceso i retrorazzi, la navetta atterrò perfettamente nella base di Baikonur 206 minuti dopo il lancio  (8).

Il volo di Buran fu eseguito in modo completamente automatico e fu uno dei maggiori successi del programma spaziale sovietico. Dopo 12 anni di sviluppo tra alti e bassi, il programma spaziale sovietico vantava la realizzazione di un progetto che poteva rivaleggiare con il programma Space Shuttle. Sfortunatamente quello sarà l’ultimo volo di Buran ed Energia. Il 29 dicembre 1989 venne eseguito a Baikonur l’ultimo test della navetta OK-GLI e qualche anno dopo, il 30 giugno 1993, Boris Yeltsin cancellò definitivamente il progetto Buran-Energia. Una delle motivazioni di questa scelta potrebbe essere stata la sopraggiunta disgregazione dell’Unione Sovietica. Un forte peso potrebbe averlo avuto il costo dell’intero progetto che, al momento della cancellazione, ammontava a 16,4 miliardi di rubli (9) (tenendo presente che l’intero programma Space Shuttle costò 192 miliardi di dollari (10). La fine ingloriosa della navetta Buran si concluse definitivamente il 13 maggio 2002, quando l’hangar di Baikonur in cui era conservata collassò su di essa, distruggendola. Una parte di Energia, invece, è oggi utilizzata nel razzo Zenit (11).

Caratteristiche tecniche e confronto con il progetto statunitense

Fin qui abbiamo visto la storia e alcune caratteristiche tecniche di Buran e del lanciatore Energia, ma ora vediamo un po’ più nel dettaglio queste caratteristiche al fine di confrontarle con quelle dello Space Shuttle.
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(Immagine 9-2)

Partiamo dai sistemi a razzo disponibili. Energia non era progettato per essere necessariamente accoppiato a Buran, e poteva quindi essere utilizzato anche in missioni e configurazioni diverse (13). La capacità di mettere in orbita carichi compresi tra 80 e 100 t, in configurazione normale, e 175 t in configurazione potenziata, faceva di Energia uno dei lanciatori più potenti e versatili. Un’altra differenza importante stava nell’alimentazione: lo Space Shuttle era alimentato a combustibile solido, mentre Buran a combustibile liquido. Questo permetteva al lanciatore sovietico di raggiungere una potenza maggiore e un più alto livello di sicurezza rispetto a quello statunitense perché l’attivazione delle sezioni a combustibile solido era data da piccole detonazioni, che in caso di guasto o malfunzionamento avrebbero potuto provocare incidenti devastanti, analoghi a quello del  Challenger (14).

Siccome Energia era progettato per funzionare indipendentemente dal trasporto di Buran, il serbatoio centrale ospitava dei razzi a propellente liquido di ossigeno-idrogeno, utili per portare la navetta spaziale in orbita bassa. Al contrario nello Shuttle statunitense i razzi per raggiungere l’orbita bassa erano alloggiati direttamente sulla navetta e alimentati dal serbatoio centrale, privo di motori. Questa configurazione riduceva la grandezza della stiva e rendeva la navetta parzialmente riutilizzabile. Buran possedeva comunque due motori alimentati ad ossigeno-cherosene, che potevano essere accesi per agevolare le manovre orbitali (15).

 

Immagine 8(Immagine 8)

Energia è stato progettato prevedendo la possibilità di un suo completo riutilizzo. Nel primo lancio del 1988 si equipaggiarono i razzi laterali con dei paracadute per il rientro in atmosfera. Per le missioni successive si prevedeva la progettazione di  Energia-2, dotato di razzi laterali con ali estensibili per planare fino a terra in maniera automatizzata, così come il serbatoio centrale dotato di ali a delta per atterrare automaticamente in aeroporto (16).

 

immagine9(Immagine 9)

Per quanto riguarda il confronto tra la navetta Buran e lo Shuttle, vi sono alcune sostanziali differenze nonostante la loro apparente somiglianza. Buran venne progettata per portare in orbita 30 t e riportarne a terra almeno 20 t, mentre lo Shuttle riusciva a portare in orbita 20 t e a terra solo 15 t. E questo perché Buran aveva una stiva più spaziosa, mentre lo Shuttle doveva trasportare il peso dei motori per la messa in orbita (17). Nella fusoliera del Buran c’era  spazio per il trasporto dai due ai quattro membri dell’equipaggio e fino a sei passeggeri, mentre nello Shuttle trovavano posto otto astronauti. Il rivestimento di piastrelle termiche venne studiato in maniera autonoma dagli ingegneri sovietici, ottenendo un rivestimento molto più efficace di quello dello Shuttle. Con l’elaborazione di software computerizzati si è stabilita la posizione migliore di ogni mattonella termica sulla fusoliera del Buran (18).

 

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Per la tecnologia di bordo gli ingegneri cercarono di emulare quella dello Shuttle, ma ne conoscevano solo i principi generali senza sapere come funzionassero nel dettaglio. Per questi motivi entrambe le navette producevano energia elettrica con celle a combustibile d’idrogeno e usavano idrazina per alimentare i sistemi idraulici di bordo. Questa convergenza tecnologica fu possibile solo perché gli ingegneri sovietici si fidavano del fatto che questi erano stati adottati con successo dagli ingegneri statunitensi. Perciò gli ingegneri sovietici dovettero cimentarsi in una sfida tecnologica molto complessa per raggiungere gli stessi risultati (19).
Il tratto distintivo di Buran era quello di riuscire a compiere missioni orbitali senza piloti: essendo completamente automatizzato poteva tornare nell’atmosfera e atterrare usando i computer di bordo. Questo suggerisce che i sovietici possedevano già una tecnologia informatica che ancora mancava agli statunitensi.
Infine il modo di trasportare Buran ed Energia sulla rampa di lancio era completamente diverso da quello dello Shuttle. Il primo utilizzava uno speciale vagone ferroviario e si trovava in una posizione orizzontale, mentre il secondo viaggiava su un cingolato di grandi dimensioni e in posizione verticale: di conseguenza il trasporto di Buran ed Energia era logisticamente più semplice e sicuro rispetto a quello dello Space Shuttle.

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In conclusione i sovietici crearono una navetta spaziale e un lanciatore orbitale con prestazioni sorprendenti, ma il crollo dell’Unione Sovietica e la mancanza di fondi non permisero ulteriori sviluppi del progetto, che forse avrebbe potuto diventare remunerativo nel corso degli anni. Oramai oggi sia Buran che lo Shuttle sono sistemi superati, e considerati troppo costosi e poco sicuri.
Sta di fatto che la competizione tecnologica tra Stati Uniti e Unione Sovietica ha, ancora una volta, il merito di aver dato vita ad uno dei progetti più avveniristici dell’intera storia dell’astronautica.

«L’atterraggio automatico del velivolo [Buran ndr.] ha ispirato gli aerei da combattimento di quinta generazione e numerosi velivoli senza equipaggio. Solo che, come è avvenuto con i satelliti artificiali, ci arrivammo prima noi.» (20)

(Valerij Burdakov)

LUCA DI BITONTO

 

Note

1: http://www.astronautix.com/craft/buran.htm
2: http://www.energia.ru/english/energia/launchers/vehicle_energia-e.html
3: Spiral era un progetto del 1965 che prevedeva la realizzazione di uno spazioplano da utilizzare per operazioni belliche. Questo progetto non venne mai completato e nel 1978 fu cancellato a favore di Buran dopo numerosi voli di prova e oggi è esposto al museo dell’aviazione di Monino in Russia. L’idea dello spazio plano, ovvero un aereo che riuscisse a raggiungere lo spazio, era già stata pensata dall’ingegnere sovietico Friederich Zander. Uno dei primi progetti è il bombardiere sub-orbitale Silbervogel, progettato dall’ingegnere austriaco  Eugen Sänger nella seconda metà degli anni trenta.
4: http://www.astronautix.com/craft/buran.htm
5: http://www.astronautix.com/craft/buran.htm
6: Le navette BOR furono lanciate dal vettore Kosmos fino al 1978, anno della cancellazione del progetto Spiral. I dati tecnici saranno utilizzati per la messa a punto del Buran.
7: http://www.buran.ru/htm/molniya5.htm
8: http://www.k26.com/buran/Info/Timeline/1987-93/buran-energia_history_timeline.html
9: http://www.buran-energia.com/
10: http://complottilunari.blogspot.it/2014/04/costava-di-piu-il-saturn-v-o-lo-shuttle.html
11: http://www.k26.com/buran/html/sea_launch.html
12:http://www.buran-energia.com/
13: Una delle configurazioni più potenti era la Vulkan con 8 booster laterali, in grando di lanciare in orbita un carico di 175 tonnellate. Un’altra configurazione era Energia-M, pensata per lanciare una navetta simile a Buran ma di dimensioni minori.
14:http://www.k26.com/buran/Info/A_Comparison/a_comparison.html
15: http://www.k26.com/buran/Info/A_Comparison/a_comparison.html
16: http://www.k26.com/buran/Info/Energia_HLV/energia_fly_back_booster.html
17:http://www.buran-energia.com/bourane-buran/bourane-desc.php
18:http://www.buran.ru/htm/molniya5.htm
19: http://aurorasito.wordpress.com/2013/11/21/i-sovietici-costruirono-uno-space-shuttle-migliore/
20: http://aurorasito.wordpress.com/2014/01/20/cose-successo-alla-navetta-spaziale-buran/

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23 settembre 2014 - Posted by | Astronautica, Difesa Planetaria, News, Scienze dello Spazio | , , , , ,

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