Un F-1 col botto

Non parliamo di auto da corsa in questo post bensì di un pezzo importantissimo del puzzle Apollo.

Si tratta del motore a razzo F-1, tuttora tra i più potenti motori a razzo (il termine tecnico è endoreattore) mai costruiti. Cinque di essi erano montati sul primo stadio del vettore Saturn V che ha portato l’uomo sulla Luna.

Primo Stadio del Saturn V

Primo Stadio del Saturn V

Sul primo stadio S-IC del Saturn V i 5 motori erano disposti a croce: quello centrale era fisso mentre i quattro esterni si potevano inclinare di 6 gradi in ogni direzione per mantenere il razzo nella posizione voluta evitando che si capovolgesse con effetti disastrosi (non avendo un razzo superfici aereodinamiche questo sistema di motori inclinabili era il metodo usato per mantenere l’assetto in volo).

Al livello del mare un unico F-1 (alto 5,64 m e largo 3,72) era in grado di produrre circa 680 tonnellate di spinta ma consumava ogni secondo 1790 tonellate di ossigeno liquido LOX e 0,788 di cherosene superraffinato RP1

Gran parte della massa del primo stadio era dovuta al carburante e all’ossidante nei serbatoi e al momento del lift-off (lo stacco da terra) pesava già 100 t in meno e al tower-cleared (il superamento della torre di lancio) altre 140 se ne erano andate.

Diagramma dell'F-1

Schema F-1

Durante lo sviluppo l’F-1 mostrò irregolarità di combustione, che portavano all’esplosione del motore stesso, causati molto probabilmente, anche se non è mai stato chiarito del tutto, dal forte rombo all’interno della camera di combustione rilevabile a centinaia di chilometri di distanza (si tratta del più forte rumore mai prodotto dall’uomo dopo quello di una esplosione atomica). Questo rombo andava ad interferire con il miscelamento del LOX e del cherosene. I progressi su questo problema erano inizialmente lenti ed il malfunzionamento era imprevedibile e irregolare.

Gli ingegneri della Rocketdyne (la societa’ costruttrice) che si trovarono a fronteggiare questo problema inizialmente non erano nemmeno in grado di riprodurre il malfunzionamento (condizione fondamentale per poter trovare una soluzione). 

Finche non si cominciò a far esplodere delle piccole cariche esplosive denominate “bombe” nella camera di combustione mentre l’endoreattore era in funzione al fine di comprendere le variazioni di pressione e temperatura che potevano portare a queste situazioni catastrofiche. 

F-1 - Dettaglio

F-1 - Dettaglio

Questo permise di ottenere l’instabilità ‘a comando’ e quindi di testare le possibili soluzioni: l’obiettivo era di far si che l’instabilità venisse assorbita entro 400 millisecondi dal momento in cui essa si originava. Furono provate nuove forme degli ugelli del carburante, diverse distanze tra di essi, diversi diametri, fu cambiata la forma della piastra che sosteneva gli ugelli (in modo da smorzare l’effetto delle irregolarità) e molte altre piccole varianti (a volte si trattava di variazioni dell’ordine di millimetri o secondi di angolo in una misura).

Nel 1965, quando furono certificati per il volo con equipaggio, i problemi erano stati risolti e e gli F-1 risultarono tra i più stabili motori mai realizzati e portarono in orbita tutti i Saturn V a partire dalla missione Apollo 4.

Le instabilità prodotte dalle ‘bombe’ venivano assorbite in 100 millisecondi senza provocare l’esplosione del motore.

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