Distacco del primo stadio del Saturn

Forse la domanda vi può sembrare stupida ma ho una curiosità che non riesco a spiegare.
Durante il distacco del primo stadio del Saturn, gli astronauti subivano una forte spinta in avanti.
Ma se l’unica forza agente dopo il distacco e prima dell’accensione del secondo stadio è la gravità, razzo e astronauti non dovrebbero subire la stessa decellerazione? Forse il distacco avveniva ad una quota dove l’attrito con l’aria era ancora sensibile? o mi sfugge qualche altra cosa? :roll_eyes:

Occorre ragionare in termini di forze applicate, e quindi di accelerazioni. Durante la fase di ascesa il vettore accelera, dunque c’è una forte forza di inerzia in direzione opposta, ossia tende a fare stare gli astronauti incollati ai loro sedili. Quando lo stadio si stacca, si ha una forte decelerazione, poichè in poche frazioni di secondo l’accelerazione dovrebbe andare da qualche g a 1g, ergo la forza d’inerzia in fase di decelerazione (impulsiva) porta gli astronauti in avanti, “schiacciandoli” verso il “parabrezza”. In realta l’accelerazione va da qualche g a poco meno,perchè lo stadio successivo si accende in pochi secondi

Ah, non ci sono domande stupide !!! :stuck_out_tongue_winking_eye:

ecco come hai detto in fase di accellerazione la forza è applicata al vettore e quindi l’astronauta subisce l’inerzia. Il mio dubbio era sul fatto che al distacco la decellerazione dovrebbe essere uguale sia per il vettore che per l’astronauta, perchè la gravità agisce su entrambi e non ci sono altre forze esterne che intevengono. Ma probabilmente mi sto intestardendo io a non vedere la soluzione :thinking:

Il vettore non potrebbe passare da una accelerazione di qualche g a 1 g in modo discreto. Se guardi la curva delle accelerazioni di un lanciatore, vedrai sempre che è continua. Questo impone una forte decelerazione che avviene in pochi decimi di secondo. Vedi qui a pag.52

Solo un appunto, lo stesso effetto è anche oggi visibile nei video dall’interno degli equipaggi su Soyuz e shuttle.

Rileggendo meglio la tua risposta ho capito! :ok:

Grazie anche del pdf linkato molto interessante :smile:

Straquoto AJ e Albyz!
Aggiungo solo una piccola precisazione (sono il solito pignolo)! :stuck_out_tongue_winking_eye:

Va detto, che lo stadio S-1C, al momento della fase di separazione dallo stadio S-2, era sottoposto a una breve decellerazione dovuta ai retrorazzi (8 in tutto) installati nel primo stadio stesso. Questi trovavano posto a coppie, sotto le 4 coperture “Fairing Assembly”, per la cronaca, i coni di protezione aerodinamica dei 4 propulsori F-1 fuoribordo. La spinta retrograda (contraria al moto del vettore) era breve (circa 600 ms), ma applicava allo stadio una spintarella all’indietro, di circa 320 tonnellate complessive. Questo freno chimico, aveva la funzione di decellerare (di alcuni piedi al secondo) il moto dello stadio S-1C ormai inerte, allontanandolo dallo stadio S-2, prima che fosse innescata l’accensione dei 5 propulsori J2, la cui piuma (i gas di scarico), in mancanza dello spazio sufficiente, avrebbe potuto influenzare negativamente il loro funzionamento.

Appunto per questo, lo stadio S-1C veniva allontanato velocemente, sia dai suoi 8 retrorazzi (accesi alcuni ms prima che le cariche di separazione fossero innescate), che da quelli installati nell’anello interstadio, i quali, a differenza degli altri, spingevano in avanti lo stadio S-2, con lo scopo di allontanarlo ulteriormente e di ridistribuire correttamente il propellente in esso contenuto. Questa manovra, conosciuta come “calo del combustibile” (ullage burn), era utilizzata per garantire la corretta alimentazione dei propulsori J2 al momento della loro accensione.

Straquoto Beppe!!! :ok_hand:

Teo conosce il Saturn V meglio del suo planetario :stuck_out_tongue_winking_eye:

ehmm … :flushed:

Uhm… non è che la risposta data mi convinca del tutto a me.

In primis: in fisica una variazione di accelerazione non è una accelerazione (o decelerazione). Per accelerazione si dovrebbe intendere sempre una variazione di velocità, altrimenti si fa confusione. Se poi nel gergo tecnico si fa diversamente non lo so, ma mi sembrerebbe alquanto sconveniente.

Il discorso penso sia leggermente diverso: una persona che passa bruscamente ad uno stato di assenza di accelerazione percepisce la cosa come una decelerazione perché si è assuefatta alla accelerazione precedente, e così al momento dello spengimento del motore l’astronauta nel razzo si sente come spinto in avanti contro le cinture di sicurezza anche se in realtà il suo corpo il razzo non sta frenando. Sarebbe insomma solo un effetto psicologico di assuefazione.

Oppure, analizzando in dettaglio la situazione, si può vedere che in effetti l’astronauta subisce effettivamente una accelerazione in avanti rispetto al razzo: infatti l’imbottitura dei sedili (e in misura minore gli indumenti), che fino al momento dello spengimento erano compressi dall’accelerazione, si rilassano di colpo spingendo l’astronauta proprio come farebbe una molla. Da qui la sensazione che il razzo stia frenando.

Scusa Gwilbor, ma AstroTeo ha detto che frena veramente, per una frazione di secondo, ma lo fa.
Quindi nel momento della mancanza di spinta si ha contemporaneamente una frenata, che, benché brevemente, a bordo viene avvertita.
Probabilmente l’effetto è di un colpo di freni in piena accelerazione ed alcuni istanti a zero g (in volo libero senza spinte), prima dell’inizio della spinta del secondo stadio che li stampa nuovamente sui sedili… :wink:

Stando a quello che leggo, è il primo stadio che viene frenato, il secondo invece viene accelerato dai razzi di colaggio (ullage).

Quindi spinta primo stadio, stop primo stadio, retrorazzi (per una frazione di secondo), ullaggio, spinta secondo stadio…

Se ho capito bene! :wink:

Vediamola in questo modo. Stadio ed equipaggio sono 2 sistemi collegati. Il primo stadio …frena… ma l’equipaggio no. Quindi l’equipaggio per inerzia continua a muoversi alla velocità che aveva lo stadio prima di frenare. Come in macchina, se fate un frontale e non siete allacciati alle cinture, volate fuori dal parabrezza! Non fate parte integrante dell’auto.
Anche senza frenare, una decelerazione porta tutti gli oggetti non fissi dentro un veicolo a …spingere… ancora in avanti. La forza di gravità di cui si parla va prima è ininfluente perchè gli astronauti avevano assorbito una energia verticale molto elevata e la forza di gravità necessitava di tempo per poter consumare l’energia assorbita. Come un razzo lanciato verso l’alto. Nel momento che si spengono i propulsori il razzo non ricade subito, ma seguita a salire ancora per un pò, per inerzia come si dice volgarmente.

In effetti la temporizzazione di queste spinte è abbastanza complicata, se davvero i retrorazzi incominciavano a spingere prima della separazione, e se i razzi di colaggio invece intervengono in un secondo istante, allora anche gli astronauti avvertivano gli effetti dei primi (sebbene anche solo per quella manciata di millisecondi, giusto un attimo quindi).

Magari AstroTeo ha sottomano un documento con la temporizzazione esatta dei razzi durante la separazione… o chiedo troppo? :smile:

Però se ho capito bene la risposta di Aj, il vettore accellera per tutto il tempo e quindi è normale che l’astronauta risenta di una forza apparente che lo schiaccia sul sudile. Poi quando lo stadio si stacca l’astronauta risente ancora per inerzia della spinta. Ed è questo che lo schiaccia in avanti

Sono d’accordo con Gwilbor, però forse occorre tenere conto che, alla separazione del primo stadio, il razzo dovrebbe subire una decelerazione, per effetto di:

  • resistenza aerodinamica
  • accelerazione di gravità
    Ora non so bene come doveva essere orientato il Saturn al momento della separazione ma più o meno ci sarà una accelerazione longitudinale orientata “verso dietro”, quindi una decelerazione (con conseguente forza di inerzia sull’equipaggio). Non saprei valutare di che entità però…
    Oltre a questo mi sembra molto plausibile (e concordo con te) il discorso sull’assuefazione dell’equipaggio che si era abituato all’accelerazione precedente.
Poi quando lo stadio si stacca l'astronauta risente ancora per inerzia della spinta. Ed è questo che lo schiaccia in avanti

Il fatto è che, almeno in prima approssimazione, l’inerzia è la stessa per l’astronauta e per il secondo stadio.

Giusto, finora questa l’abbiamo trascurata. Personalmente non so se l’attrito aerodinamico produca effetti avvertibili alla quota in questione, ma in linea di principio sì, è una forza che gli astronauti avvertirebbero come una frenata.

- accelerazione di gravità

Questa invece non va considerata, perché anche se in effetti è una forza che agisce sul razzo, questa non può essere avvertita dagli astronauti, in quanto anch’essi ne subiscono gli effetti nella stessa misura!