Come praticare l’hobby del razzimodellismo

I razzi-modelli sono molto più che semplici giocattoli o solo un hobby educativo e gratificante. La missilistica dilettantistica è il primo passo verso lo spazio. Che si tratti del tuo primo lancio di un missile, di un progetto per una fiera scientifica per studenti o di un lancio di certificazione per far volare grandi motori a razzo ad alta potenza, non puoi prescindere dalle conoscenze di base che ti presentiamo in questo articolo. Esso ti aiuterà a orientarti fra gli innumerevoli kit di modelli missilistici, motori a razzo e materiali da costruzione in commercio, ed a prepararti al passo successivo, che è ovviamente il lancio del tuo razzo.

Ogni anno nel mondo milioni di piccoli razzi vengono lanciati con successo da quasi altrettanti appassionati che amano cimentarsi nella costruzione e nel lancio di modelli in scala perfettamente funzionanti. Si tratta di razzi di solito poco costosi, facili da assemblare e assai divertenti da lanciare, basati su kit commerciali, ma anche di vettori più grandi e sofisticati, progettati personalmente e recanti a bordo un piccolo carico utile, proprio come avviene nei veri lanci spaziali.

Nessuno di questi razzi, naturalmente, è in grado di sfuggire all’attrazione gravitazionale terrestre o di porre un carico in orbita attorno al nostro pianeta: per questo, infatti, occorrerebbe un modello di razzo multistadio, che va al di là della portata di un singolo dilettante. Tuttavia, la gioia che deriva da quest’affascinante attività è tale che la figura del dilettante che pratica un simile hobby comprende dal semplice studente di liceo fino all’esperto fisico o ingegnere.

Esempi di razzimodelli di alta potenza, che vengono lanciati dai più esperti.

Cosa è il razzimodellismo: scienza, hobby e sport

Il razzimodellismo e, più in generale, la missilistica dilettantistica sono in parte discipline di rievocazione storica, permettendo di rivivere in prima persona l’emozione dei primi lanci spaziali, in parte una sfida scientifico-tecnologica, che nel caso dei razzi autocostruiti richiede una discreta padronanza della tecnica missilistica, acquisibile comunque pian piano sui libri e sul campo.

Oggi, a quasi un secolo da quando, nel marzo 1926, il fisico americano Robert H. Goddard lanciò con successo il primo razzo a propellente liquido della storia, i razzi più grandi costruiti dai dilettanti riescono a coprire fino a un terzo della distanza necessaria a raggiungere lo spazio: il record mondiale è 36 km di altezza, stabilito nel 1997 dal razzo Hyperion I di Korey Kline, un veicolo alto 5,5 metri e largo 15 cm che in meno di 20 sec. dal lancio ha toccato una velocità tre volte superiore a quella del suono.

Nato negli Stati Uniti con l’inizio dell’Era Spaziale, il razzimodellismo ha avuto il suo pioniere in Orville H. Carlisle, un anziano pirotecnico dilettante di Norfolk, nel Nebraska. Con l’aiuto del fratello Robert, Carlisle costruì il suo primo modello di razzo nel 1954. A partire dagli anni Sessanta, grazie a un abile dilettante e divulgatore come G. Harry Stine e all’uscita dei primi kit di montaggio e motori commerciali, il razzimodellismo è diventato un passatempo e uno sport diffusissimo oltreoceano.

Modelli di razzi giocattolo sviluppati negli anni ’50 da Orville Carlisle.

In Italia, il razzimodellismo è stato pressoché sconosciuto fino all’inizio negli anni Novanta, a causa delle alterne vicende burocratiche che hanno limitato l’importazione dei razzi, e soprattutto dei loro motori. Negli ultimi 30 anni le cose sono per fortuna cambiate e, anche grazie a Internet, nel nostro Paese i cultori di quest’hobby diventano ogni giorno più numerosi. Ed i lanci si moltiplicano in varie regioni d’Italia, fino all’appuntamento nazionale che si ripete ogni estate.

Come iniziare l’esperienza del razzimodellismo

Il modo migliore per iniziare a praticare il razzimodellismo è quello di acquistare, in un negozio fisico o online, uno starter set (ne trovi alcuni ad es. qui), vale a dire una scatola di montaggio completa di tutto il necessario (rampa di lancio e sistema di accensione, poiché razzo e dispositivo di recupero sono sempre compresi), più qualche motore adatto. In questo modo si disporrà di un modello dal funzionamento sicuro e garantito, utilizzabile per infiniti lanci sostituendo ogni volta il solo motore.

Per farsi un’idea dei modelli di razzo attualmente in vendita, dal momento che spesso nuovi modelli rimpiazzano quelli più vecchi, conviene dare un’occhiata ai siti web dei tre grandi produttori mondiali in questo campo, che sono tutti e tre americani: Estes (www.estesrockets.com), Aerotech (www.aerotech-rocketry.com) e Quest (www.questrockets.com).  Vale la pena visitare anche il sito del negozio Hobby Volo (www.sierrafoxhobbies.com) di Milano.

Il sito web del maggior rivenditore italiano di razzimodelli.

Quest’ultimo è l’unico grande importatore italiano di kit completi, motori e accessori di razzi delle principali marche, ed inoltre è fornito di un ottimo magazzino e può spedire ovunque e in pochissimo tempo. Il suo titolare, Stefano Figoni, rappresenta sia per i neofiti sia per i più navigati un consigliere e una guida sicura, essendo tra le persone più esperte (oltre che appassionate) di razzimodellismo in Italia. A meno che non vogliate risparmiare qualcosa acquistando per corrispondenza oltreoceano o nell’ambito dei Paesi della Comunità Europea, è un punto di riferimento ideale.

Come potrete vedere visitando i siti appena citati e cercando in Rete altre informazioni e figure attraverso i motori di ricerca (usando, per esempio, le parole “Quest” e “rockets”, o simili combinazioni con il nome di un produttore), per l’acquisto del nostro primo modello c’è solo l’imbarazzo della scelta. Per ogni tipo di razzo vengono di solito forniti, nei depliant online, alcuni dati importanti: il nome ufficiale del modello, l’altezza e il diametro dello stesso, il genere di paracadute incluso, i motori utilizzabili e la massima altitudine raggiungibile.

Classificazione dei razzimodelli e scelta di un kit

I kit si possono classificare, a seconda della difficoltà di costruzione e di decorazione, con un numero che va da 1 (per i modelli più piccoli e semplici, già assemblati, colorati e decorati degli starter set del tipo ready-to-fly) a 5, che corrisponde a modelli grandi e/o complessi, spesso riproduzioni di razzi veri, i quali richiedono notevoli abilità di costruzione e di pittura decorativa.

I motori per razzo sono classificati in diverse “classi” (A, B, C, D…), in base all’impulso totale, che esprime la loro capacità di spingere per un determinato tempo: graficamente è l’area delimitata dal grafico spinta-tempo, e si misura in Newton al secondo (N/s). Si può parlare di motori A8-3, B3-5, B6-0, D12-5, eccetera. La lettera sta a indicare il campo di impulso totale: un motore di tipo A ha un impulso totale di 2,5 N/s, un B il doppio (5 N/s), e così via (C=10, D=20…).

Dettaglio della struttura interna di un tipico motore di bassa potenza “usa e getta” assai diffuso nel razzimodellismo.

Il primo numero, invece, indica la spinta media, cioè il rapporto impulso totale/durata della spinta, in libbre: ad esempio, nel tipo B3-5 la spinta media è di 3 libbre, pari a 13,4 Newton (il fattore di conversione è infatti 4,46), la metà di quella del B6-0, che comunque ha lo stesso impulso totale. L’ultimo numero del codice dei motori, infine, indica i secondi di ritardo fra l’esaurimento del propellente e l’accensione della carica di espulsione del paracadute: nei nostri esempi, rispettivamente, 3, 5, 0 e 5 secondi.

La curva tempo-spinta di un generico motore a propellente solido. La spinta media è data dall’impulso totale (l’area in colore scuro) diviso la durata della spinta. Un codice alfanumerico classifica i motori in base all’impulso totale, alla spinta media e al ritardo con cui si attiva la carica di espulsione. 

I modelli della Estes o della Quest sono i più adatti per iniziare, mentre i razzi della Aerotech sono consigliabili solo per i già esperti. A suo tempo, ho scelto come primo acquisto il Super Shot della Estes (prezzo sui 50 euro), uno starter set completo di tutto che include ben due razzi, uno dei quali con rientro ad elicottero, in cui è la rotazione stessa del modello che contribuisce a frenarne la caduta. Il più piccolo dei due razzi raggiunge un’altitudine ragguardevole, di circa 305 metri, impiegando il C, il più potente dei quattro motori raccomandati dal costruttore (A8-3, B4-4, B6-4, C6-5).

Poiché l’area di lancio deve essere larga, in quasi totale assenza di vento, almeno quanto l’altezza effettivamente raggiunta dal razzo, ho acquistato dei motori supplementari (prezzo sui 10 euro per una confezione da tre) tenendo conto della grandezza dell’area di lancio disponibile. Si noti che rampa di lancio e sistema di accensione sono riutilizzabili anche con altri modelli di categoria simile. Dunque, iniziare a praticare quest’hobby è davvero semplice e divertente!

Un kit di razzimodello successivo allo starter kit (manca infatti la rampa di lancio). Puoi acquistare quest’ultimo direttamente online, ad esempio qui.

Le varie parti di un razzo ed il sistema di lancio

I modelli di razzi reperibili in commercio nelle scatole di montaggio di livello più o meno avanzato permettono allo scienziato dilettante di sbizzarrirsi con la fantasia: esistono modelli di ogni tipo, lunghi di solito da 15 cm a 2 metri, mono e pluristadio, con più motori e dalle forme più strane, riproduzioni di missili veri, con macchine fotografiche, eccetera.

Un razzo è formato normalmente dalle seguenti parti. Innanzitutto, un corpo cilindrico in materiale leggero ma resistente (cartoncino, legno di balsa, plastica, etc.), alla cui sommità è posta l’ogiva, spesso di forma conica. Incollate al corpo del razzo vi sono poi dalle 3 alle 6 pinne – che hanno il compito di dirigere e stabilizzare il razzo – e il supporto del motore, unito in modo assiale al tubo principale da un paio di anelli di centraggio.

Per ragioni di sicurezza e per poter riportare il modello intatto a terra, il razzo è dotato sempre di un dispositivo di recupero: tipicamente un paracadute di dimensioni opportune e, nei modelli più leggeri, uno streamer, cioè una striscia di nylon legata a una sola estremità, sufficiente a frenare la caduta in fase di rientro. I razzi più grandi e complessi, infine, presentano in genere anche un piccolo vano di carico che può ospitare apparecchiature elettroniche, insetti o altro.

Le parti che compongono un tipico modellino sportivo di razzo venduto in kit. La “protezione” illustrata in figura serve a salvaguardare il paracadute dall’esplosione della carica di espulsione.

Il sistema di accensione del razzo e la rampa di lancio sono i due dispositivi indispensabili per il decollo del nostro modello. L’accensione del motore è elettrica, tramite una batteria da 6-12V e un apposito interruttore, ed avviene per mezzo dell’accensione dell’accenditore, un piccolo filamento resistivo ricoperto di una sostanza facilmente infiammabile. L’accenditore va inserito nel motore solo al momento del lancio e l’accensione va comandata da una distanza di almeno cinque metri.

La rampa di lancio, invece, permette di guidare il decollo e indirizzare la traiettoria del razzo. In pratica, due anelli o tubicini esterni al corpo del modello rappresentano le guide all’interno delle quali scorre l’asta in acciaio della rampa. In presenza di un vento leggero, può essere conveniente inclinare leggermente la rampa nella direzione di provenienza del vento per facilitare il successivo recupero del modello da parte nostra, cosa tanto più importante per i modelli più leggeri.

Un modello di razzo è sempre lanciato attraverso un sistema di accensione elettrico e un’opportuna rampa di lancio. 

Le fasi del volo e dove e quando lanciare un razzo

Le fasi che caratterizzano il volo di un razzo sono tre: il volo per effetto della spinta del motore, quello per inerzia e il rientro. Appena il motore entra in funzione, viene generata una spinta, di durata variabile da pochi decimi di secondo ad alcuni secondi, che fa decollare il razzo e lo porta fino a un’altitudine di 15-100 metri. All’esaurimento del propellente, nel motore si accende una contigua carica di ritardo che brucia molto lentamente, mentre il modello prosegue la sua salita per inerzia e raggiunge una quota di 50-500 metri, a seconda delle caratteristiche del razzo e del motore.

In prossimità dell’apogeo, il punto più alto della traiettoria, la carica di ritardo raggiunge e fa esplodere una carica di espulsione e l’ogiva, accoppiata in modo lasco al corpo del razzi modello e legata ad esso da una fettuccia elastica, viene espulsa, trascinandosi dietro il paracadute o lo streamer, che frena la discesa del tutto fino al suolo. A quel punto, possiamo tentare il recupero del modello.

Le varie fasi e la sequenza di eventi che caratterizzano il tipico volo di un razzo in kit o autocostruito. Questo è ciò che ci si deve attendere, in particolare, da un qualsiasi modello monostadio con sistema di recupero. 

La situazione ideale per il lancio di un modello di razzo è una bella giornata assolata e senza vento. La vostra piccola Cape Canaveral deve essere collocata in un’area aperta di dimensioni sufficientemente grandi priva di alberi, linee elettriche o edifici. Sappiate che alberi e campi di grano “amano” particolarmente i razzi e che, per la nota legge di Murphy, se vi sono alberi solo in una certa direzione, per esempio, nord-est, state sicuri che il vostro razzo finirà proprio in direzione nord-est.

Pertanto, se la giornata è ventosa e non volete rischiare di perdere il vostro razzo, vi conviene rinunciare al lancio o trovare un’area molto più grande. Per preparare ed eseguire un lancio in condizioni di assoluta sicurezza per sé e per gli eventuali spettatori, nonché per evitare problemi burocratici o legali, occorre sempre attenersi scrupolosamente alle regole di un apposito codice di comportamento, che illustriamo nell’articolo che trovate qui.