Le campagne di volo parabolico

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Condizioni di microgravità nell’ambito delle quali eseguire le prove necessarie sono ottenibili con diverse apparecchiature sperimentali: volo parabolico, sounding rockets, drop towers, capsule orbitanti, stazione spaziale internazionale (Iss). I razzi sonda (sounding rocket), le capsule orbitanti e la Iss consentono tempi di gravità zero particolarmente lunghi, ma richiedono impianti sperimentali senza la presenza dei ricercatori a bordo o una gestione dell’esperimento da parte degli astronauti (Iss), cosa al momento non possibile per l’ebollizione in convezione forzata. Inoltre, le dimensioni degli apparati sperimentali per questo tipo di ricerche sono al momento troppo grandi per queste piattaforme sperimentali.

Il volo parabolico, effettuato con aerei commerciali opportunamente modificati, consente di ottenere circa 20 secondi di gravità ridotta (10-2 g). In Europa i voli parabolici vengono effettuati utilizzando un Airbus A-300 gestito dalla Società francese Novespace e finanziato dall’Esa, Agenzia spaziale europea (fig. 1).

 

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Fig. 1 – L’Airbus A300 della Novespace per esperimenti di volo parabolico

 

Questo aereo è il più grande mai usato per voli parabolici, ed è in grado di ospitare fino ad un massimo di 15 esperimenti a bordo (in funzione delle loro dimensioni) con oltre 50 sperimentatori, giornalisti e personale di sicurezza. La possibilità di avere ricercatori a bordo e la durata ragionevole delle condizioni di microgravità rendono il volo parabolico il primo approccio utile per sperimentazione di ebollizione in convezione forzata. Una campagna sperimentale consiste in tre giorni di volo parabolico con circa trenta parabole eseguite ogni giorno. Si comprende quindi che il numero di punti sperimentali ottenibili in una campagna di volo parabolico è estremamente ridotto; inoltre, le campagne sperimentali offerte dall’Esa sono due o tre all’anno, con una importante richiesta di esperimenti da parte dei vari centri di ricerca.

 

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Fig. 2 – Parametri di volo durante la parabola

 

La fig. 2 mostra tutti i dati tecnici di una singola parabola. L’aereo parte da una quota di 6.100 metri con una velocità di 850 km/h ed inizia la parte ascensionale della parabola fino a raggiungere ad una quota di 7.600 metri un angolo di 47° (in decollo un normale aereo di linea si inclina di soli 18°!!!) riducendo la sua velocità fino a 570 km/h. In questa fase, come detto la gravità è maggiore di quella terrestre, fino a 1,8 g, e la fase dura per 20 secondi. Raggiunta questa inclinazione massima (injection point) l’aereo comincia a coprire la parte superiore della parabola dove si realizzano per circa 22 secondi le condizioni di assenza di gravità. La velocità raggiunge il minimo di 370 km/h nel vertice della parabola, 8.500 metri, poi ricomincia ad aumentare nella prima fase di discesa della parabola (sempre in condizioni di microgravità). Al termine della fase di microgravità (recovery point), ai 7.600 metri, la velocità torna a 570 km/h con un angolo massimo di 42°. Dopo questa condizione l’aereo torna alle condizioni di volo livellato scendendo ai 6.100 metri e raggiungendo la velocità di 825 km/h. Anche in questa fase (prima di raggiungere la quota di volo livellato) il livello di gravità è maggiore di quello terrestre, fino a 1,8 g, per una durata di circa 20 secondi.

 

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Fig. 3 – Sequenza delle parabole in una giornata di campagna di volo parabolico a bordo dell’Airbus A-300

 

Le parabole si susseguono con la frequenza mostrata nella fig. 3. Mediamente tra due parabole contigue il tempo è inferiore ai due minuti. In questo intervallo dei tempo bisogna portare l’impianto nelle nuove condizioni di prova. Ogni blocco di cinque parabole offre intervalli di tempo più lunghi per consentire variazioni delle condizioni sperimentali che richiedono tempi maggiori. La durata totale delle parabole in una giornata di volo è di circa due ore.
Le campagne di volo parabolico gestite da Novespace per conto dell’Esa si svolgono con quartier generale presso l’aeroporto francese di Merignac, Bordeaux, dal quale l’aereo decolla per eseguire i voli parabolici a nord della Francia, oppure sul mediterraneo tra la Sardegna e la costa sud della Francia.