In questi giorni, aspetti sempre più importanti nell'ottenere un'istruzione universitaria sono lo sviluppo di capacità di problem solving e l'esperienza diretta di come si sviluppano le dinamiche dei team. Ciò comporta che gli studenti saranno molto meglio preparati per il mondo del lavoro una volta diplomati. Le competizioni di ingegneria basate su un progetto stanno dimostrando di essere un modo davvero efficace per farlo e alcuni hanno coinvolto gli studenti che mirano alle stelle.
Composto da laureandi dell'Università di Waterloo (Ontario, Canada), Waterloo Rocketry è un team di progettisti di missili che stanno cercando di spingere sempre di più le performance. Attingendo ad un ampio spettro di diverse discipline – dalla meccatronica, dall'ingegneria meccanica, elettrica e chimica fino alla nanotecnologia e all'informatica -, il team sta partecipando alla Spaceport America (SA) Cup da un decennio. In questa competizione annuale (che si tiene nel deserto del Sud del New Mexico), i team accademici sviluppano, costruiscono, lanciano e successivamente recuperano missili all'avanguardia. Ci sono oltre 100 squadre che partecipano provenienti da diversi paesi, con alcune ferventi e vecchie rivalità che si sono accumulate nel corso degli anni.
Waterloo Rocketry ha alle spalle un impressionante record di successi e negli ultimi anni ha vinto numerosi premi alla Coppa SA. Nel 2017, il loro razzo VIDAR III è arrivato primo nella gara ibrida di 10.000 piedi (dove i razzi hanno una fonte di combustibile solida e un ossidante liquido) e ha ricevuto anche l'ambito premio di eccellenza tecnica. Il loro razzo UXO li ha aiutati a mantenere il titolo ibrido di 10.000 piedi l'anno successivo, riuscendo a raggiungere con precisione un'altezza target di 13.000 piedi.
Con l'avvicinarsi dell'evento di quest'anno (che si terrà a metà giugno), sono in corso i preparativi finali sull'ultimo progetto del team, il più ambizioso di qualsiasi altro tentativo. L'obiettivo del nuovo razzo è di raggiungere un'altezza sbalorditiva di 30.000 piedi (quasi 3 volte quello che hanno ottenuto con i precedenti razzi, più o meno l'altitudine di crociera a cui volano le compagnie aeree jet). Affinché il razzo ibrido di 17 piedi (5,2 m) potesse raggiungere tali altezze, il team di 30 persone ha dovuto ripensare totalmente a quasi ogni aspetto del progetto che avevano utilizzato nei loro precedenti razzi.
Dato che l'altezza è molto più grande, la cellula, il carico utile, la propulsione e l'aerodinamica devono essere migliorati considerevolmente. Sono necessari più spazio per l'ossidante e per lo stoccaggio del carburante, nonché per il paracadute (che è sostanzialmente più grande rispetto alle dimensioni dello scorso anno, per garantire un recupero sicuro da un'altitudine così elevata). Tutti i componenti costitutivi del razzo devono essere molto compatti, per risparmiare spazio. Devono anche essere il più leggeri possibile, per assicurare al razzo la massima portata delle limitate riserve di carburante. Allo stesso tempo devono essere supportati livelli elevati di robustezza, in modo che possano far fronte alle sollecitazioni a cui il razzo è sottoposto. Ci si aspetta che il motore del razzo fornisca una potenza molto maggiore (circa il 50% in più rispetto a quella precedente) e anche che il tempo di accensione del motore, una volta effettuato il lancio, sia aumentato sostanzialmente (fino a circa 25 secondi) per un periodo più lungo al picco di intensità.
Con questo progetto, il team voleva essere in grado di mettere in rete tutti i vari sistemi elettrici di bordo del razzo, responsabili della propulsione e del monitoraggio dei parametri chiave durante il volo. Per fare ciò, avevano bisogno di connettori che mostrassero abbastanza resilienza per sopravvivere all'accelerazione del lancio, pur rimanendo facili e veloci da assemblare con solo strumenti minimi (dato che gran parte del lavoro di assemblaggio deve essere fatto a mano nel deserto appena prima del lancio). I vincoli di spazio hanno significato che avevano bisogno di superare i blocchi di sbarramento di grandi dimensioni (passo 5 mm) usati nei precedenti razzi, poiché sarebbero stati troppo voluminosi per questo nuovo progetto.
Avendo esaminato diverse opzioni, tramite un sito web di distribuzione a loro familiare, gli ingegneri elettrici del team sono stati in grado di prendere una decisione sul modo migliore di procedere. La serie Datamate J-Tek di Harwin con passo 2 mm è stata identificata come la candidata vincente, grazie alla capacità di questi connettori di trasportare sia potenza che dati, ma anche di resistere a forze vibratorie da 10 G per periodi di 6 ore e temperature estreme di -55 °C fino a +125 °C. Realizzato in una lega di rame berillio e con un esclusivo design a pezzo unico a 4-finger, i contatti integrati in questi connettori possono gestire l'esposizione a forti urti. Ogni contatto ha anche la capacità di trasportare fino a 3,3 A (3 A se tutti i contatti sono caricati contemporaneamente) e le nuove versioni T-Contact ora disponibili possono trasportare fino a 8,5 A.
Un totale di sette unità Datamate J-Tek sono state ora incorporate direttamente nel progetto del razzo, per collegare sei sottosistemi elettrici separati a bordo. Questi sono il sottosistema di comunicazione radio, la suite di sensori, l'hardware di logging dei dati (per la diagnostica), un ricevitore GPS (per assistere il recupero dei razzi) e i due sottosistemi di guida delle valvole.
“Ora che le altezze che stiamo cercando di ottenere sono aumentate drasticamente, dobbiamo davvero iniziare a pensare molto più in piccolo quando ci avviciniamo al concetto di base del design. Tutte le parti componenti devono rispettare i limiti volumetrici che dobbiamo affrontare e non aumentare in modo significativo il peso complessivo del razzo, in quanto ciò causerebbe una riduzione della portata”, spiega Aaron Morrison, Project Co-Lead di Waterloo Rocketry. “Oltre a questo, devono anche essere abbastanza robusti per essere in grado di sopravvivere alle vibrazioni e all'accelerazione che si verificano durante il lancio”.
“Abbiamo solo un'opportunità di lancio ogni anno e tutte le innumerevoli ore di lavoro che tutti noi abbiamo investito nel progetto saranno semplicemente sprecate in caso di guasto di un componente. Il fatto che i connettori Datamate J-Tek di Harwin siano piccoli e leggeri e allo stesso tempo molto robusti significa che soddisfano la richiesta di tutti i nostri criteri. Questo ci consentirà di raggiungere l'altitudine che ci siamo posti come obiettivo e di avere la garanzia che non vi siano rischi di malfunzionamenti”, continua Morrison. “I martinetti a vite su questi connettori sono una caratteristica fondamentale”.
L'edizione 2019 della Coppa SA si terrà tra il 18 e il 22 giugno, quindi il team è ora in procinto di terminare i test e di effettuare le correzioni dell'ultimo minuto per il concorso.
