Mamma mia… Speriamo che il paracadute si apra…

Fig. 1

Alan Eustace, un 57enne ingegnere informatico americano e dirigente di Google, si è lanciato col paracadute da un pallone aerostatico arrivato vicino al limite della stratosfera a Roswell, New Mexico negli Stati Uniti.

Ha effettuato il lancio venerdì 24 ottobre 2014 ed è stato assistito dalla società Paragon Space Development Corporation. Eustace è giunto ad un’altezza di 41 420 metri per poi lasciarsi cadere in caduta libera, sfiorando la velocità massima di 1322 km/h.

Con il suo volo ha battuto il precedente record di altezza di lancio stabilito dall’austriaco Felix Baumgartner, che aveva raggiunto i 39 chilometri a bordo di una capsula il 14 ottobre del 2012. Alan Eustace non è, però, riuscito a battere il record di velocità di Felix Baumgartner che raggiunse la velocità di 1357,64 km/h. La Federazione Aeronautica Internazionale ha, infatti, confermato solo il record di Eustace per quanto riguarda l’altezza del lancio.

I giornalisti commentatori dell’impresa hanno sottolineato come la prova di Eustace sia stata tenuta segreta e poco pubblicizzata, sebbene il protagonista potesse contare sulla collaborazione di un gruppo come Google. Proprio per questo motivo Eustace aveva declinato l’assistenza di Google, per timore che il suo esperimento, a cui si era preparato per quasi tre anni, potesse trasformarsi in un grande evento pubblicitario.

Come si è svolto il lancio?

Alan Eustace è stato portato a oltre 41 chilometri di altezza da un pallone aerostatico riempito con circa 990 metri cubi di elio e ha raggiunto l’altezza massima in poco più di due ore. La massima velocità in ascensione è stata di 487 m/min. Il temerario dirigente ha impiegato quasi 15 minuti per ritornare al suolo e nella caduta il suo corpo ha superato il muro del suono.

Il muro del suono?

Un tempo, nella storia dell’aeronautica, con l’espressione “muro del suono” si indicava la difficoltà che avevano i primi aeroplani a raggiungere la velocità del suono, circa 1200 km/h, nonostante i motori avessero la potenza necessaria. Qual era il difetto? Gli aerei mancavano dei requisiti aerodinamici adatti per volare a quelle velocità.

Fu la Seconda Guerra Mondiale a far acquisire agli aviatori la necessaria esperienza per comprendere come gli effetti aerodinamici sulla superficie di un aeroplano variassero notevolmente avvicinandosi alla velocità del suono. Da allora esiste un’espressione precisa per indicare  un aereo che viaggia a tale velocità: regime di moto transonico.

La velocità del suono in aria è sempre la stessa?

No, perché la velocità di propagazione del suono in un fluido dipende dalla densità, dalla pressione, dalla temperatura e anche da altre proprietà del fluido stesso.

É possibile fare un confronto fra la velocità del corpo in movimento e quella del suono; tale rapporto determina un numero detto numero di Mach.

Se il rapporto fra la velocità dell’aereo e la velocità del suono vale 1 si parla di regime transonico; se il numero di Mach è inferiore a 1 si è in un regime di volo subsonico; se il numero di Mach è superiore a 1 il corpo in volo si muoverà in regime supersonico.

Quale esperienza per Alan Eustace?

Nel suo volo Alan Eustace aprì il paracadute a pochi chilometri da terra, dopo una caduta libera di più di quattro minuti.

La Paragon Space Development Corporation, società che aveva seguito Eustace nella progettazione del lancio, ha affermato che le difficoltà maggiori sono state trovate proprio nella creazione di un sistema che supportasse le funzioni vitali di Eustace, per permettergli di respirare ossigeno puro nella sua tuta pressurizzata, sia durante la fase di ascensione, sia durante la caduta.

Eustace, dopo aver lavorato insieme a un gruppo ristretto di ingegneri specializzati nella progettazione di tute spaziali, paracaduti e palloni aerostatici, ha raccontato alcuni particolari tecnici emersi durante gli anni di ricerca; ad esempio la scoperta che per controllare gli spostamenti del suo corpo dall’interno della tuta doveva compiere movimenti opposti a quelli che avrebbe fatto convenzionalmente un paracadutista in circostanze normali.

Quando fu progettato il primo paracadute?

Il termine paracadutismo indica l’attività, sportiva o militare, che consiste nel lanciarsi da un aereo o un elicottero utilizzando un paracadute, strumento in grado di rallentare la caduta e permettere un atterraggio sicuro.

Già nel corso del XV secolo Leonardo da Vinci ebbe l’idea del paracadute e, per primo, pensò ad un cono rovesciato in grado di controllare la velocità di caduta di un corpo.

Fig. 2

Leonardo da Vinci: Codice Atlantico, (C.A. fol. 381 v a) 

Dall’intuizione di Leonardo da Vinci le tecniche di volo umano hanno subito un’evoluzione significativa, la tecnologia ha sviluppato l’utilizzo di nuovi materiali, più performanti ed è nato il paracadutismo sportivo con molteplici specialità.

E tutto ciò ha consentito a molte persone di sperimentare la sensazione del volo, emulando le gesta di Icaro.

Quali sono le caratteristiche del volo di un paracadutista?

Da un punto di vista fisico quando un corpo cade muovendosi all’interno di un fluido, come ad esempio l’aria, è soggetto a due forze: la prima è la forza di gravità, la seconda è la forza di resistenza aerodinamica.

Il nostro paracadutista, lasciandosi cadere con una velocità iniziale nulla nella componente verticale, è inizialmente soggetto alla forza di gravità, agente verso il basso che produce un moto uniformemente accelerato. Man mano che procede la caduta la resistenza aerodinamica, orientata verso l’alto, diventerà più significativa aumentando; infatti dipende sia dalla sezione trasversale dell’oggetto in caduta, sia dal quadrato della velocità.

Un po’ di leggi fisiche!

Ecco la formula per calcolare il valore della forza di resistenza aerodinamica:

C indica il coefficiente aerodinamico con valori tipici compresi fra 0,4 e 1,0; C non è una costante caratteristica del corpo, ma dipende anche dalla velocità v (in questa sede possiamo ignorare queste complicazioni! ρ è la densità dell’aria, A l’area della sezione, v la velocità di caduta.

Per studiare il moto si imposta la seconda legge della dinamica, considerando positive le forze orientate verso l’alto:

Se la caduta è sufficientemente lunga, l’intensità della forza frenante F_R aumenterà, raggiungendo il valore del peso del corpo. Da quell’istante l’accelerazione sarà nulla e l’oggetto cadrà con una velocità costante, detta velocità limite v_l.

Come si comporta il paracadutista in caduta libera?

Il paracadutista, durante la fase di caduta libera, per sfruttare la resistenza del mezzo, deve assumere una posizione orizzontale con braccia e gambe divaricate, per aumentare l’area efficace della sezione trasversale.

Inoltre il bacino deve essere proteso in basso, in modo che il corpo assuma un profilo arcuato che stabilizza la caduta, permettendo di seguire un asse verticale di discesa e di evitare rotazioni sull’asse di caduta stesso.

Che cosa caratterizza il paracadutismo acrobatico?

Nel paracadutismo acrobatico i lanci sono da un’altezza intorno ai 3000-4000 m. Viene percorsa una distanza di circa 400 m in caduta libera e raggiunta una velocità limite di 60 m/s (216 km/h).

La durata della caduta libera deve essere più lunga possibile, per poter compiere evoluzioni acrobatiche ed eseguire raggruppamenti in formazione. A questo scopo i paracadutisti indossano  tute speciali, con ampie maniche e gambali che svolazzando aumentano di molto la resistenza all’aria, abbassando la velocità limite a 150-160 km/h.

Record femminile di velocità nello Speed Skydiving

Nella disciplina Speed Skydiving detiene il Record del mondo Mascia Ferri, Campionessa italiana in carica, vice-Campionessa europea e medaglia d’argento alla Coppa del mondo. L’atleta fa parte della Nazionale italiana di paracadutismo sportivo dal 2018.

Nell’agosto 2019 a Dunkeswell, in Inghilterra, Mascia Ferri ha stabilito il nuovo record mondiale femminile con la velocità in caduta libera di 418,25 km/h, .

Fig. 3

Voglio provare… Da quale altezza mi lancio?

La quota di lancio di un paracadutista, può dipendere dal tipo di aereo utilizzato, da eventuali restrizioni e autorizzazioni aeree e da condizioni meteorologiche; solitamente i lanci avvengono ad una quota di 4000 – 4200 metri. Attività ad altitudini superiori a FL 150 (4500 metri) richiedono il possesso di licenza di paracadutismo in corso di validità.

Quando devo aprire il paracadute?

Terminata la fase di caduta libera arriva il momento di aprire il paracadute! La quota di apertura varia a seconda del tipo di lancio, individuale o tandem.

La normativa è chiara in merito e la sicurezza viene prima di tutto.

È perfettamente inutile aprire basso il paracadute per fare pochi secondi in più di caduta libera ed esporsi a rischi inutili, dando tra l’altro un cattivo esempio. Il paracadute principale nei lanci individuali deve essere aperto non sotto i 750 m e nei lanci in tandem non sotto i 1200 m, il che significa che l’apertura del paracadute deve essere completata a queste altezze.

La maggior parte dei paracadutisti solitamente apre il paracadute 200 – 300 m sopra la quota minima prevista.

Chi crede di essere il più bravo perché apre in ritardo il paracadute è solo il più stupido!

Cosa accade nel momento dell’apertura?

L’apertura del paracadute provoca una brusca decelerazione che dà l’impressione di risalire, ma è solo un’impressione. Il paracadutista passa dalla posizione orizzontale a quella verticale, appeso con una imbracatura abbastanza comoda da consentire di sopportare il contraccolpo.

La velocità limite di discesa  si abbassa notevolmente, circa 5 m/s, 15-20 km/h con un paracadute di 50 m² di superficie e viene raggiunta dopo circa 3 metri.

Una volta si diceva che la velocità di impatto a terra corrispondeva a quella di una caduta da 3 metri di altezza; ciò era vero con i paracadute emisferici, i cosiddetti “tondi”. Con il paracadute a profilo alare, attualmente in uso nelle scuole di paracadutismo, le velocità con cui si tocca il terreno sono molto più basse, confrontabili con quella di un salto da un tavolo. L’unica differenza è che spesso c’è una componente di velocità orizzontale.

Inoltre tutti i paracadute sono dotati di comandi di manovra, che consentono di dirigere e frenare la velatura, per atterrare dolcemente nella zona desiderata.

E per finire…

Invito a dare un’occhiata a due video che mostrano le spettacolari imprese dei due recordmen, Alan Eustace e Felix Baumgartner, campioni di altezza di lancio!

•  14 Minutes From Earth (lancio di Alan Eustace)
• Baumgartner e quel passo nel vuoto da 39 mila metri