Artemis 1: problemi più che normali per il ritorno sulla Luna

La decisione di sospendere il lancio, previsto per il 27 settembre, è stato presa dall’ente spaziale statunitense a causa delle cattive condizioni meteo dovute alla tempesta tropicale Ian.

Il ritorno sulla Luna a quanto sembra è più difficile del previsto. Siamo al terzo rinvio in poco più di un mese per la missione spaziale senza equipaggio che avrebbe dovuto fare da apripista per il ritorno dell’uomo sulla Luna. La decisione di sospendere il lancio, atteso per oggi 27 settembre, è stata presa dalla Nasa per motivi di sicurezza: difatti una violenta tempesta tropicale, chiamata Ian, si sta infatti dirigendo verso il sito di lancio Cape Canaveral, in Florida, e i forti venti secondo i tecnici potrebbero compromettere la stabilità del lanciatore Space Launch System. La Nasa ha, però, cominciato a considerare anche il trasferimento del lanciatore Sls, sul quale è integrata la capsula Orion, dalla rampa 39B del Kennedy Space Center all’edificio di assemblaggio Vab (Vehicle Assembly Building).

Il difficile ritorno sulla Luna

I problemi che hanno attanagliato il lanciatore SLS sono stati molteplici, causando in alcuni casi anche un’eccessiva ironia, ma andiamo a ripercorrere le problematiche di questo lanciatore Nasa. In primis ci fu un problema durante la procedura chiamata “spurgo del motore” (engine bleed) a quaranta minuti prima del lancio. Gli ingegneri del complesso di lancio della Nasa hanno scoperto infatti il problema in uno dei quattro motori principali (nel motore 3) del razzo Space Launch System durante il caricamento notturno dei 2,76 milioni di litri di idrogeno liquido e ossigeno.

Si è provato fino alla fine, ma non è stato però possibile trovare una soluzione in tempo per soddisfare la finestra di lancio di due ore.

Era comunque prevedibile non rispettare la prima data di backup per la gravità del problema difatti questo problema è sorto quando gli ingegneri hanno aumentato la pressione sulle tubazioni del carburante per “condizionare” i motori con propellente criogenico e aumentare la loro temperatura per il lancio. I motori si devono trovare alla temperatura criogenica fredda in modo tale che all’avvio non si abbia stress termico eccessivo con il carburante freddo che lo attraversa. Durante lo “spurgo del motore”, l’idrogeno viene fatto circolare attraverso il motore per prepararlo al lancio. Tre dei quattro motori della missione hanno funzionato come previsto, ma il n°3 ha riscontrato il problema che ha poi bloccato tutta la partenza.

I quattro motori RS-25 del sistema di lancio spaziale devono essere condizionati termicamente prima che il propellente super freddo inizi a fluire attraverso di essi per il decollo. I controller di lancio condizionano quindi i motori e aumentano la pressione sul serbatoio di idrogeno liquido dello stadio centrale. Una parte dell’idrogeno liquido viene “spurgato” a circa -200°C ai motori per portarli all’intervallo di temperatura corretto. Gli ingegneri hanno sospettato che il problema riscontrato sul motore 3 fosse il risultato di un problema con il motore stesso, anche se poi si è scoperto che era un problema all’interno del sistema di spurgo utilizzato per raffreddare il motore.

In tutto ciò, come era prevedibile, i social sono impazziti con meme di ogni tipo contro la Nasa, ma è proprio l’amministratore della stessa Nasa, Bill Nelson, a sottolineare quanto sia fondamentale la sicurezza specialmente per un volo di prova come Artemis 1:

Vogliamo verificare i sistemi del razzo, prima di far volare gli astronauti.

Stando al programma Artemis infatti gli astronauti potrebbero volare intorno alla Luna nella missione Artemis 2 del 2024 e atterrare sul suolo lunare nel 2025 con la missione Artemis 3. Nelson ha anticipato che una parte del lavoro e dei test sul razzo SLS potranno essere eseguiti sulla rampa prima che esso sia spostato nel Vab (Vehicle Assembly Building) del Kennedy Space Center e in ogni caso, secondo i tecnici, saranno necessarie diverse settimane per eseguire tutti gli interventi.

La missione Artemis 1
La durata della missione è stimata in circa 42 giorni, durante i quali la navicella Orion percorrerà un totale di circa 2,1 milioni di chilometri, raggiungendo un’orbita distante retrograda attorno alla Luna, per poi rientrare alla velocità record di 40mila km/h verso la Terra e infine tuffarsi nell’Oceano Pacifico. L’obiettivo principale di Artemis I è testare a fondo i sistemi integrati prima delle missioni con equipaggio, facendo funzionare la navicella in un ambiente spaziale profondo, testando lo scudo termico di Orion e recuperando il modulo dell’equipaggio dopo il rientro, la discesa e l’atterraggio.

Rinvii più che normali.

Anche dall’Agenzia Spaziale Italiana parole di conforto per questi rinvii normalissimi, soprattutto nel momento che si stanno facendo i test (si chiamano test appositamente).

Si tratta di un test, proprio come quelli fatti ai tempi del programma Apollo. Quello che si adotta è un approccio sequenziale, nel quale ogni passo serve ad apprendere quali sono i problemi, a individuare le difficoltà e nel superarle

Ha commentato il presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana (Asi), Giorgio Saccoccia, per il quale non c’è nessun allarme se anche il secondo tentativo di lancio della missione Artemis 1 diretta alla Luna è fallito. La perdita di idrogeno liquido che il 3 settembre ha costretto a rinviare il lancio per la Luna è un esempio di quanto sia difficile la sfida del ritorno degli astronauti sulla Luna:

Basti pensare che l’idrogeno liquido è a una temperatura inferiore di soli 20 gradi a quella dello zero assoluto: è facile – ha osservato Giorgio Saccoccia – immaginare la complessità di dover riempire un serbatoio così grande, come quello del razzo Sls, con del propellente capace di creare uno shock termico”.

Gli ingegneri NASA in questi giorni stanno raccogliendo tutti i dati necessari per capire al meglio l’origine dei vari problema e risolverli in vista della prossima finestra di lancio, che si speri sia la definitiva. Ricordiamo tra l’altro che il “motore difettoso” (come gli altri e i due booster laterali) sono un’eredità del programma Space Shuttle, ed era stato costruito nel 2006 con già diverse missioni al suo attivo.

Il punto di vista dell’ingegnere spaziale per ESA, Alberto Graziani.

Andiamo con ordine: problemi e ritardi sono fisiologici nelle missioni spaziali, in primis per l’altissimo livello tecnologico e la complessità tecnica che ci si prefigge. Il livello di complessità dei sistemi spaziali è tale che ogni minimo processo e attività deve seguire delle guide rigide e scrupolose e ogni minima parte deve essere controllata e verificata.

Le difficoltà e la complessità aumentano quando poi si ha a che fare con equipaggi umani.

Con Artemis I, l’equipaggio umano è simulato, ma gli starndard di sicurezza e i requisiti di missione sono gli stessi del futuro volo con equipaggio. SLS, il razzo della missione Artemis I, non fa eccezione e i problemi iniziarono già durante le fasi di assemblaggio dentro al famoso VAB (Vehicle  Assembly Building), il grande edificio a Cape Canaveral dove vengono assemblati in posizione verticale i razzi della NASA. Nel VAB vennero assemblati sia i Saturn V per le missioni Apollo che gli Shuttle.

Dal 2017, quando arrivarono i primi elementi del razzo per essere assemblati, ritardi e slittamenti nella consegna si sono susseguiti a causa di vari problemi tecnici e logistici, che si conclusero nel 2021 con la sostituzione di uno dei motori della parte centrale e che causarono l’ultimo ritardo prima del roll-out. Una milestone dello sviluppo dei nuovi razzi è proprio il roll-out dal VAB fino alla rampa di lancio per i test sulla rampa, tra i quali il Wet Dress Reharshal (WRD), cioè la prova di riempimento dei serbatoi sulla rampa di lancio seguendo le procedure come se si trattasse del lancio, ma interrompendo il countdown 10 secondi prima della partenza.

SLS fece il primo rollout il 17 marzo 2022 per fare il WRD il 3 Aprile. Questo primo tentativo fu interrotto a causa di un problema di pressurizzazione al sistema di lancio. Un secondo tentativo fu organizzato per il 4 Aprile, ma anche questo fu interrotto per problemi di rifornimento di propellente al complesso di lancio.

Durante la preparazione del terzo tentativo per il WRD ci furono dei problemi con le valvole di controllo dell’elio dell’upper stage, che rimasero semi-aperte a causa di una interferenza con i bracci della torre di lancio. Sistemate le valvole. Gli ingegneri “forzarono” la conclusione del test, concludendo tutte le procedure ma senza riempire i serbatoi del upper stage. Il riempimento del serbatoio di ossigeno della parte centrale fu eseguito senza intoppi, mentre fu scoperta una perdita durante il riempimento dell’idrogeno che causò l’interruzione dei test. Dopo questo fallimento e una lunga lista di riparazioni necessarie, il 26 Aprile SLS fu riportato al VAB per le riparazione e un secondo roll-out si ebbe 6 Giugno.

Il 20 Giugno si ebbe il quarto WDR con il riempimento corretto dei serbatoio dei due stadi del razzo. Purtroppo, a causa di una perdita di idrogeno nel connettore con la torre di lancio, il countdown fu interrotto a T-29s invece dei previsti T-9.2.

I manager della missione dichiararono comunque il successo dei test e l’autorizzazione a procedere.

Il 2 luglio SLS torno di nuovo al VAB per le ultime riparazione e preparazioni per le finestre di lancio del 29 Agosto e 5 Settembre. Il 29 agosto iniziarono le procedure per il lancio, con un’ora di ritardo a causa di un temporale nelle vicinanze che avrebbe potuto disturbare il volo inaugurale. Durante le procedure, ci furono vari malfunzionamenti, il più preoccupante fu un inatteso innalzamento della temperatura del motore 3, ma ci furono anche un ritardo di 11 minuti nelle comunicazioni con il razzo, una perdita di carburante e una cricca nell’isolante dei giungi tra i due serbatoio di idrogeno e ossigeno. NASA decise quindi di bloccare il lancio e di procedere all’investigazione dei problemi. Il piu importante, la temperatura del motore 3, fu dovuta però ai sensori che mostravano temperature errate e non quelle reali.

Si decise quindi di procedere il 3 settembre con il secondo tentativo, ma anche in questo caso il lancio su sospeso per una perdita di carburante nella linea di distribuzione ai motori. A seguito dell’investigazione non si trovò la reale causa, ma NASA aggiustò il guasto, ma senza dichiarare una nuova data per il lancio.

La prima data utile, successiva alle riparazioni fu indicata per il 27 Settembre e in alternativa il 30 settembre.

Il 22 Settembre arrivarono tutte le autorizzazioni per procedere con il lancio il 27 Settembre, ma le previsioni meteorologiche avverse e in particolare l’arrivo della tempesta tropicale Ian, convinsero NASA a bloccare il lancio a Settembre e a riportare SLS al VAB la sera del 26 Settembre.

Prossimo lancio…lo scopriremo più avanti