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Space Launch System: un razzo per tornare sulla Luna

(di Riccardo Cattaneo)

Nel corso dell’analisi su Orion, abbiamo più volte sottolineato che per permettere a equipaggi umani di tornare sulla Luna è necessario che venga anche costruito un lanciatore capace di fornire la spinta necessaria. Al momento, infatti, gli Stati Uniti possiedono diversi lanciatori pubblici e privati, ma nessuno di questi è capace di rispondere ai requisiti imposti dal programma Artemis. Il programma Constellation, cancellato dall’amministrazione Obama, prevedeva il lancio di Orion attraverso l’utilizzo della famiglia di lanciatori Ares. Nello specifico, la navicella sarebbe stata lanciata dal vettore Ares I nel caso di missioni verso la Stazione Spaziale Internazionale, mentre con il più potente Ares V nel caso di missioni verso lo spazio profondo[1]. La cancellazione del programma ha però comportato l’accorpamento di Ares I e V in un unico razzo, più flessibile e utilizzabile sia per lanci cargo che con equipaggio, che dal 2011 è conosciuto come Space Launch System[2].

Necessario per portare sulla Luna astronauti e moduli della stazione cislunare (Gateway)[3], lo Space Launch System diverrà uno dei lanciatori più potenti della storia, dotando gli Stati Uniti del primo super heavy-lift launch vehicle (SHLLV)[4]dai tempi del Saturn V. Parimenti alla famiglia Ares, cancellata con il programma Constellation, l’SLS non sarà riutilizzabile e si configura come uno Shuttle-Derived Vehicle (SDV), cioè un veicolo le cui tecnologie derivano quasi totalmente dallo Space Shuttle[5]. Esteticamente simile al serbatoio esterno dello Space Shuttle, il primo stadio (Core Stage) di SLS avrà un diametro di 8,4 metri e un’altezza di 64,6 metri. Esso monterà quattro motori RS-25, conosciuti anche come Space Shuttle Main Engines (SSME)[6], che forniranno la propulsione attraverso la reazione di idrogeno e ossigeno liquidi[7].

Se tutti i lanci dello Space Launch System avverranno con il medesimo Core Stage, lo stesso non si può dire degli stadi superiori. Ultimato lo sviluppo, SLS prevedrà infatti tre diverse configurazioni di lancio[8]. Secondo la programmazione ufficiale, Artemis 1 dovrebbe svolgersi nel 2020 con l’utilizzo dello Space Launch System in configurazione Block 1. Questa sarà alta 98 metri e avrà una capacità di carico in low Earth orbit (LEO) fino a 70 tonnellate, ma il suo utilizzo non è previsto per missioni con equipaggio. Lateralmente al Core Stage saranno montati due razzi ausiliari derivati dallo Space Shuttle, i quali sono stati migliorati per garantire il 25% di potenza in più[9]. Lo stadio superiore sarà occupato dall’Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), spinto da un motore RL-10 idrogeno-ossigeno mutuato dal lanciatore Delta IV[10]. Oltre al trasporto di alcuni satelliti cubesat[11], l’ICPS fornirà a Orion la spinta necessaria per raggiungere la Luna. Tuttavia, è già chiaro agli ingegneri della NASA che l’eventuale utilizzo dello Space Launch System per missioni con equipaggio verso Marte o gli asteroidi richiederà uno stadio superiore molto più potente.

Parziale soluzione al problema la fornirà la configurazione Block 1B, che con un’altezza di 110 metri avrà una capacità di carico in LEO fino a 105 tonnellate[12]. Questo condividerà con il Block 1 il Core Stage e i due razzi ausiliari[13], ma la maggiore potenza sarà garantita dalla sostituzione dell’ICPS con l’Exploration Upper Stage (EUS)[14], dotato di quattro motori idrogeno-ossigeno RL-10[15]. In questo modo, la configurazione Block 1B di SLS sarà in grado di effettuare sia lanci cargo che umani[16]. Qualora il suo sviluppo dovesse già essere ultimato entro il 2023, il primo lancio potrebbe avvenire nell’ambito della missione Europa Clipper[17](per l’esplorazione del satellite galileiano Europa). In caso contrario, il volo inaugurale avverrà nel 2024 per la missione Artemis 3[18], la prima dal 1972 con l’obiettivo di allunare con equipaggio.

Le successive migliorie apportate allo Space Launch System permetteranno la costruzione della configurazione Block 2, che rappresenta l’ultima fase dello sviluppo attualmente pianificato del lanciatore[19]. In questo caso, il razzo raggiungerà i 111 metri di altezza e porterà con sé l’Exploration Upper Stage, migliorato sostituendo i vecchi motori con tre J-2X a idrogeno-ossigeno[20]. Anche i razzi ausiliari saranno potenziati, tanto da garantire al lanciatore una capacità di carico in LEO di 130 tonnellate[21]. Sebbene il primo lancio del Block 2 fosse inizialmente previsto per la missione Artemis 2, i ritardi di sviluppo hanno posticipato il primo lancio a non prima del 2028[22]. Anche quest’ultima configurazione non permetterà però allo Space Launch System di superare la potenza del Saturn V, che aveva una capacità di carico in LEO di 140 tonnellate.

Il lanciatore è tuttora oggetto di severe critiche. Lo sviluppo di SLS da parte di Boeing è stato travagliato, sia per le incertezze nelle assegnazioni dei fondi federali, sia per i ritardi nel processo di sviluppo e produzione[23]. Inoltre, allo scopo di limitare i costi – comunque elevatissimi – il progetto del lanciatore ha sacrificando l’innovazione preferendo il riutilizzo delle vecchie tecnologie dello Space Shuttle. Questa preoccupazione trova particolare fondamento in un momento storico in cui l’iniziativa privata sta rivoluzionando il settore dei lanciatori, portando a un costante abbassamento dei costi di lancio[24]. Con un modello di sviluppo che risponde alle inefficienti logiche del faster, better, cheaper ­­– caratteristiche dello sviluppo della fallimentare architettura dello Space Shuttle –, lo Space Launch System pare nascere fuori contesto, con una previsione di costo minimo per lancio di un miliardo di dollari[25]. Se restituire a Washington la capacità di portare esseri umani nello spazio profondo è una motivazione di prestigio ragionevole per dotarsi di tale lanciatore, la NASA teme che si dimostri corretta la previsione per cui grandi capitali privati verranno presto destinati all’economia lunare, rendendo SLS un investimento inutile e totalmente fuori mercato[26].

Lo Space Launch System diverrà però il lanciatore più potente del pianeta, almeno fino a quando non sarà concluso lo sviluppo dello Starship-Super Heavy (Big Falcon Rocket) di SpaceX. Con un’altezza di 118 metri, dovrebbe avere una capacità di carico di circa 150 tonnellate in LEO, superando sia il Block 2 che il Saturn V. Oltre a divenire il lanciatore più potente della storia dell’umanità, Starship-Super Heavy avrà anche la caratteristica di essere completamente riutilizzabile, abbattendo così i costi di lancio[27]. Anche Starship-Super Heavy si trova nelle fasi finali di sviluppo ed è proprio con questo lanciatore che, nell’ambito del progetto #dearMoon, i primi turisti verranno portati in orbita lunare[28]. Alla NASA viene quindi presentata la fondata obiezione che sarebbe più conveniente comportarsi come cliente commerciale del settore privato piuttosto che utilizzare lo Space Launch System, che però restituirebbe alla NASA l’indipendenza e il prestigio che derivano dal possedere un lanciatore capace di portare esseri umani nello spazio profondo. E parte dell’ambizione statunitense è anche la costruzione di un’ambiziosa stazione orbitate che permetta di rendere sostenibile l’esplorazione lunare e, in futuro, anche quella dello spazio profondo.


Note

[1] NASA, Constellation - The next giant leap has begun, 2008. Disponibile a questo link. [2] NASA, Explore Moon to Mars, cit. [3] NASA, Space Launch System. Disponibile a questo link. [4] Cfr. A. V., Super Heavy Lift Launch Vehicles: Global Status and European Perspectives, in “ESPI Briefs”, n. 18, ESPI, 2017. [5] Cfr. NASA, Shuttle-Derived Heavy Lift Launch Vehicle, 2009. [6] Cfr. NASA, NASA Marches On with Test of RS-25 Engine Flight Controller, 6 settmebre 2018. [7] Boeing, Space Launch System, cit.

[8] NASA, Space Launch System [9] NASA, Space Launch System, cit. [10] NASA, SLS Block 1 Crew, Block 1B Crew, Block 1B Cargo and Block 2 Cargo Evolution, 17 ottobre 2017. [11] NASA, CubeSat Launch Initiative. Disponibile su: https://www.nasa.gov/directorates/heo/home/CubeSats_initiative [12] NASA, SLS Block 1 Crew, Block 1B Crew, Block 1B Cargo and Block 2 Cargo Evolution, cit. [13] NASA, Space Launch System, cit. [14] NASA, Major Review Completed for NASA’s New SLS Exploration Upper Stage, 27 gennaio 2017. [15] Aerojet Rocketdyne, RL-10 Propulsion System. Disponibile su: https://www.rocket.com/space/liquid-engines/rl10-engine [16] NASA, SLS Block 1 Crew, Block 1B Crew, Block 1B Cargo and Block 2 Cargo Evolution, cit. [17] M. Bartels, Europa Clipper Mission to Jupiter Gets $600M in NASA’s 2020 Budget Request, space.com, 12 marzo 2019. [18] Cfr. S. Clark, SLS mobile launcher moves to pad 39B for final exams, Spaceflight Now, 28 giugno 2019. [19] NASA, SLS Block 1 Crew, Block 1B Crew, Block 1B Cargo and Block 2 Cargo Evolution, cit. [20] Cfr. NASA, Space Launch System (SLS) Program Overview.

[21] NASA, SLS Block 1 Crew, Block 1B Crew, Block 1B Cargo and Block 2 Cargo Evolution, cit. [22] S. Creech, Space Launch System, a new capability for discovery, NASA, 29 agosto 2017. [23] J. Roulette, Costs, delays mount for Boeing’ NASA launch system, audit finds, Reuters, 19 giugno 2019. [24] J. Hollaway, NASA’s dilemma: governments don’t do innovation, The Space Review, 16 luglio 2018. [25] Cfr. J. Davis, NASA’s $17-billion moon rocket may be doomed before it ever gets to the launch pad, NBC News, 8 aprile 2019.

[26] Cfr. J. O’Callaghan, Surprise NASA Announcement Puts Future Of New Mega-Rocket In Doubt, Forbes, 17 maggio 2019. [27] Cfr. SpaceX, Making life multiplanetary. [28] Sito ufficiale di #dearMoon.

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