Artemis II, la NASA sposta l’SLS sulla rampa di lancio: tutto sul razzo che riporterà l’uomo sulla Luna

Lo Space Launch System (SLS), il razzo di 98 metri della NASA contentente la capsula Orion, ha raggiunto la rampa di lancio 39B del Kennedy Space Center a Cape Canaveral in vista dell'imminente lancio della missione Artemis II che riporterà l'uomo sulla Luna per la prima volta dal 1972. Il lento viaggio di 6,4 km dal Vehicle Assembly Building alla rampa di lancio è avvenuto tramite il Crawler-Transporter 2 – il veicolo semovente più pesante al mondo – ed è durato circa 12 ore. Ora si attendono le ultime prove delle operazioni pre-lancio che simulano quanto potrebbe avvenire tra il 6 e l'11 febbraio.

Oltre a essere il razzo più potente realizzato dalla NASA dall'epoca delle missioni Apollo, SLS è l'unico razzo esistente al momento in grado di inviare la capsula Orion, il suo equipaggio e il carico utile direttamente verso la Luna con un unico lancio. Diversamente dal Saturn V delle missioni Apollo progettato unicamente per andare sulla Luna, questo razzo è stato ideato per l’esplorazione dello spazio profondo, non solo quindi Luna, ma anche Marte e in prospettiva i pianeti esterni. Alto 98 metri e pesante 2604 tonnellate a pieno carico, lo SLS genera una spinta da ben 39 milioni di newton, abbastanza da spingere la capsula Orion e il suo carico a 36.484 km/h in direzione della Luna. La missione Artemis II utilizzerà la configurazione iniziale di SLS, chiamata Block 1, mentre le future missioni vedranno una evoluzione del razzo che diventerà sempre più grande e potente.

Com’è nato il programma Space Launch System di Artemis II

Il programma SLS nasce ufficialmente nel 2010 quando la NASA, alla vigilia della dismissione del programma Space Shuttle, decise di tornare a concentrarsi sull'esplorazione umana dello spazio profondo. Era però necessario sviluppare un nuovo lanciatore super-pesante in grado di lasciare la gravità terrestre. Nel definire SLS, la NASA ha valutato diverse configurazioni, che si differenziavano per numero di stadi, tipi di propellente, booster, prestazioni, costi di sviluppo e operativi, affidabilità e capacità di mantenere competenze industriali chiave.

La NASA optò per un design di tipo evolutivo, non un lanciatore in grado di effettuare un solo compito, come il Saturn V delle missioni Apollo, bensì un razzo adattabile a diverse configurazioni di equipaggio e carico, e che facesse leva sulle decennali competenze sviluppate nel corso del programma Space Shuttle. Per ridurre costi, rischi e tempi di sviluppo, SLS eredita molti elementi dallo Space Shuttle come i motori RS-25, l'architettura a booster laterali e la compatibilità con le infrastrutture di terra del Kennedy Space Center. Ciò garantisce allo SLS una maggiore sicurezza, minori rischi e una maggiore probabilità di successo della missione negli ambienti dinamici e spietati dei voli spaziali.

Com’è fatto il razzo che riporterà l’uomo sulla Luna

Nella sua configurazione Block 1, quella delle missioni Artemis I, II e III, lo SLS si configura come un lanciatore super-pesante in grado di portare 27 tonnellate di carico utile verso la Luna grazie alla spinta fornita da quattro motori RS-25 e due booster laterali, entrambi mutuati dal programma Shuttle, e dall'Interim Cryogenic Propulsion Stage, che dà la spinta finale nello spazio per immettere la capsula con gli astronauti in rotta per la Luna.

Lo stadio principale del razzo

Lo stadio principale, di colore arancione per via del rivestimento termico, è il cuore dello SLS. Prodotto da Boeing, è il più alto stadio singolo di un razzo mai costruito, con ben 65 metri di altezza. Al suo interno ospita l'avionica, il computer di volo (dotato di un processore poco più potente di un Pentium II) e i serbatoi di idrogeno liquido (a –253 °C) e ossigeno liquido (a –183 °C) che fanno da carburante per i quattro motori RS-25 prodotti da L3Harris Technologies. Questi motori sono tra i più affidabili che esistano nell'ambito aerospaziale dato che hanno volato con successo per ben 135 volte nel corso del programma Shuttle.

Insieme, i motori generano 8,896 milioni di newton di spinta e funzionano per circa 480 secondi, portando il razzo fino a Mach 23 (cioè 23 volte la velocità del suono!) e a un’altitudine di 161 km prima della separazione dallo stadio superiore. Per rendere una idea della potenza di questi motori, basti pensare che bruciano oltre 5600 litri di propellente al secondo fornendo una spinta tale da poter far volare otto Boeing 747 contemporaneamente. A differenza dello Shuttle, però, i motori RS-25 di SLS non sono riutilizzati: il recupero sarebbe troppo complesso e costoso dati la velocità e l'altitudine raggiunta dallo stadio principale.

I due booster a propellente solido

A fornire la maggior parte della spinta iniziale sono i due booster a propellente solido prodotti da Northrop Grumman. Ognuno è composto da cinque segmenti, uno in più rispetto ai booster dello Shuttle, ed è alimentato da un combustibile a base di polibutadiene acrilonitrile e perclorato di ammonio. Ogni booster genera fino a 16,014 milioni di newton di spinta e, nei primi 126 secondi di volo, fornisce circa il 75% della spinta totale necessaria al decollo. In questa fase il razzo consuma circa 5 tonnellate di carburante al secondo. Dopo due minuti, a 45 km di quota e a Mach 4,3, i booster si separano mediante bulloni esplosivi e cadono nell’oceano. Anche in questo caso, il progetto è ottimizzato per uso singolo. I motori producono talmente tanta potenza, 2,3 milioni di kWh, che potrebbero fornire energia a 92.000 case per un giorno intero.

L'Integrated Spacecraft/Payload element

Tra lo stadio centrale e la capsula Orion si trova l’Integrated Spacecraft/Payload Element, che ospita adattatori, sistemi di separazione e carichi secondari. Lo stadio che compie la manovra cruciale è l’Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), prodotto da Boeing e United Launch Alliance. Alimentato anch’esso da idrogeno e ossigeno liquidi, l’ICPS fornisce una spinta di 110.000 newton ed è responsabile della Trans-Lunar Injection (TLI), l’accensione che spinge Orion dall’orbita terrestre verso la Luna. Durante Artemis II, Orion e ICPS orbiteranno la Terra tre volte prima dell’accensione finale. Dopo la separazione di Orion, l’ICPS rilascerà carichi secondari e rientrerà nell’atmosfera sopra l’oceano Pacifico.

L'evoluzione futura dello Space Launch System

SLS è un vettore che si evolverà nel tempo per supportare la crescita e complessità delle missioni future. Ogni variante successiva del blocco SLS diventa più potente grazie agli aggiornamenti apportati ai motori, ai booster e allo stadio superiore, fornendo una piattaforma flessibile per una varietà di missioni spaziali umane e robotiche, piuttosto che richiedere lo sviluppo di razzi completamente nuovi per aumentare le prestazioni.

La sua prima variante SLS Block 1 è stata usata per Artemis I, e verra usata per Artemis II e III riportando l'uomo sulla Luna. L'evoluzione, SLS Block 1B, è più potente, grande quanto il Saturn V e verrà usata da Artemis IV in poi. SLS Block 2 sarà ancora più potente, aumentando la capacita di trasporto di carico verso la Luna fino a 46 tonnellate. Tutte le varianti hanno un design base che ricalca quello dello SLS Block 1 ovvero uno stadio centrale che ospita serbatoi di propellente, motori, avionica e punti di attacco per una coppia di razzi ausiliari a propellente solido, quattro motori a propellente liquido alimentati da idrogeno liquido e ossigeno liquido criogenico e uno stadio superiore che viene attivato nello spazio alimentato da idrogeno liquido e ossigeno liquido.

Differenze principali col Saturn V delle missioni Apollo

La differenza principale tra lo SLS e il razzo Saturn V delle missioni Apollo è di concetto: Saturn V è un razzo "verticale", creato al solo scopo di mandare l'uomo sulla Luna, lo SLS è invece versatile. Con una frazione del budget delle missioni Apollo, che arrivarono anche al 4,4% del PIL americano nel 1966, lo SLS ha la possibilità di inviare carichi più grandi alla ISS, l'opportunità di inviare più equipaggi o persino una stazione di ricerca sulla Luna, o la possibilità di inviare un equipaggio (insieme al cibo, all'acqua e alle altre risorse necessarie) su un altro pianeta. Inoltre, lo SLS capitalizza cinque decenni di progresso tecnologico nel campo aerospaziale, offrendo una tecnologia ben collaudata con lo Shuttle che minimizza i rischi per l'equipaggio. Mettere degli astronauti su delle capsule "pericolose" come quelle Apollo è impensabile al giorno d'oggi.

Volendo focalizzarci invece sulle differenze squisitamente tecniche, lo SLS è meno alto (98 mentri contro i 110 del Saturn V), più leggero e con meno capacità di carico (27 vs. 41 tonnellate) nella sua configurazione Block 1. Tuttavia, la spinta fornita dai suoi motori è il 15% maggiore di quella del Saturn V, permettendo di raggiungere velocità di punta di 39.500 km/h contro i 28.000 km/h del Saturn V. Anche la spesa per la costruzione dello SLS è inferiore a quella Saturn V, meno della metà corretto per l'inflazione.

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