Cosa vedremo con Artemis II: il piano di volo e le fasi della missione lunare NASA con equipaggio

Manca sempre meno alla prima opportunità di lancio della missione Artemis II prevista per le 3:45 del mattino (ora italiana) del 7 febbraio. Come da protocollo, gli astronauti sono entrati ora in quarantena per ridurre al minimo il rischio di infezioni o malattie che potrebbero compromettere il lancio. La quarantena è uno degli step propedeutici all'inizio della missione vera e propria il cui piano di volo dettagliato è stato finalmente rilasciato dalla NASA in un documento ufficiale disponibile pubblicamente. La missione avrà quattro fasi principali che includono il lancio, la manovra di iniezione translunare, il sorvolo ravvicinato della Luna e il rientro sulla Terra. In questo articolo vedremo in dettaglio le varie fasi del piano di volo di Artemis II.

La fase di lancio

La missione Artemis II verrà lanciata in una delle tre possibili finestre di lancio: tra il 7 e l'11 febbraio, tra il 7 e l'11 marzo e 2-4-5-6-7 aprile, con la prima opportunità utile alle 3:45 del mattino (ora italiana) del 7 febbraio. Al lancio, il razzo Space Launch System solleverà la navicella Orion dal suolo grazie alla spinta di 39 milioni di Newton generata dai quattro motori principali RS-25 a propellente liquido e dai due booster laterali a stato solido. Dopo circa un minuto e 10 secondi, il razzo e la capsula saranno già ad una altezza di 12 km e a una velocità di 1600 km/h, raggiungendo così la fase di Max Q, cioè di massimo stress aerodinamico del sistema. Dopo due minuti e nove secondi è invece previsto il distacco dei booster a stato solido laterali, mentre alla soglia dei tre minuti e 18 secondi, una volta superata la fase critica dell’ascesa, i motori di jettison del Launch Abort System (LAS) separeranno la torre dalla navicella Orion.

Dopo che i booster laterali saranno precipitati nell'Oceano Atlantico, 8 minuti dopo il lancio ad una quota di circa 48 km e una velocità di circa 28,000 km/h avverrà il cosiddetto "MECO" (Main Engine Cut Off), cioè lo spegnimento dei quattro motori principali RS-25. Pochi secondi, il corpo principale del razzo SLS si separerà  dallo stadio superiore che invece continuerà la sua corsa verso lo spazio.

Orbita terrestre e iniezione translunare

A questo punto, la navicella sarà costituita dall'Interim cryogenic propulsion stage (ICPS), lo stadio intermedio che fornisce propulsione alla navicella spaziale Orion per immettersi in orbita attorno alla Terra, e da Orion stessa, con i suoi moduli di servizio e di equipaggio. Due sono le manovre che avvengono in questa fase, entrambe guidato dall'ICPS: la prima avverrà 49 minuti dopo il lancio e servirà per innalzare la quota al perigeo, mentre la seconda avverrà un'ora e 47 minuti dopo il lancio all'apogeo orbitale per portare la navicella su un'orbita terrestre alta della durata di 24 ore. Tre ore e 24 minuti dopo il lancio si avrà anche la separazione dell'ICPS da Orion.

In queste 24 ore in orbita terrestre, l'equipaggio eseguirà vari controlli dei sistemi di supporto vitale della navicella spaziale, nonché una dimostrazione di operazioni di rendezvous nello spazio utilizzando come bersaglio l'ICPS da cui si è distaccato precedentemente. Al raggiungimento del secondo perigeo, la capsula Orion effettuerà la cruciale manovra della Trans-Lunar Injection (TLI) o iniezione translunare. Si tratta dell'accensione prolungata, circa 18 minuti, del motore del modulo di servizio (a costruzione europea) che permetterà ad Orion di inserirsi sulla traiettoria orbitale che la porterà sulla Luna. Per la precisione, l'accensione del propulsore incrementerà la velocità di Orion fino a spostarsi su un'orbita ellittica con elevata eccentricità, il cui apogeo si colloca in prossimità della Luna.

Il viaggio verso la Luna

A seguito della manovra di Trans-Lunar Injection, la capsula Orion e il suo equipaggio di quattro astronauti sarà finalmente in volo in direzione della Luna.  Mentre Orion si allontana dalla Terra, l'equipaggio continuerà a valutare i sistemi della navicella spaziale. Gli astronauti si eserciteranno nelle procedure di emergenza, testeranno le misure di protezione dalle radiazioni all'interno della capsula ed effettueranno dimostrazioni pianificate per le missioni future. Lungo il percorso, avverranno piccole correzioni di rotta necessarie a mettere la navicella su di una traiettoria di rientro giusta che le permetta di sfruttare la gravita lunare per ritornare verso la Terra. Dopo quattro giorni di viaggio, la navicella spaziale entrerà nella sfera di influenza della Luna, dove la gravità lunare diventa più forte di quella terrestre.

Il sorvolo ravvicinato della Luna

È a questo punto che inizia la parte più affascinante della missione. Orion passerà tra 6400 e 9600 chilometri sopra la superficie lunare, a seconda della data di lancio. Dai finestrini della navicella spaziale, la Luna apparirà più o meno delle dimensioni di un pallone da basket tenuto a distanza di un braccio. Orion effettuerà solo un sorvolo ravvicinato del nostro satellite, non avendo quindi l'occasione di compiere una orbita completa. Durante il sorvolo, ad un certo punto Orion verrà a trovarsi nel lato nascosto della Luna, cosa che farà sì che l'equipaggio perda il contatto radio con la Terra. In questa fase gli astronauti saranno completamente isolati, ma avranno l'occasione di fotografare e osservare il lato nascosto del nostro satellite naturale. Nel punto più lontano, l'equipaggio si troverà a una distanza dalla Terra che li renderà gli esseri umani che si sono avventurati più lontano nello spazio di chiunque altro nella storia.

Il viaggio di rientro a Terra

Dopo aver doppiato la Luna, Orion inizierà il suo ritorno sulla Terra senza una accensione significativa del motore. La navicella spaziale si affiderà infatti alla gravità combinata della Terra e della Luna per dirigersi verso casa lungo un percorso a basso consumo di carburante. Anche il viaggio di ritorno durerà circa quattro giorni, con sporadiche correzioni di traiettoria necessarie per entrare correttamente nel corridoio di rientro terrestre. In questi quattro giorni, l'equipaggio continuerà i test di sistema, inclusi ulteriori esercizi di pilotaggio manuale e dimostrazioni di schermatura dalle radiazioni. Mentre Orion si avvicina alla Terra, il suo modulo di servizio si separerà e brucerà nell'atmosfera, esponendo lo scudo termico della capsula dell'equipaggio. La capsula rientrerà ad alta velocità, riscaldandosi fino a migliaia di gradi, mentre il plasma surriscaldato bloccherà brevemente le comunicazioni radio.

La fase di atterraggio

Per la fase di rientro in atmosfera e atterraggio, Artemis II tenterà la stessa manovra utilizzata da Artemis I, solo che questa volta lo farà con esseri umani in carne e ossa a bordo! La manovra prende il nome di "skip reentry" e si rende necessaria a causa dell'altissima velocità con cui la navicella Orion entrerà in atmosfera terrestre, quasi 40,000 km/h, la più alta mai registrata per un equipaggio umano. Lo "skip reentry" è una manovra in più fasi: nella prima fase, il modulo di equipaggio di Orion entrerà brevemente nella parte superiore dell'atmosfera, fino a circa 60 km di altezza, salvo poi ruotare di 180 gradi così da cambiare il suo centro di gravità e rimbalzare verso l'esterno fino ad una altezza di 100 km dal suolo. Così facendo, la navicella dissipa energia, riducendo inoltre il carico di temperatura sullo scudo termico, mentre la nave torna brevemente nel freddo dello spazio.

Lo "skip reentry" aiuta non solo Orion, ma anche gli astronauti dal momento che dividendo il rientro in due parti fa si che la massima forza-G sperimentata dagli astronauti scenda da 6,8 a soli 4. L'idea di effettuare uno "skip reentry" era stata ventilata anche ai tempi del programma Apollo, ma le scarse capacità computazionali dei computer di bordo dell'epoca rendevano la manovra troppo rischiosa da effettuare. Una volta dissipata la maggior parte dell'energia per attrito, Orion dispiegherà i suoi paracaduti ammarando nell'Oceano Pacifico al largo di San Diego, dove la Marina degli Stati Uniti recupererà l'equipaggio e la navicella spaziale utilizzando un mezzo anfibi, concludendo così la storica missione di 10 giorni.

non perderti questo video

Cosa cerchiamo davvero sulla Luna? Il programma Artemis e la nuova economia lunare