Ritorno sulla Luna con un mezzo convenzionale

Cinquantacinque anni dopo il primo lancio del gigantesco vettore Saturno V realizzato grazie a un immane sforzo economico, di personale e tanti rischi per la vittoriosa corsa alla Luna, la Nasa ritorna ai blocchi di partenza con il primo lancio di un nuovo superpotente vettore realizzato per ritornare sulla Luna. A parte il medesimo ma oggi molto più facile obiettivo, a prima vista anche il nuovo vettore Space Launch System (Sls) sembra molto simile al Saturno V concepito da Von Braun più di mezzo secolo fa.

Sembrerebbe che le tecnologie spaziali, in particolare i sistemi di lancio, siano marciati sul posto proprio nei 60 anni della storia dell’umanità che hanno visto la più grande accelerazione dell’innovazione scientifica e tecnologica. Effettivamente se osserviamo Artemis1 sul poligono di lancio del Kennedy Space Center composta dal vettore Sls con sulla punta la navicella Orion, le analogie sono molte con il vettore Saturno V, a cominciare dal gigantesco razzo cilindrico usa e getta che spinge una navicella a forma conica con il suo modulo di servizio cilindrico. Unica differenza, Sls è monostadio, dispone di due razzi d’appoggio esterni come aveva lo Shuttle e Ariane V, i cosiddetti booster laterali che producono grande parte della spinta iniziale. Saturno V invece era a più stadi, quindi con un numero maggiore di motori che venivano man mano gettati con i relativi serbatoi a cominciare dal potentissimo primo stadio con i 5 motori F1, che furono la chiave del successo Usa permettendo di staccare da terra il gigantesco Saturno V necessario per lanciare la navicella Apollo e Lem verso la Luna.

Dopo la tragedia che uccise 7 astronauti

Il nuovo vettore Sls, oltre ai noti ritardi di Boeing nella sua realizzazione, ha ormai una lunga storia iniziata nel 1986 quando alla Nasa era apparso chiaro che il rivoluzionario riutilizzabile Space Shuttle sul quale gli Usa avevano puntato dopo l’era Saturno V non avrebbe avuto futuro, sia per gli elevatissimi costi operativi che per gli alti rischi che comportava per l’equipaggio; il primo incidente avvenuto a inizio 1986 uccise i sette astronauti a bordo, compresa la docente Christa McAuliffe selezionata per fare lezioni dallo spazio alle scuole americane.

La Nasa aveva allora in progettazione una Stazione spaziale poi diventata internazionale (Iss) portata in orbita e montata grazie alla capacità di trasporto dello Shuttle cui fu prolungata la vita dopo il secondo incidente unicamente per poter portare in orbita i grandi elementi di Iss. Nasa, una volta ritirato dal servizio lo Shuttle, necessitava urgentemente di un nuovo vettore per continuare a poter trasportare astronauti nello spazio oltretutto con una propria stazione spaziale in esercizio. Per questo, oltre ad aprire a privati lo sviluppo di nuovi vettori, continuò gli studi e la progettazione di un nuovo vettore super potente anche per missioni verso Marte. Infatti i vari presidenti Usa che si sono succeduti negli ultimi trent’anni, in particolare Bush padre e figlio, hanno a più riprese promesso missioni verso Marte impegnando la Nasa in grandi impagabili progetti poi ridimensionati da Clinton e di nuovo da Obama per arrivare all’Sls che spiccherà il volo, se tutto va bene, nei prossimi giorni.

Intanto per quasi un decennio dalla completazione di Iss nel 2011, con lo Shuttle in pensione, la Nasa ha dovuto far capo per il trasporto di astronauti da e per Iss ai vettori Soyuz dell’agenzia Russa Roscosmos. Solo da poco più di due anni è operativa la navicella Crew Dragon lanciata dal riutilizzabile vettore Falcon 9 di Space X, e di conseguenza gli Usa possono fare a meno della Soyuz Russa. Un balzo tecnologico rivoluzionario, quello realizzato da Space X, con finanziamenti Nasa, che permette di ridurre notevolmente i costi per l’accesso allo spazio sia per il personale che per la messa in orbita di satelliti.

Space X riutilizza il vettore fino a 10 volte, non come Saturno V con i suoi costosissimi 5 motori e adesso di nuovo Sls che finisce come Saturno V in fondo all’oceano dopo i pochi minuti di vita necessari per bruciare tutto il carburante disponibile negli immensi serbatoi e spingere a grande velocità il carico utile per raggiungere la velocità orbitale. Per rapporto a Saturno V, oltre ai razzi di appoggio a combustibile solido che forniscono la maggior parte della spinta iniziale, Sls dispone di 4 motori principali LS25 meno potenti dei 5 motori F1 di Saturno V da 7’000 kN pesanti 8’400 kg l’uno, che spingevano per circa 150 secondi. I motori LS25 sprigionano una spinta di 2’200 kN nettamente inferiore agli F1 di Saturno V ma lavorano per 480 secondi e pesano solo 2’800 kg l’uno, sono motori a idrogeno e ossigeno liquidi già usati per lo Shuttle quindi ampiamente collaudati. Dietro all’apparente forte analogia visiva di Sls con Saturno V c’è quindi una grande differenza nel sistema di propulsione che evidentemente non è più quello di prima generazione degli anni 60 del secolo scorso.

Dal 1986 tante idee

Constatato che lo Shuttle, pur essendo un gioiello tecnologico, aveva disatteso fortemente le aspettative per un accesso allo spazio con un mezzo quasi interamente riutilizzabile (salvo il grande serbatoio esterno), la Nasa avviò e successivamente abbandonò tutta una serie di grandi progetti per realizzare un nuovo sistema di trasporto spaziale. Chiaramente la riutilizzabilità rimaneva l’obiettivo principale, la Nasa studiò concetti simili allo Shuttle, il primo fu il National Aerospace Plane a decollo e atterraggio verticale capace di muoversi a 25 Mach e utilizzabile anche per trasporti tra continenti, quindi non solo mirato allo spazio. Molto simile a quanto sta ora sviluppando Space X, l’enorme e rivoluzionaria Starship che però oltre a un fantascientifico nuovo mezzo di trasporto intercontinentale vuol essere il mezzo di trasporto integrato per raggiungere la Luna, ma soprattutto Marte, il grande pallino di Elon Musk. Intanto Space X ha già un contratto Nasa da 2,9 miliardi per sviluppare l’Human Landing System per trasferire astronauti dalla orbita lunare al suolo lunare e ritorno.

Il National Aerospace Plane fu abbandonato nel 1992 dopo essere costato 1,7 miliardi in spese di progettazione. Poi nel 1994 Nasa ripensò altre opzioni. Una consisteva nel rivedere e migliorare lo Shuttle eliminando i gravi difetti che lo rendevano costoso e pericoloso, la seconda idea era un vettore monouso classico come effettivamente ripreso 20 anni dopo con Sls, mentre la terza puntava a un rivoluzionario veicolo che doveva basarsi su tecnologie ancora da sviluppare. Nasa scelse la terza e avviò la progettazione di due concetti di veicoli spaziali: l’X33 incaricando la Lockheed Martin e l’X34 della Orbital Science Corporation, in modo da avere due opzioni tra le quali poi scegliere la migliore per la realizzazione, ambedue dovevano essere riutilizzabili con sistema frenante a scudo termico come lo Shuttle. X33 era un veicolo a lancio e atterraggio verticale che doveva disporre di un motore di nuovissima concezione, mentre l’X34 era concepito come un veicolo spaziale da trasportare in quota con un aereo convenzionale dove poi partiva autonomamente per poi atterrare verticalmente.

Ma di nuovo nel 2002 viste le grandi difficoltà che riscontrava lo sviluppo del nuovo motore multifunzionale necessario per i due progetti la Nasa ritornò sul convenzionale, avviando la più semplice Space Launch Initiative (Sli). Altri 1,3 miliardi spesi per due progetti, l’X33 e l’X34, che alla fine si rilevarono troppo avanguardistici non potendo disporre delle tecnologie necessarie alle esigenze dei motori.

Non siamo più ai tempi di Kennedy

Quanto era riuscito a Kennedy che nel 1961 spronò gli Usa alla corsa per la Luna dichiarando di volerla raggiungere entro la fine del decennio, pur sapendo di non disporre ancora della necessaria tecnologia ma che poi come abbiamo visto è stato fatto, questa volta con il progetto basato su tecnologie da sviluppare e inventare non è andata in porto, anche perché la Nasa non dispone più degli ingenti mezzi che aveva avuto per la corsa sulla Luna (fino al 5,5% del budget federale).

Ma dopo solo 2 anni e altri 800 milioni spesi nel 2002 anche la Sli fu abbandonata. Si ripartì con l’Integrated Space Transportation Program (Istp) che riprendeva l’idea del rinnovamento dello Shuttle per estenderne l’operatività fino a oltre il 2015 e nel contempo sviluppare l’Orbital Space Plane da affiancare quale veicolo di salvataggio per gli astronauti a bordo di uno Shuttle danneggiato (come il Columbia) che non poteva più rientrare a Terra. In più si avviò un nuovo programma, il Next Generation Launch Technology, per avere un nuovo veicolo a partire dal 2015. Poi nel 2004 la decisione di abbandonare lo Shuttle appena terminata la Iss, decisione forzata dal secondo tragico incidente allo Shuttle Columbia del 2003. Da allora pur con altalenanti obiettivi a seconda del presidente in carica la Nasa è ritornata sul classico vettore monouso che vedremo sulla rampa di lancia in questi giorni.

I principi del volo spaziale rimangono

Una lunga tribolata costosa storia che mostra quanto sia difficile la ricerca di nuove soluzioni per uscire e rientrare dall’atmosfera per rapporto ai principi del volo spaziale e della propulsione missilistica definiti da Kostantin Tsiolkovsky a inizio 19esimo secolo, quando descrisse anche il principio del vettore multistadi. Le grandi realizzazioni per l’accesso allo spazio dell’Urss con le Soyuz sviluppate da Sergei Korolef e dal Saturno V americano di Von Braun rimangono ancora lo stato dell’arte del trasporto spaziale dopo l’ardito ma operazionalmente fallito approccio con lo Shuttle riutilizzabile della Nasa copiato dai russi con il Buran.

Lo sviluppo tecnologico degli ultimi 50 anni ha sì migliorato nettamente materiali, meccanica e controlli elettronici, ma siamo sempre a livello di ottimizzazioni, i principi fondamentale del sistema di trasporto non sono cambiati. Solo Space X ha rivoluzionato il sistema con il Falcon 9, il primo vettore riutilizzabile ad atterraggio verticale. Ma per arrivarci oltre a cospicui finanziamenti Nasa c’è anche il fatto che per realizzare nuovi concetti non si può solo simulare sulla carta ma bisogna poter provare e sbagliare. Come in fondo poté fare la Nasa quando effettuò i primi tentativi di lancio di vettori per rincorrere i russi già in orbita con lo Sputnik, tentativi falliti con grandiose esplosioni al suolo.

Oggi un ente pubblico come la Nasa non potrebbe permettersi quanto Space X ha potuto fare, cioè fallire diversi tentativi di atterraggio del vettore Falcon 9 sulla chiatta nell’oceano con relativa palla di fuoco. Fu solo al quarto tentativo che l’impossibile diventò possibile, cioè il recupero del primo stadio che rappresenta il 60-70% del costo del vettore. Da allora Falcon 9 recuperabile è operativo con oltre 100 atterraggi, alcuni hanno già effettuato 10 viaggi.

Per tornare sulla Luna la Nasa difficilmente poteva realizzare un veicolo rivoluzionario, eccoci quindi con questo primo lancio della missione Artemis, nella mitologia greca la sorella gemella di Apollo, che parte per la Luna con un mezzo tradizionale come per la missione Apollo. Mezzo tradizionale che comunque è costato decine di miliardi anche per ridurre nettamente i rischi agli astronauti per rapporto ad Apollo. Artemis si svilupperà molto più lentamente con lanci, se tutto va bene, ogni 2 anni e non ogni 3,5 mesi come avvenuto 50 anni fa tra il primo, Apollo 4, nel novembre 1967 e quello dello sbarco sulla Luna nel luglio 1969. Il nuovo sbarco sulla Luna è previsto con Artemis 3 non prima del 2026.