Ares I: proposte per la risoluzione del problema di vibrazioni

Il logo di AstronautiNEWS. credit: Riccardo Rossi/ISAA
Il logo di AstronautiNEWS. credit: Riccardo Rossi/ISAA

E' iniziato lo studio approfondito per le tre proposte portate dal Tiger Team per la risoluzione del problema che potrebbe affliggere Ares I per le vibrazioni provocate dal primo stadio a propellente solido.
Sono quindi in fase di valutazione finale un sistema a impulsi attivi "Active Pulse RCS", una struttura di isolamento fra il primo e il secondo stadio e un mass damper tarato per smorzare la vibrazione.
Analizzandoli più in dettaglio e partendo dall'Active Pulse RCS, si tratta di un sistema completamente innovativo e mai testato operativamente su altri lanciatori.
Consiste nell'installare sulla "gonna" del SRB un sistema RCS composto da 2 o 4 pod disposti simmetricamente intorno al rivestimento dell'ugello composti da un piccolo serbatoio di propellente, uno di ossidante e uno di pressurizzazione e 7 piccoli thruster da 1360kg di spinta.
La potenzialità del sistema è abbastanza elevata, potendo dagli studi fin qui effettuati ridurre il problema di vibrazioni di 10 volte, ovvero quanto basta per rientrare pienamente nei limiti previsti di operabilità.
I vantaggi sono nella semplicità della tecnologia impiegata, nelle dimensioni del sistema e nella semplicità del sistema di controllo che andrebbe ad effettuare piccoli impulsi in controfase con le vibrazioni prodotte dal SRB riducendone drasticamente l'intensità.
Gli svantaggi sono invece il peso aggiuntivo, circa 225Kg, l'ambiente di utilizzo vicino all'ugello e nuovi modi di rottura i quali potrebbero far aumentare la percentuale di quelli che portano a LOC/M (Loss of Crew/Mission).
Fra i tre scelti è sicuramente il più raffinato e innovativo dei sistemi ipotizzati.
Il secondo è uno smorzatore montato fra il primo stadio e l'upper stage ed è probabilmente destinato ad essere scartato dagli studi appena iniziati in quanto potrebbe portare a instabilità strutturale in quella zona, aumentandone la flessibilità e non riuscirebbe comunque ad abbassare da solo il problema al di sotto dei limiti richiesti rimanendo all'interno di tutti i parametri prestazionali cercati. Se si dovesse ridisegnare l'interstage per rientrare nei limiti di vibrazioni voluti si otterrebbe una diminuzione del payload di 450kg, un aumento di modi di rottura e una variazione dei modi di carico e di controllo provocando una pesante revisione a buona parte del vettore.
L'ultima proposta, la quale sembra per ora favorita, è un mass damper alloggiato nei pressi del vano paracaduti del primo stadio.
Potrebbe essere un sistema attivo o passivo a seconda dei risultati di questi studi ma potrebbe richiedere ancora qualche evoluzione in quanto ora soddisfa pienamente i requisiti per l'abbassamento dei limiti di sicurezza fisici per l'equipaggio dalle vibrazioni ma non abbastanza per portarli al di sotto dei limiti di operabilità.
Il sistema è ora in grado di ridurre di due volte se passivo le vibrazioni e tre volte se attivo.
L'impatto nel payload è il più basso delle tre ipotesi, ma con un peso di 450kg potrebbe complicare le procedure di recupero del SRB spostando il centro di gravità molto più in alto.
Il sistema attivo è inoltre ancora "acerbo" non riuscendo ad abbassare i limiti al di sotto di quelli imposti per la piena operatività dell'equipaggio nella prima fase di volo, e infine come gli altri aggiunge inevitabilmente ulteriori modi di rottura.
Meccanicamente consiste in una massa agganciata a molle in grado di scorrere verticalmente lungo una piccola rotaia smorzando e contro-bilanciando le vibrazioni.
Per la versione attiva è richiesto un sistema di attuatori per il movimento della massa e un sistema di batterie per l'alimentazione.
Qualunque dei tre sistemi sarà scelto verrà comunque rianalizzato completamente al termine di questo studio per ridurre al minimo indispensabile il numero di fattori negativi che ogni progetto si porta dietro e ottimizzare la rendita.

Il 1° maggio verrà eseguito un test statico di accensione di un SRB in versione shuttle, gemello di un primo SRB testato 3 anni fa confrontandone i parametri e l'eventuale decadimento di prestazioni per aumentare la certificazione di vita utile dal momento della colata a quello di utilizzo che in questo esemplare è stato spinto fino a 7 anni.
Insieme verranno eseguite anche misurazioni acustiche per l'analisi delle vibrazioni sul pad al momento dell'accensione per Ares I.
Il primo test statico con 5 segmenti completamente attivi è previsto per Aprile 2009.
E' previsto entro breve anche il primo test di accensione della torre di fuga per il sistema di salvataggio di Orion ormai definitivamente approvato nell'utilizzo della configurazione a propulsore con flusso invertito piuttosto che il design MLAS (Max Launch Abort System) analizzato nei mesi scorsi ma scartato per eccessiva complessità e delicatezza e per un ulteriore aumento di peso.
Il primo test di volo del sistema di fuga dal pad è invece slittato di un paio di mesi e sarà svolto entro fine anno anzichè a settembre.

Alberto Zampieron

Appassionato di spazio da sempre e laureato in ingegneria aerospaziale al Politecnico di Torino, è stato socio fondatore di ISAA. Collabora con Astronautinews sin dalla fondazione e attualmente coordina le attività fra gli articolisti.