Ares I-X: sviluppi e problemi

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

Ares I-X è il primo lancio test per il nuovo lanciatore manned Ares I, gli obiettivi della missione sono la valutazione delle dinamiche di volo della prima parte del lancio, la controllabilità, la separazione fra primo e secondo stadio e il recupero del primo stadio.
Il vettore è formato da un SRB a 4 segmenti più un quinto simulato, un upper stage, un LAS e un boilerplate tutti simulati. Il lancio è per ora ufficialmente ancora confermato per Aprile 2009 ma è da alcuni mesi che sembra ormai certo un ritardo di 6 settimane a causa del calendario rivisto del programma Shuttle.
Per Novembre è programmato l'invio al KSC del boilerplate di Orion e il simulacro del LAS da montare su di esso con il termine dei lavori di costruzione principale per fine Agosto.
I lavori proseguono anche per la costruzione della "gonna" intorno all'ugello dell'SRB con l'installazione del RoCS (Roll Control System), la costruzione a terra della torre parafulmine che verrà montata in cima alla FSS (Fixed Service Structure) della rampa 39B e le modifiche al VAB per poter accogliere Ares I-X che inizieranno ad Ottobre.
Questa settimana si è svolta la System Critical Design Review (CDR) Phase II per questa missione, che ha completato il lavoro della "Phase I" svoltasi a marzo e che aveva focalizzato l'attenzione su alcune criticità da valutare: il sistema di guida, navigazione e controllo, la progettazione del modulo con l'avionica del primo stadio, le sollecitazioni vibro-acustiche, i carichi accoppiati, lo stato delle qualifiche e la valutazione dei pericoli.
La presentazione di introduzione alla seconda parte della CDR si è aperta con la chiusura dei vecchi interrogativi e con l'elenco delle principali questioni aperte attualmente, le quali sono una "rossa", una "arancione" e cinque "gialle".
La "rossa" ovvero la più importante è come preventivabile il problema delle oscillazioni nella spinta, problema scoperto negli ultimi mesi per il nuovo vettore e per il quale si stanno studiando diverse possibili soluzioni in grado di alleviare il rischio.
In particolare su questo lancio-test, non essendoci ovviamente equipaggio le preoccupazioni toccano la resistenza alle sollecitazioni dell'hardware installato.
In particolare alcuni studi in galleria del vento hanno rilevato l'aggravarsi del problema con le sollecitazioni aerodinamiche in grado di portare i valori al di fuori del limite massimo in alcune fasi del volo.
Anche se non specificato è possibile che come prassi consueta si siano utilizzati per questi calcoli i parametri portati dal "worst case", ovvero tutti dimensionati nell'ipotesi peggiore e solo in un secondo momento, con l'approfondirsi degli studi questi vengano rivisti al ribasso riportando gli eventuali valori all'interno del range previsto.
In particolare da questi studi è emerso che la fase più critica per questa missione è verso il termine dell'accensione con sollecitazioni che potrebbero essere troppo alte aggravate da vari fattori aerodinamici. La risoluzione del problema potrebbe arrivare dall'irrobustimento dei sistemi di fissaggio per l'hardware di bordo. In particolare il problema sorgerebbe a circa 120sec dall'accensione, ovvero 6 secondi prima dello spegnimento con l'aumento delle vibrazioni sia longitudinali che trasversali.
Il problema sorgerebbe inoltre sul Flight Termination System (FTS) che potrebbe dover subire sollecitazioni superiori rispetto alle attuali approvate dai 110sec.
Un altra possibile fonte di rischio in fase di valutazione è un eventuale rientro "rovescio" (con la parte superiore in basso) del primo stadio, cosa che impedirebbe ai paracaduti di aprirsi regolarmente portando lo stadio alla distruzione con l'impatto in mare. Benchè anche nelle simulazioni l'ipotesi è riscontrata in pochissimi casi (fra il 2 e il 9% di possibilità) è in fase di valutazione come problema di gravità "gialla" da portare ad una soglia di rischio considerata di sicurezza.
Gli altri interrogativi in fase di analisi riguardano la stabilizzazione del vettore durante il rollout, la trasmissione telemetrica con l'ipotesi di rivedere il sistema di ricezione a terra, l'interfaccia del RoCS, il problema del calendario di preparazione e l'uso di hardware testato precedentemente in condizioni diverse di ambiente e configurazione.
In particolare l'avionica è nella maggior parte prelevata da precedenti programmi e il software che è quello utilizzato sugli Atlas controllerà hardware mutuato dallo shuttle e dai missili Peacekeeper.
Il materiale invece creato apposta per la missione, come il sistema di razzi di rallentamento e separazione del primo stadio e il RoCS dovranno avere un accettazione formale del rischio in quanto le sollecitazioni supereranno quelle di certificazione, mentre il Redundant Rate Gyro Unit anteriore potrebbe non superare i test di qualificazione e si dovrà prevedere una nuova versione degli algoritmi di controllo che possano fare a meno di questo componente.
Tutte le componenti dovranno essere approvate dalla DCR/Hardware Acceptance Reviews entro il prossimo aprile prima del lancio anche utilizzando , come ultime ipotesi, deroghe o modifiche ai requisiti.

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.