Quando la missione non è perfetta: procedure d’emergenza per Orion

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

Scrub
Se la missione non parte neanche le possibilità sono molteplici. Per le missioni verso la ISS Ares I può "sopportare" tentativi di lancio consecutivi ogni giorno per 7 giorni, poi è necessaria una sospensione di un giorno per poi poter riprendere i tentativi.
Per quanto riguarda le missioni lunari la questione è più complicata in quanto i lanci di Ares I e Ares V devono essere perfettamente coordinati. Per minimizzare il rischio di perdita della possibilità di aggancio con l'EDS/Altair per problemi al secondo vettore sorti dopo il lancio del primo,  i due lanci verranno eseguiti nel tempo più ravvicinato possibile, ovvero con distanza fra l'uno e l'altro di 90min (un'orbita) con il vettore cargo per primo. A causa di questa minima differenza sorge però il problema che al momento del lancio di Ares V, Ares I deve già essere rifornito con i propellenti criogenici. Per cui lo scrub da qualunque vettore sia provocato sarà comunque per entrambi. Ares V potrà allora subire 3 scrub consecutivi, rispettivamente anche Ares I potrà subire 3 scrub consecutivi, se al 4° tentativo, il lancio dovesse riuscire per Ares V, gli scrub disponibili per Ares I sarebbero quindi i rimanenti tre, prima di dover attendere 6 giorni per la successiva opportunità utile di immissione corretta in TLI.
Nel caso malaugurato che lo scrub di Ares I avvenga dopo il lancio di Ares V e non sia risolvibile entro il periodo di massima permanenza in orbita bassa dell'EDS/Altair provocata dal problema di boil-off dei propellenti criogenici, il complesso EDS/Altair eseguirà comunque la TLI in modalità automatica e il lander arriverà comunque sulla Luna in modo da salvare quanto più materiale possibile per una eventuale ripetizione della missione o per raggiungere in ogni caso l'eventuale base da rifornire.

Evacuazione rapida dal pad
Ne abbiamo già parlato qui:
http://www.forumastronautico.it/index.php?topic=7232.0

Pad e Launch Abort
Il sistema di Pad-Abort è disponibile dal momento della retrazione della passerella fino a T-0.

Un launch abort è invece disponibile durante tutta la fase di ascesa e a seconda del momento in cui avviene è definito di modo 1, 2, 3 o 4.
Il comando di Abort può essere inviato in automatico dal vettore o in maniera manuale dall'equipaggio, dal MCC o dall'USAF Range Safety. L'equipaggio ha comunque sempre la possibilità di interrompere la sequenza di abort.
In aggiunta il sistema diagnostico del vettore prima di comandare l'abort può in alternativa comandare lo spegnimento del propulsore  in caso di anomalie (per l'upper stage).

Early Ascent Abort (Mode 1)
E' la prima fase del volo, quando è ancora in funzione il SRB, la torre di espulsione separa la capsula e l'ammaraggio avviene nell'Atlantico con il Search and Rescue (SAR) team che provvederà a recuperare l'equipaggio. Dopo la separazione della capsula viene inviato da terra il comando di autodistruzione. Per Ares V il comando è immediato di autodistruzione e i SRB se già separati vengono recuperati.

Mid-Ascent Abort (Mode 2)
Avviene quando il primo stadio solido e la LAS si sono già separati dal lanciatore e dalla capsula. La manovra non mira a far atterrare la capsula in un punto predefinito ma a controllarne la discesa in modo da ridurre il più possibile le zone di ricerca. Dopo l'invio del comando avviene lo spegnimento del propulsore principale dell'upper stage e successivamente la capsula con il SM viene separata dal resto del vettore.
Subito dopo una correzione di velocità avviene la separazione del SM e inizia il rientro. Un team di recupero provvederà poi a soccorrere l'equipaggio.

Late Ascent Abort (Mode 3)
Questa modalità interessa il volo da quando la capsula ancora collegata all'upper stage, per uno spegnimento prematuro di esso, può raggiungere con il propulsore del SM autonomamente una zona prefissata di recupero. Le fasi successive sono identiche alla modalità precedente.

Abort to Orbit (Mode 4)
In questo caso l'orbita è raggiunta ma per cause di forza maggiore è necessario un immediato rientro. Il raggiungimento potrebbe avvenire anche utilizzando il propulsore del SM ad esempio per uno spegnimento prematuro dell'upper stage. In questo caso l'orbita rimane stabile per almeno 24h ma potrebbe compromettere il raggiungimento di ogni obiettivo della missione.
Dopo una separazione dallo stadio identica alle modalità precedenti Orion rimane in orbita per tutto il tempo necessario per effettuare un rientro su un sito di atterraggio/ammaraggio nominale.

Annullamento missione in LEO
In questa categoria cadono tutte le procedure per un rientro non programmato quando la capsula è in LEO, le eventualità possono essere due, prima o dopo il docking con l'EDS/Altair o con la ISS.
Nel caso il rientro debba avvenire quando Orion è in volo solitario si cercherà di effettuare un rientro controllato in un sito nominale se l'emergenza non è incipiente altrimenti la procedura inizierà il prima possibile. In caso di abort nelle fasi di docking con l'EDS/Altair o impossibilità di docking sarà necessaria un allontanamento dal complesso per la messa in sicurezza della capsula.
Se il problema è nel sistema di propulsione di Orion sono disponibili diverse configurazioni di deorbit burn che coinvolgono differenti velocità e angoli di discesa mantenendo però sempre i limiti strutturali, di accelerazione e termici previsti. Per l'EDS/Altair che rimarrebbe in orbita potrebbe essere comandato o un proseguimento della missione in automatico fino all'allunaggio oppure una distruzione in rientro controllato.

Nel caso di "no-go" per la TLI dopo che Orion è già agganciato al complesso EDS/Altair, avverrà un undockign e dopo una separazione di sicurezza l'equipaggio rientrerà a terra in maniera nominale. Come nel precedente caso per EDS/Altair può essere ordinato un proseguimento della missione in modalità automatica o un rientro controllato.

In caso di problemi con Orion agganciato alla ISS invece esistono diverse possibilità.
Se il problema è sulla ISS e si richiede un'evacuazione immediata Orion può servire da scialuppa di salvataggio con la partenza che può avvenire entro 3 minuti.
Se il problema è sulla ISS ma non è richiesta una separazione della capsula dalla stazione ma solo una segregazione dell'equipaggio all'interno di essa, questa può ospitare l'equipaggio di 6 persone in maniera completamente autonoma per al massimo due ore, successivamente o ci si ricollega alla Stazione o si effettua un rientro.
Nel caso il problema sorga durante una rilocazione fra due agganci della Stazione, sono permessi sino a 6 tentativi poi sarà necessario un rientro a terra.

Annullamento missione in TLO
In questa fase della missione sono previste in maniera simile al lancio diverse fase e diverse modalità di "recupero" dell'equipaggio per qualunque problema sorga durante la TLO che metta a rischio la missione o l'equipaggio.

Accensione per la TLI incompleta
Se per qualunque motivo l'accensione per lasciare la LEO non dovesse concludersi nella maniera prevista può accadere di ritrovarsi con un apogeo compreso fra quello di una LEO ellittica e un'altezza oltre l'orbita lunare. Se il problema riguarda l'EDS il deltaV combinato di Orion e LSAM potrà evitare un eventuale impatto lunare e posizionare il complesso o in una traiettoria di rientro libero oppure in orbita lunare.
In questa situazione, fra le più rischiose, ci sono comunque diversi casi in cui una decisione deve essere presa in tempi molto rapidi e si dovrà studiare una procedura adeguata per la messa in atto.

Accensione per la TLI completa in traiettoria di rientro libero
Se dopo l'accensione per la TLI si dovesse verificare un problema che non mette in immediato pericolo di vita l'equipaggio si può prendere la decisione di effettuare un fly-by lunare oppure una missione esclusivamente in LLO.
Se si dovesse effettuare un rientro libero non saranno necessarie particolari ulteriori manovre mentre se si potesse effettuare un'immissione comunque in LLO i deltaV combinati di Orion ed LSAM permetterebbero un inserimento e un abbandono dell'orbita lunare.

Accensione per la TLI completa senza traiettoria di rientro libero
In questo caso è necessaria un'accensione per poter immettere il complesso in una traiettoria di rietro libero con un fly-by lunare. Potrebbe essere necessaria una seconda accensione dopo il passaggio sulla Luna per effettuare un rientro diretto o uno "skip".
In caso di immissione in orbita lunare o mancato incontro lunare si procede come nel caso precedente.

In qualsiasi dei precedenti casi se ci dovesse essere qualsiasi problema per la sicurezza dell'equipaggio il lander può essere utilizzato come scialuppa di salvataggio con la presenza di tutto il materiale necessario per la sussistenza dello steso. Dopo un utilizzo in questa modalità non sarà però più possibile effettuare un allunaggio.

Manovra di inserzione lunare (LOI) incompleta
Se per qualunque motivo la manovra dovesse essere sospesa prima della conclusione per evitare di perdere l'equipaggio in un'orbita eliocentrica la conclusione potrà essere effettuata con gli altri sistemi di propulsione. In particolare verrà utilizzato il propulsore del modulo di ascesa per una prima accensione e successivamente al suo esaurimento con il propulsore di Orion.
Se il termine dell'accensione avviene dopo la cattura da parte della gravità lunare ci sarà più tempo per analizzare la situazione e vedere se con l'orbita ottenuta si riuscirà a completare o no la missione.
In questo caso verranno eseguiti i task per l'orbita lunare e successivamente in base al propellente rimasto verrà individuata la migliore combinazione possibile fra i sistemi propulsivi rimasti disponibili.

Abort in orbita lunare (LLO)
Prima della separazione Orion-Altair
In questo caso dopo aver raggiunto gli obiettivi della missione in orbita lunare si sgancerà Altair e si effettuerà un normale rientro verso Terra se la propulsione di Orion sarà disponibile, altrimenti si utilizzerà Altair

Dopo la separazione Orion-Altair
Se è presente un problema che non permette un allunaggio si effettuerà un docking fra i due mezzi e si annullerà l'attività di superficie

Abort in fase di discesa lunare
Abort fra l'accensione di deorbiting e l'inizio della fase propulsa
In questo caso il lander rimane in orbita ellittica e si effettuerà una nuova accensione con lo stadio di risalita per ricongiungersi con Orion.
Se invece il problema può essere risolto si tenterà un allunaggio all'orbita successiva.

Abort nell'ultima fase di discesa
Se il problema sorge nella fase propulsa di discesa lo stadio inferiore viene immediatamente sganciato e si ritornerà in orbita con lo stadio di risalita.
Anche in questa situazione la tempistica sarà determinante perchè si può precludere la missione completamente ed evitare l'allunaggio oppure effettuare un allunaggio in una zona non prevista.
In ogni caso Orion in questa situazione può modificare la propria orbita per effettuare quanto prima il docking.

Emergenza dalla superficie
Se per qualsiasi motivo, sia nel caso di missioni "sortie" sia nel supporto alla base lunare ci dovesse essere una partenza rapida dal suolo lunare con Altair, Orion può correggendo l'orbita, raggiungere in ogni caso il lander per il docking.

Accensione incompleta del modulo di risalita
Il soccorso è possibile oltre una certa quota, quando Orion può sufficientemente abbassarsi per effettuare un docking con Altair in orbita.

Emergenza in traiettoria di rientro
In caso di problemi in questa fase, come perdita delle comunicazioni, perdita del sistema di guida, deorbit burn interrotto, e sistemi primari non funzionanti l'equipaggio può effettuare un calcolo dell'orbita di rientro in maniera autonoma e guidare manualmente la capsula fino al rientro che avverrà con sollecitazioni maggiori per l'equipaggio ma comunque in maniera sicura, con i paracaduti che sono progettati per portare fino a terra la capsula anche in condizioni non nominali. Sarà compito del centro di controllo tracciare la capsula al rientro e prevedere la zona di arrivo per dispiegare i soccorsi.

Rientro fuori bersaglio
Nel caso di ammaraggio lo scudo termico rimarrà agganciato alla capsula e dopo che tutti i sistemi di galleggiamento saranno gonfiati si attiverà il segnale automatico di soccorso che potrà essere ricevuto dal recupero e anche via satellite dal MCC.
Se fosse necessario l'equipaggio potrebbe uscire dalla capsula e posizionarsi all'esterno. La capsula permette 36h di autonomia per le comunicazioni (utilizzate in ricezione al 100% del tempo e in trasmissione per il 10%) e per la sussistenza dell'equipaggio. In dotazione ci saranno telefoni satellitari che potranno permettere il proseguimento dei contatti.
La procedura di recupero non è ancora definita se all'arrivo dei soccorsi la capsula verrà recuperata separatamente dall'equipaggio o questo verrà trasportato via all'interno di Orion.
Per maggiori informazioni sul recupero in mare:
http://www.forumastronautico.it/index.php?topic=6539.0

Per quanto riguarda un rientro su terra in condizioni d'emergenza il sistema di ricerca e recupero è il medesimo.

Infine alcune condizioni d'emergenza particolari che si possono verificare

EVA d'emergenza (solo per le missioni lunari)
Per le missioni lunari è prevista la capacità di effettuare delle EVA d'emergenza in una qualsiasi fase del volo. Per questa evenienza l'equipaggio utilizzerà le proprie tute e il modulo di comando sarà completamente depressurizzato. Per i due membri che effettueranno la passeggiata sono disponibili due lunghi cordoni ombelicali (in grado di raggiungere ogni punto di Orion) per la sussistenza delle tute, se non ci sono casi particolari un membro effettuerà la passeggiata mentre l'altro rimarrà all'interno nel caso ci fossero problemi.
Un caso particolare di questa evenienza è la possibilità che il portello fra Orion e Altair non si riesca a ri-pressurizzare nel rientro a terra, in questa eventualità l'equipaggio si trasferirà due a due dal Lander a Orion per completare la missione.

Perdite nella capsula e depressurizzazione
Nel caso di depressurizzazione della capsula è possibile utilizzare le tute per EVA per sopravvivere per tutta la missione. Al momento dell'allarme tutto l'equipaggio inizierà la vestizione rapida per una IVA e successivamente uno alla volta effettueranno il controllo per eventuali perdite alla tuta. Nell'eventualità l'equipaggio trascorrerà un primo periodo con un'elevata pressione interna e elevata concentrazione d'ossigeno per evitare rischi di embolia per azoto nel sangue. A causa della pressione per un certo periodo l'equipaggio avrà mobilità ridotta. Terninato questo periodo l'equipaggio continuerà fino al rientro con la capsula completamente depressurizzata.
Per questa eventualità la condizione peggiore, per la quale è dimensionato il sistema di sicurezza con un margine di ulteriori 24 ore sono le 120 ore necessarie fra il docking Orion/Altair e l'arrivo sulla terra. Ovvero 144h di capacità di sussistenza dell'equipaggio con capsula depressurizzata.

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.