Il punto sul Wet Dress Rehearsal di SLS

Il vettore lunare SLS e la capsula Orion alla piattaforma 39B. Credit: NASA/Kim Shiflett

Il razzo lunare statunitense SLS aveva fatto capolino dal Vehicle Assembly Building (VAB) il 17 marzo 2022, quando è stato condotto al complesso di lancio 39B del Kennedy Space Center per una serie di verifiche tecniche denominate in gergo WDR (Wet Dress Rehearsal). Si tratta dell’ultimo scoglio da superare prima che la campagna di lancio per la missione dimostrativa Artemis 1 entri nel vivo. È infatti la prima volta che SLS, il vettore che immetterà la capsula Orion nell’orbita lunare, si mostra nella sua interezza, dopo che le sue componenti sono state a lungo testate individualmente. Il Wet Dress Rehearsal è sicuramente il collaudo statico più importante, a maggior ragione per un lanciatore nuovo che non ha mai volato, poiché segue il rigoroso cronoprogramma di azioni e controlli antecedenti il decollo: dall’attivazione dei sistemi di SLS e Orion (circa 45 ore prima del lancio) al comando di avvio dei quattro propulsori RS-25, che però non verrà eseguito. La prova è definita “bagnata” – wet in inglese – perché tra i diversi obiettivi prevede il riempimento (e la pressurizzazione) dei serbatoi per l’ossigeno (LOx) e idrogeno liquido (LH₂) come in vista di un lancio imminente, che rende la simulazione quanto più realistica.

Gran parte del test ricalca quanto fatto al banco prova della NASA al Centro Spaziale Stennis con lo stadio principale, o core stage, di SLS con la differenza che stavolta il vettore è completo ed è connesso ai servizi della sua rampa di lancio. L’obiettivo degli ingegneri e della dirigenza della NASA è di accertarsi che la complessa macchina di SLS, di Orion, dell’infrastruttura di terra e del centro di controllo missione lavori in simbiosi. Ecco dunque che l’esito del Wet Dress Rehearsal assume una rilevanza particolare nel programma Artemis, prima ancora del lancio inaugurale atteso nella seconda metà del 2022.

Tre WDR: la sintesi

Dopo quasi sei settimane di prove al complesso di lancio 39B, il 26 aprile SLS è tornato all’interno del VAB. Questa la decisione presa dai funzionari della NASA in seguito a degli inconvenienti di lieve entità che hanno causato ritardi e l’interruzione prematura dei tre WDR che hanno avuto luogo il 3, 4 e 14 aprile scorsi.

Nel primo caso è stato il malfunzionamento di alcune ventole di aerazione della torre di servizio che prevengono il ristagno di vapori pericolosi nelle aree chiuse della piattaforma, ben prima che iniziasse il rifornimento con ossigeno e idrogeno liquido. Il problema, che ha coinvolto anche il sistema ridondante di ventole, è stato prontamente identificato e risolto qualche ora più tardi. Il secondo tentativo, invece, è iniziato con diverse ore di ritardo sulla tabella di marcia. Il motivo? Difficoltà nell’approvvigionamento di azoto, un gas inerte impiegato nello spurgo delle linee di alimentazione di SLS, prodotto da un’azienda esterna situata nelle vicinanze del Kennedy Space Center. Tuttavia non è stato questo a decretare la sospensione del WDR: alcune valvole di sfiato nella torre di servizio erano state accidentalmente mal configurate, impedendo dunque la loro apertura da remoto nei tempi previsti, ovvero poco prima che l’afflusso di idrogeno liquido a SLS avesse inizio.

Ulteriori indagini nei giorni seguenti hanno fatto emergere un difetto in una valvola di non ritorno nel circuito dell’elio per lo stadio superiore ICPSInterim Cryogenic Propulsion Stage. La valvola non garantiva la tenuta necessaria, impedendo all’elio essere stoccato e pressurizzato nel serbatoio, per poi essere utilizzato nella pulizia delle linee di alimentazione al propulsore oppure nel drenaggio dei propellenti dallo stadio.

SLS al complesso di lancio 39B il 21 aprile 2022. Credit: NASA

Interrogati sull’entità del problema, i portavoce di NASA sono rimasti vaghi, non fornendo alcuna indicazione se la valvola difettosa si trovi sullo stadio oppure sulla torre di servizio. In ogni caso la riparazione può essere fatta solamente al VAB e dunque non al complesso 39B.

Vista l’impossibilità di immettere LOx e LH₂ nello ICPS, il terzo Wet Dress Rehearsal ha visto l’impiego di una procedura non standard, ma comunque efficace per raggiungere tutti gli obiettivi prefissati dal WDR, dando priorità all’esito del rifornimento del core stage, quello più critico e influente sulla riuscita della missione. Tuttavia quando è iniziato il caricamento dell’idrogeno liquido con quello dell’ossigeno quasi giunto al 50%, i sensori hanno indicato una perdita da un connettore ombelicale situato nella struttura di servizio di coda, meglio nota come Tail Service Mast Umbilical (TSMU).

Poco sicuro procedere in queste condizioni fin quando non si comprende a fondo la causa della perdita. Annullare anche il terzo Wet Dress Rehearsal era l’unica decisione che il direttore di volo Charlie Blackwell-Thompson potesse prendere in quel frangente.

Diagramma delle strutture di servizio della piattaforma di lancio di SLS. Credit: NASA

Non tutto è perduto

Sebbene nessun Wet Dress Rehearsal sia stato completato e non siano stati acquisiti tutti i dati previsti dal collaudo, il lavoro svolto dal personale durante le simulazioni non è stato vano. Gli imprevisti hanno messo alla prova gli ingegneri, cementificando le dinamiche di individuazione e risoluzione dei problemi, oltre alla capacità di prendere velocemente decisioni importanti. Esperienze, abilità e competenze di questo tipo saranno preziose per fronteggiare difficoltà impreviste durante una missione “vera” diretta verso la Luna o Marte.

Con ogni collaudo che si fa, meglio si conosce SLS e più si affinano le procedure. Nei tre WDR, e non solo, le operazioni sono state fermate diverse volte, perché ad esempio le letture dei sensori hanno oltrepassato i limiti imposti per quei parametri di controllo. In fase progettuale si è soliti definire valori operativi “conservativi”, ma comunque veritieri e nel range di sicurezza. SLS ha sofferto di tali problematiche anche al complesso 39B e le sessioni di test in condizioni reali, con l’impiego dei propellenti super-freddi, servono proprio a metterle in evidenza. Nulla di grave insomma, come ha tenuto a rassicurare Mike Sarafin (Artemis Mission Manager) in una teleconferenza del 5 aprile:

Non abbiamo riscontrato errori nella progettazione di base o criticità nel progetto. Questi sono ciò che chiamerei scocciature o problemi tecnici, dei quali stiamo apprendendo le caratteristiche e i regimi che abbiamo definito nei test in scala. Però quando metti tutto insieme, scopri dove risiedono alcune problematiche.

In merito alla perdita d’idrogeno riscontata nel terzo Wet Dress Rehearsal del 14 aprile, Charlie Blackwell-Thompson non si è mostrata preoccupata davanti ai giornalisti nella conferenza stampa indetta quattro giorni più tardi. Gli specialisti della NASA si sono occupati almeno 6–7 volte di questo genere di difetti durante i 135 voli dello Space Shuttle, quindi non è problema del tutto nuovo per l’agenzia. Quando si opera con liquidi criogenici, super freddi, può capitare che accada dal momento che i materiali devono mantenere le loro proprietà fisiche nonostante un grande salto termico. Infatti l’ossigeno e l’idrogeno sono liquidi a temperature bassissime, rispettivamente a −183 °C e −253 °C, che mettono a dura prova anche i migliori prodotti. Sono valori difficilmente replicabili in laboratorio, basti pensare che lo zero assoluto, cioè la temperatura più bassa mai registrabile nell’universo, è di −273 °C.

Cosa si prospetta

Alla luce delle criticità emerse che necessitano di analisi approfondite e di manutenzione al VAB, nel già citato evento con la stampa del 18 aprile i funzionari della NASA hanno illustrato tre scenari per ripetere un Wet Dress Rehearsal senza intoppi di SLS:

  1. Dopo aver sistemato la valvola difettosa e la perdita d’idrogeno, SLS tornerà al complesso 39B per un nuovo WDR a cui seguirà un secondo rientro al VAB per verifiche precauzionali e per preparare SLS al successivo decollo. Le operazioni finalizzanti alla partenza includono, ad esempio, la rimozione dei sensori per il test, l’installazione del dispositivo di distruzione del vettore (Flight Termination System) e lo stivaggio all’interno di Orion di beni e apparecchiature per la raccolta di dati durante il viaggio.
  2. Come il precedente, due rientri al VAB. Oltre alle riparazioni, verranno eseguiti maggiori operazioni propedeutiche al lancio, quindi trasporto al complesso 39B per il WDR. In caso di successo, nuovamente al VAB per ispezioni e ultimare i preparativi per il lancio.
  3. Un solo ritiro al VAB per il vettore per eseguire la manutenzione e configurare del tutto SLS, Orion e la piattaforma di lancio al decollo. Quindi si riproverà il WDR e se tutto sarà nella norma via libera al lancio nei giorni immediatamente seguenti.

Con il passare delle ore la dirigenza della NASA ha scartato la terza eventualità: questo è quanto si legge nel blog dell’agenzia nel quale viene esplicitata la necessità del rientro di SLS al VAB dopo il collaudo. C’è molta fiducia adesso in SLS dopo i tre parziali Wet Dress Rehearsal e la decisione definitiva sulla prima oppure seconda opzione dipende da quanto celermente verranno implementati gli interventi migliorativi al gasdotto dell’azoto che ha creato grattacapi in due dei tre WDR a causa di un flusso irregolare o insufficiente. NASA infatti è in stretto contatto con i responsabili dell’impianto di produzione, e può pianificare i lavori extra per mettere SLS al complesso 39B alla prima occasione disponibile. La situazione è in costante divenire.

Considerando i tempi richiesti per movimentare SLS da/verso il VAB, le lavorazioni in programma, la durata del WDR e la campagna di lanci al vicino pad 39A, la speranza è di riuscire a cogliere la finestra di lancio alla fine di giugno – dal 29 al 12 luglio – ma si tratta di una stima alquanto ottimistica. Più concreto è invece pensare a un decollo nel periodo successivo, tra fine luglio e metà agosto, che però si accavallerebbe alla finestra di lancio di Psyche, un’importante missione planetaria della NASA operata da SpaceX.

Fonti: NASA, Space.com e Spacenews.com

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Vincenzo Chichi

Ho riscoperto la passione dello spazio e dell'astronautica in età più "matura", la Stazione Spaziale Internazionale era in orbita da appena qualche mese quando sono nato, e ciò mi ha permesso di vedere il mondo da un'altra prospettiva.