Cygnus NG-19: tra scienza e futuro

Sultan AlNeyadi nella Cupola con alle spalle Cygnus NG-19 tenuta dal Canadarm2. Credit: NASA Johnson via Flickr

Giorno di consegna per l’equipaggio di Expedition 69 a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Decollato da Wallops Island il 2 agosto alle 02:31 italiane con vettore Antares 230+, il veicolo cargo Cygnus NG-19 è arrivato nelle vicinanze dell’avamposto, abbastanza vicino da poter essere raggiunto dalla morsa del braccio robotico Canadarm2. Di vedetta, nella Cupola, c’erano gli astronauti NASA Francisco Rubio e Warren Hoburg intenti a supervisionare l’avvicinamento di Cygnus verso il punto di cattura a una decina di metri dalla loro postazione. Alle 11:52 italiane del 4 agosto il Canadarm2 manovrato da Warren Hoburg ha acchiappato Cygnus, cedendo subito dopo il controllo a Jason Seagram, l’ufficiale di turno del braccio robotico dell’Agenzia Spaziale Canadese, per l’aggancio da remoto al boccaporto inferiore di Unity.

Cygnus NG-19 sarà parte integrante dell’avamposto per i prossimi tre mesi, indicativamente fino a ottobre, quando ripartirà carica di rifiuti e materiali in disuso e concludendo la missione bruciando in modo sicuro nell’atmosfera terrestre. Non prima però di aver compiuto il sesto e ultimo esperimento della serie Saffire per creare i modelli sul comportamento delle fiamme nello spazio in diverse condizioni di pressione e concentrazioni di ossigeno, affinando tecniche di spegnimento e materiali non infiammabili o resistenti al fuoco. Va detto che la data del distacco da Unity è suscettibile di cambiamenti: dipenderà dalle attività eseguite nel frattempo dall’equipaggio.

Con le missioni Cygnus, Northrop Grumman ha istituito la tradizione di tributare il modulo pressurizzato del veicolo cargo alla memoria di persone che hanno lasciato un profondo contributo nei voli spaziali con equipaggio. Nel ventesimo anniversario del disastro dello Space Shuttle Columbia perso al rientro nel 2003 che si portò via la vita di sette astronauti, l’azienda ha voluto onorare una di quelle persone che presero parte alla missione STS-107: Laurel Clark. Nonostante per lei quel tragico volo sia stato l’unica missione nello spazio, il lascito scientifico è di inestimabile valore, ad esempio le ricerche sulla bioscienza, lo studio della agricoltura in microgravità e la conoscenza degli effetti delle radiazioni sul corpo umano. Prima di unirsi al corpo astronauti statunitense è stata un’apprezzata e distinta dottoressa della Marina Militare, ottenendo diverse qualifiche che le hanno valso il grado di Capitano.

Riassunto sintetico della tipologia di beni trasportati nella stiva di Cygnus. Credit: NASA

Il 2023 è altresì un anno importante per Northrop Grumman che a settembre celebra i 10 anni della prima missione di Cygnus nel Commercial Resupply Services, il programma per la consegna di approvvigionamenti per il sostentamento degli equipaggi della Stazione Spaziale Internazionale. Dieci anni, 19 missioni coronate dal successo in cui Cygnus si è evoluto e dimostrato il suo potenziale per progetti futuri in orbita lunare. Anche per questo volo, come per il lancio di NG-18, dalla stiva sono stati rimossi gli elementi periferici e i supporti strutturali secondari per massimizzare la massa di carico utile trasportabile. Sono 3.749 i chilogrammi di merci di varia natura consegnati all’avamposto: in gran parte beni di consumo, scorte alimentari ed esperimenti per Expedition 69, ma perlopiù destinati agli astronauti Expedition 70 che nelle prossime settimane cominceranno la loro missione, dando il cambio all’attuale settetto.

Lunga la lista di equipaggiamenti, attrezzature e progetti di ricerca che Cygnus ha consegnato alla casa nello spazio per eccellenza. Con alcuni di questi si pensa al successivo grande passo dell’umanità: tornare e stabilirsi in pianta stabile sulla Luna. Chiaramente la stazione orbitante lunare Lunar Gateway sarà simile ma diversa alla Stazione, per volumetria abitabile, esigenze logistiche e tecnologiche eccetera. Lo spazio interno sarà ridotto e gli ingegneri di tutto il mondo stanno dando il meglio per implementare soluzioni creative, per ottimizzare gli spazi. Le attrezzature ginniche non fanno eccezione, l’azienda danese Danish Aerospace Company ha prodotto una versione aggiornata della bicicletta (CEVIS) per tenere in forma gli astronauti e contrastare gli effetti debilitanti della microgravità. Nel breve futuro sarà parte integrante di una mini-palestra in fase di sviluppo.

Modello di volo della sonda (Multi-Needle Langmuir Probe durante i collaudi a ESTEC. Credit: ESA-SJM Photography

Restando con uno sguardo verso la Luna, tra i dimostratori tecnologici figura un distributore di acqua: Exploration Potable Water DispenserxPWD. Per ogni utilizzo può erogare fino a due litri di acqua potabile – a temperatura ambiente o calda – per bere e reidratare i cibi o in alternativa per i carichi utili che ne fanno uso. Le innovazioni da certificare con il funzionamento sul campo sono l’eliminazione automatica di acqua stagnante dal circuito dopo un lungo inutilizzo e gli elevati standard di potabilità attraverso la sterilizzazione con i raggi UV.

Chiudiamo la panoramica volgendo l’attenzione verso la Terra. Durante la missione Huginn di Andreas Mogensen, la piattaforma Bartolomeo ospiterà il primo carico utile dalla sua installazione nel 2020 all’esterno del modulo europeo Columbus e gli ultimi lavori per la messa in servizio nel 2022. Si tratta di della sonda m-NLP (Multi-Needle Langmuir Probe) supportata dall’Agenzia Spaziale Europea, un progetto dell’Università di Oslo e di Eidsvoll Electronics. Mira ad ampliare le conoscenze nell’ambito della meteorologia spaziale, effettuando rilevazioni della densità del plasma nella ionosfera con un grado di risoluzione senza precedenti, essendo l’unico strumento capace di misurare variazioni con una scala inferiore al metro. Il meteo spaziale influenza direttamente il comportamento dei satelliti, disturbando i sensori, i segnali per le comunicazioni e la navigazione.

Il punto sul nuovo Antares e Cygnus

La missione Cygnus NG-19 è coincisa con il canto del cigno per il lanciatore Antares 230/230+, il volo conclusivo per questa versione dell’Antares entrato in servizio nel 2016 dopo la riprogettazione del primo stadio costruito in Ucraina da Južmaš per ospitare i propulsori RD-181 di fabbricazione russa, forniti da NPO Energomaš. In modo simile al periodo di transizione avuto tra l’Antares serie 100 e 200 forzato dal grave malfunzionamento dei propulsori AJ26 (NK-33 sovietici rimaneggiati da Aerojet) nel 2014, dopo il quale due lanci di Cygnus sono stati appaltati al vettore Atlas V di ULA, per Northrop Grumman si prospetta una nuova fase di cambiamento, in attesa che il sodalizio con Firefly Aerospace possa dare i suoi frutti. Le tensioni tra Russia e Ucraina e le relative sanzioni hanno spinto le aziende a instaurare nuove collaborazioni, venuti meno i contratti in essere sullo scambio di beni e servizi con ripercussioni sulla catena di approvvigionamento dei materiali.

Northrop Grumman ha siglato con SpaceX un accordo per mandare in orbita con il Falcon 9 tre veicoli cargo Cygnus; la prima missione – NG-20 – è attesa sul finire del 2023. Oltre a coprire i costi dei servizi di lancio, Northrop Grumman finanzierà le spese accessorie come le modifiche all’ogiva del Falcon 9, verosimilmente per mantenere la capacità di stivare all’ultimo beni nella stiva pressurizzata di Cygnus, oppure i lavori necessari per adattare le infrastrutture di terra a Cape Canaveral. A tal proposito, proseguono inoltre le operazioni per attrezzare il complesso di lancio SLC-40 con una torre di servizio affinché gli addetti possano accedere al veicolo sulla rampa per caricare beni delicati facilmente deteriorabili, come i campioni scientifici. Di solito questa operazione viene espletata 24 ore prima del decollo. La dirigenza di NASA ha confermato che Cygnus NG-20 sarà il primo veicolo a utilizzare la rinnovata SLC-40, a cui seguiranno le missioni Cargo Dragon a partire da SpX-30. È un aspetto importante, poiché offre ridondanza con la piattaforma 39A.

Per quanto concerne il sodalizio tra Firefly Aerospace e Northrop Grumman ci sono altresì novità. Nonostante i sensibili passi avanti, resta tanto da fare per il debutto del nuovo Antares 330, con l’ultimo piano previsionale che colloca il volo inaugurale nell’estate 2025 anziché tardo 2024. Nell’autunno di quest’anno dovrebbero avere luogo i collaudi del propulsore Miranda che Firefly metterà a punto presso il banco prova appositamente costruito. Sette Miranda saranno installati nella sezione propulsori del primo stadio dell’Antares 330, nel complessivo più prestanti della coppia di RD-181 che vanno a sostituire, a beneficio della capacità di carico del vettore, pur mantenendo invariato il secondo stadio solido Castor 30XL

Cygnus coglierà prontamente il salto prestazionale dell’Antares 330. Il 2 agosto in uno degli incontri della Conferenza per la Ricerca e lo Sviluppo della Stazione Spaziale Internazionale ha preso la parola Lucas Migliorini, responsabile tecnico di sviluppo della logistica del carico utile. L’ingegnere di Northrop Grumman ha anticipato che l’azienda sta lavorando su una stiva di carico più capiente, peraltro costruita in Italia (a Torino) da Thales Alenia Space. Attualmente il modulo pressurizzato di 27 metri cubi è formato da tre livelli per lo stivaggio, ma la revisione del progetto in cantiere aggiungerà un quarto anello di 1,5 metri di altezza. Concretamente si tradurrebbe in uno spazio supplementare per 1.250 kg di beni, ovvero pressappoco cinque tonnellate con la stiva di 36 m³ a pieno carico.

La versione aggiornata di Cygnus debutterà in concomitanza del primo volo dell’Antares 330, designata con il nome NG-23.

Cygnus NG-18 con il pannello fotovoltaico di sinistra non aperto. Credit: NASA Johnson via Flickr

Nella conferenza telefonica indetta il 30 luglio 2023 per discutere della missione di Cygnus NG-19 si è discusso di due temi inerenti Cygnus: la mancata apertura di uno dei pannelli fotovoltaici circolari nella precedente missione e la capacità della navetta di cambiare i parametri orbitali della stazione spaziale. Andiamo con ordine…

A fornire una spiegazione sul perché un pannello fotovoltaico di Cygnus NG-18 (vedi fotografia) non si sia dispiegato è stato Kurt Eberly, Direttore dei lanci spaziali di Northrop Grumman. Le indagini svolte per ricostruire l’accaduto hanno stabilito che un detrito, più precisamente parti di materiale fonoassorbente, si è staccato dall’interstadio nel transitorio tra la separazione del primo stadio e l’accensione del secondo oppure quando Cygnus si trovava ancora connesso al Castor 30XL spento prima dell’effettivo rilascio in orbita. In questi frangenti in microgravità, non è chiaro l’esatto istante in cui si è verificato, i detriti sono fluttuati via e si sono depositati sulla cerniera del meccanismo di apertura del pannello fotovoltaico, impendendone il corretto funzionamento. Si è trattato comunque di un episodio isolato, l’indagine dell’anomalia è stata revisionata da una commissione esterna e le misure risolutive adoperate da Northrop Grumman sono state giudicate sufficienti.

Come accennato, Northrop Grumman proseguirà con Cygnus NG-19 gli studi di fattibilità per usare il veicolo di rifornimento nel sostentamento orbitale dell’avamposto, oggi a carico dell’agenzia spaziale russa con i veicoli Progress o il modulo Zvezda. Si tratta di una capacità tecnologica per nulla irrilevante! L’industria statunitense non dispone di un “rimorchiatore spaziale” e si prospetta che in futuro il modulo di servizio di Cygnus possa fungere da modello di partenza per lo scopo. In NASA si pensa a un modo per deorbitare in sicurezza la Stazione al termine della vita operativa oppure per il supporto agli avamposti che verranno. Intanto è stato messo in agenda per l’11 agosto alle 15:40 italiane un reboost della stazione spaziale con Cygnus: l’obiettivo è impartire un impulso di 1,5 metri al secondo. Il test, per così dire, deve essere necessariamente svolto entro il 15 settembre, ovvero prima che la Sojuz MS-24 attracchi al modulo Rassvet, in linea d’aria vicino al Nodo 1 (Unity) dove è ormeggiata Cygnus NG-19. È un vincolo dovuto al concreto rischio di contaminare l’esterno della navetta con gli esausti del propulsore del veicolo cargo vista la loro vicinanza.

Fonti: Space.com, SpaceNews, NASA

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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.