Il Lunar Gateway una stazione spaziale che verrà costruita a partire dal 2023 in orbita cislunare. Questa stazione supporterà tutte le missioni Artemis a partire dalla Artemis 4 e fornirà uno spazio in orbita di appoggio per tutte le missioni future verso la Luna e poi verso Marte. Questo è l’obiettivo formale che è stato dato a questa nuova stazione dalla NASA. Facciamo ora un passo indietro.
La prima idea pratica di costruire una stazione spaziale fuori dall’orbita terrestre risale al 2012 quando venne presentato il Deep Space Habitat. Questo era un concept basato sul modulo Destiny (anche chiamato U.S. Lab ) della Stazione Spaziale Internazionale. Questo nuovo concept adattava alcune idee della ISS per proporre missioni di lunga durata in orbita lunare, marziana e anche verso alcuni asteroidi vicini alla Terra. Nel 2015 il Deep Space Habitat venne trasferito nel progetto NextSTEP. Nel 2016 la NASA selezionò sei aziende a cui chiese dei primi concept per i nuovi habitat nello spazio. Alcuni progetti riguardavano ancora evoluzioni della ISS, ma la maggior parte erano già focalizzati su una stazione in orbita lunare. Nell’immagine seguente sono inseriti i sei concept ideati da: Bigelow Aerospace; Boeing; Lockheed Martin; Orbital ATK; Sierra Nevada Corporation’s Space Systems e NanoRacks.
Alla fine del 2017 l’Agenzia Americana aprì un contratto per le aziende del NextSTEP, per la costruzione del modulo PPE (power and Propulsion Element), forse il più importante della nuova stazione spaziale e sicuramente il primo che la NASA dovrà lanciare. Il PPE nel 2017 era un progetto già aperto al JPL, come parte della missione ARM (Asteroid Redirect Mission) che poi fu cancellata. Questa sonda avrebbe dovuto scendere su un asteroide e riuscire a “raccogliere” un masso di alcune tonnellate, per poi riportarlo sulla Terra (in orbita terrestre). Questa missione fu cancellata, e quindi l’Agenzia riciclò il progetto come modulo della nuova stazione spaziale. Ad inizio del 2019 Maxar Technologies si aggiudicò il contratto per la costruzione di questo modulo.
Con la decisione della NASA di convertire il PPE della missione ARM nel primo modulo del Lunar Gateway, appare anche per la prima volta questo nome associato alla stazione lunare. Nella richiesta di Budget avanzata dalla NASA per l’anno fiscale 2019, il progetto apparve per la prima volta col nome di Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G).
Power and Propulsion Element (PPE)
Questo modulo sarà l’origine della maggior parte della spinta e dell’alimentazione che necessiterà il Gateway. Dovrebbe pesare all’incirca 9 tonnellate e generare un totale di 55 kW di energia elettrica dai pannelli solari. Il sistema di propulsione sarà affidato a dei motori elettrici funzionanti per effetto Hall. In questi motori viene generato un forte campo magnetico che ionizza dei gas, che poi vengono espulsi dal motore, generando così la spinta. Lo stesso tipo di motore (anche se con molte modifiche) viene usato nei satelliti Starlink di SpaceX.
MAXAR ha attualmente un contratto di 375 milioni di dollari per la costruzione di questo modulo. La sua partenza verso la Luna è attualmente prevista per la fine del 2023, a bordo di un vettore privato che sarà il Falcon Heavy di SpaceX, molto probabilmente nella sua versione con fairing aggiornato. Questo primo modulo sarà lanciato già integrato con il secondo, l’Habitation and Logistic Outpost (HALO).
Habitation and Logistics Outpost (HALO)
Questo secondo modulo del Lunar Gateway è invece costruito da Northrop Grumman ed è derivato direttamente dalla capsula cargo Cygnus. Questa viene usata per rifornire la ISS ma non è in grado di trasportare astronauti. Per questo motivo al progetto di base verranno fatti molti upgrade per aggiungere sistemi di supporto vitale, dispositivi di stivaggio all’interno, insieme a nuove misure di protezione dalla radiazione e di comunicazione. Il modulo Halo sarà quindi dotato di uno spazio pressurizzato piuttosto ridotto ma nei piani dell’azienda riuscirà comunque ad ospitare un equipaggio di 4 astronauti per permanenze fino a 30 giorni.
Un’altra grande modifica che verrà fatta al progetto originario della Cygnus è permetterle l’attracco con la capsula Orion. Una volta che questi due moduli saranno in orbita lunare, dovranno infatti essere raggiunti dalla capsula americana. Questo si pensa verrà fatto per la prima volta intorno al 2025-2026, sempre che Artemis 3, rispetti la data del 2024.
Il modulo HALO sarà anche dotato almeno di un’altra porta, per permettere il docking di un elemento del HLS. L’HLS è il programma con cui la NASA ha appaltato la costruzione di un lander per scendere sulla Luna. A partire da Artemis 4 (o comunque dalle missioni successive ad Artemis 3) sarà possibile fare scalo al Gateway per scendere sulla Luna.
European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications (ESPRIT)
Questo modulo sarà uno dei principali contributi dell’Europa. Al suo interno saranno stipati rifornimenti di Xenon (gas utilizzato nei motori elettrici del PPE) e di Idrazina. Oltre a questo ci saranno sistemi di comunicazioni aggiuntive. Il modulo peserà circa 4 tonnellate, quindi meno della metà del PPE e dovrebbe raggiungere la Luna nel 2025. Andrà poi a posizionarsi esattamente fra il PPE e il modulo HALO. Alla riunione ministeriale dell’ESA di novembre 2019, l’Agenzia Spaziale ha confermato i finanziamenti per la costruzione del modulo ESPRIT.
I prossimi moduli.
Attualmente questi tre moduli sono già stati confermati e hanno già ricevuto i primi finanziamenti per la loro costruzione. Ci sono però altri progetti in fase di studio e di pre-finanziamento.
Il primo è l’International Habitation Module (iHAB), un modulo costruito in collaborazione fra l’ESA e l’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA) che fornirà spazio abitabile agli astronauti. Insieme al modulo HALO creerà uno spazio vivibile di 125 metri cubi. Per fare un paragone, l’intera Stazione Spaziale Internazionale è dotata di circa 915 metri cubi di spazio. A questi si aggiungerà in futuro anche un Gateway Airlock Module, in grado di permettere all’equipaggio di effettuare attività extraveicolari.
Al Lunar Gateway serviranno però anche dei rifornimenti, sia di sistemi vitali che di nuovi esperimenti scientifici. Per fare queste missioni di rifornimento la NASA ha aperto nel 2019 un nuovo contratto chiamato Gateway Logistics Services per trovare nuove proposte di capsule cargo in grado di rifornire l’orbita lunare. Questo accordo assegnava finanziamenti di 7 miliardi di dollari da suddividere in 12 missioni di rifornimento. A presentare una proposta furono Northrop Grumman, Sierra Nevada Corporation, Boeing e SpaceX. Quest’ultima ha vinto il contratto ad Aprile del 2020 presentato una nuova capsula chiamata Dragon XL. Sarà lanciata a bordo del Falcon Heavy e porterà circa 5 tonnellate di rifornimenti e ricambi alla Luna.
A bordo di uno dei primi cargo, in arrivo sul Gateway dopo il 2024, ci sarà il Canadarm 3. Questo braccio robotico, evoluzione di quello presente sulla ISS, sarà il contributo principale del Canada al progetto. Il Canadarm 3 sarà lungo 8.5 metri, contro i 17 del Canadarm 2. Questo è giustificato innanzitutto dalle ridotte dimensioni del Lunar Gateway se paragonato alla ISS. Lo scopo principale di questo braccio sarà quello di spostare moduli della stazione, agganciare capsule in arrivo e aiutare gli astronauti nelle future attività extraveicolari.
Su ciascun lato del “gomito” di questo braccio, saranno poste delle telecamere in 4k, un’altra su ciascun braccio e altre due sulla parte finale. Ognuna di queste telecamere è in grado di ruotare di 360 gradi. Grazie all’implementazione di software completamente rivisti e all’uso di intelligenza artificiale questo Canadarm 3 sarà inoltre in grado di operare in maniera automatica.
L’orbita del Lunar Gateway
Il Gateway stazionerà intorno alla Luna in un’orbita molto particolare. E’ chiamata near-rectilinear halo orbit (NRHO), e nel punto più vicino alla superficie, passera 3000 km sopra il Polo Nord, in quello più lontano si troverà invece 70 000 km sopra il Polo Sud. Quest’orbita è stata studiata attentamente per permettere di mantenersi con il minor dispendio possibile di carburante. La stazione impiegherà circa 7 giorni per effettuare ogni orbita e solo 5 per raggiungerla partendo dalla Terra.
Un altro elemento vantaggioso di questa particolare orbita è quello riguardante le comunicazioni. Il Lunar Gateway in questa posizione avrà pochissimi momenti ciechi in cui non riuscirà a comunicare con la Terra.
Il supporto del Lunar Gateway ad Artemis
Come visto all’inizio di questo articolo, l’idea di costruire un’avamposto orbitale intorno alla Luna, nasce prima e in modo separato a quella delle missioni Artemis sulla superficie.
Dopo l’esperienza incredibilmente soddisfacente avuta con la ISS, l’intenzione della NASA è quindi quella di replicare quegli accordi internazionali anche per il Gateway. Dire quindi che la stazione lunare è l’evoluzione della ISS non è un paragone solo tecnico ma anche di gestione e amministrazione. Attualmente gli unici partner che non sembrano collaborativi per quanto riguarda il Gateway, sono i russi, che accusano i progetti di esplorazione lunare di essere troppo focalizzati sull’America.
La NASA alla fine del 2019 aveva seriamente preso in considerazione l’eventualità che già la missione Artemis 3 usufruisse dell’appoggio al Gateway, prima di scendere sulla superficie. Ad inizio 2020 questa eventualità è stata però scartata, in quanto avrebbe complicato entrambi i programmi. L’Agenzia spaziale ha infatti confermato in quell’occasione di aver aumentato i punti di divisione fra Artemis e il Gateway, per permettere ad ognuno dei due programmi di svilupparsi in modo indipendente.
Per il futuro dell’esplorazione lunare, in quella che ora è chiamata Artemis fase 2 e inizierà dopo la terza mission, il Gateway sarà però fondamentale come supporto logistico, e di rifornimento, oltre che come avamposto scientifico. In tutto questo non bisogna però dimenticarsi di quello che era lo scopo ordinario del Gateway. Permettere di acquisire esperienza, scoperte scientifiche e tecnologiche per i prossimi avamposti in orbita intorno a Marte.
Questo articolo dedicato al Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G) è il secondo di sei mini-approfondimenti dedicati alle attività e ai programmi che affiancano Artemis, nella prossima esplorazione lunare della NASA e dei suoi partner internazionali. Tutti gli articoli saranno raccolti qui, e usciranno durante la settimana dal 12 al 17 ottobre.
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