Lo Space Launch System è il lanciatore che porterà gli astronauti delle missioni Artemis sulla Luna. Questo vettore si integra con la capsula Orion, che ospiterà gli astronauti fino all’orbita lunare, quando la capsula efettuerà un docking con il sistema di allunaggio. Questa è una delle differenze logistiche più importanti rispetto al vettore Saturn V che lanciò il modulo Apollo. Il lanciatore storico della NASA trasportava direttamente in un unico lancio sia il modulo di discesa sulla Luna, sia la capsula per il rientro a Terra.
Questa grande differenza logistica ci porta ad evidenziare una delle caratteristiche più importanti del progetto SLS + Orion. Sono entrambi mezzi “riciclati” da altri obiettivi e non nati esclusivamente per Artemis. Sia il vettore che la capsula, derivano infatti dal programma di esplorazione interplanetaria della NASA Constellation, nato nel 2005 e cancellato da Obama nel 2010. In questo quinto approfondimento vedremo un po’ meglio quello che sarà a tutti gli effetti il razzo più potente mai costruito dall’uomo.
Space Launch System
All’interno del programma Constellation erano presenti due grandi vettori: L’Ares 1 e l’Ares V. Questi due razzi avrebbero lanciato una nuova capsula americana: la Orion. Il primo l’avrebbe portata sulla ISS, e avrebbe dovuto avere una capacità di carico in orbita bassa terrestre di 25 000 kg. Il secondo l’avrebbe invece lanciata verso la Luna e oltre, disponendo di un carico utile in orbita terrestre bassa di 130 000 kg. Nel 2011 vennero cancellati ed emerse il progetto dell’SLS. Ipoteticamente avrebbe dovuto essere un vettore meno dispendioso, in quanto la versione base avrebbe avuto un carico utile di 70 000 kg in orbita bassa e tecnologie riprese da quelle dello Space Shuttle.
La versione finale dell’SLS, quello che lancerà le prime tre missioni Artemis, avrà invece una capacità di carico di 95 000 kg verso l’orbita terrestre bassa. Questo dato è fornito dalla NASA con la condizione che il secondo stadio sia considerato parte del carico. Tre aziende sono incaricate della costruzione di questo lanciatore: Boeing sta costruendo il core centrale (primo e secondo stadio), Aerojet- Rocketdyne i motori RS-25 che lo alimenteranno, e Northrop Grumman i booster laterali a propellente solido.
Lo Space Launch System è composto da due stadi, ed è alto 95 metri nella sua versione base. Attualmente ne è prevista una seconda versione con un secondo stadio più potente ed una terza dove sono aggiornati e migliorati anche i booster laterali. Quest’ultima versione raggiungerebbe un carico utile in orbita terrestre bassa di 130 000 kg e in orbita lunare superiore i 45 000 kg, ma molto probabilmente verrà cancellata. Il suo eventuale utilizzo si stimerebbe verso il 2030.
Attualmente è stimato che un singolo lancio dello Space Launch System verrà a costare quasi due miliardi di dollari. Per confronto, il Falcon Heavy, che non può comunque sostituire l’SLS con la sua portata di 60 000 kg in orbita bassa terreste, costa 160 milioni di dollari ad ogni lancio.
Il core centrale dell’SLS
Il Core centrale dell’SLS è una delle componenti più complesse dell’intero vettore. E’ costruito da Boeing e contiene due serbatoi. Uno di Ossigeno liquido e uno di Idrogeno liquido criogenico. Alla sua base sono posti i 4 motori RS-25, gli stessi che spingevano lo Space Shuttle, che però sono stati aggiornati e resi leggermente più economici e performanti.
Per i primi lanci dello SLS verranno usati dei motori letteralmente “avanzati” dall’era dello Space Shuttle. Questi erano stati progettati per essere riutilizzabili, cosa che non avverrà per l’SLS. Appena terminata questa scorta, il che dovrebbe avvenire con le prime 3 missioni Artemis, verranno usati gli RS-25 aggiornati in versione usa e getta. Questo dovrebbe abbassare il prezzo dei motori, che comunque rimane di alcune decine di milioni di dollari; l’uno!
Il Core Stage è alto 64.6 metri e ha un diametro di 8.4 metri. E’ costruito in alluminio 2219 e senza il propellente a bordo ha un peso di 85 275 kg.
Questo stadio contiene anche tutti i computer di bordo che controllano il vettore, oltre ai sensori di avionica. Durante il volo rimarrà accesso per circa 500 secondi, fino a raggiungere una quota di 160 km circa. Questo core ha lo stesso diametro del serbatoio esterno dello Space Shuttle.
Booster
Questi booster sono derivati direttamente da quelli che utilizzava lo Space Shuttle. Derivati direttamente vuol dire che sono essenzialmente gli stessi con poche piccole modifiche. I booster dello Shuttle disponevano di un sistema di paracadute in modo da ammarare dolcemente nell’oceano una volta staccatasi dallo Shuttle. In questo modo potevano essere recuperati e alcune loro parti riutilizzate nei voli successivi. Questo sistema è stato eliminato in questi nuovi SRB (Solid Rocket Booster) per renderli più leggeri, a scapito ovviamente della parziale riutizzabilità.
La caratteristica principale di questi booster è l’essere divisi in blocchi. Quelli dello Shuttle ne avevano 4, questi nuovi ne hanno 5. Qui sta la differenza più grande. Grazie a questo nuovo segmento i due booster avranno a disposizione più carburante, il che si converte in una spinta totale maggiore di circa il 15% rispetto ai precedenti. Questi due nuovi booster, rimarranno accesi per 2 minuti e 6 secondi e durante questo periodo forniranno il 75% della spinta dell’SLS. E’ stato inoltre dichiarato che sui booster di tutte le missioni Artemis verrà disegnato il logo Worm della NASA, quello rosso usato negli anni ’80 e ’90. Nei primi giorni di ottobre è stato infatti completato il logo sui booster della missione Artemis 3.
Questi booster sono alti 53.9 metri e la NASA ha già stipulato contratti con Northrop Grumman per altri 12 SRB. Questo ha garantito, insieme ai contratti per i motori RS-25, la presenza di almeno altri 6 SLS nella sua prima versione, da lanciare entro il 2029.
Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS)
Questo è il secondo stadio dell’SLS nella sua prima versione. E’ una derivazione dell’ultimo stadio usato nei vettori Delta III e Delta IV di ULA. Quello che verrà usato nell’SLS è lungo 5 metri. Lo ICPS usato per Artemis 1 non è stato classificato per il volo umano e si trova al Kennedy Space Center dal 2017. Sarà invece classificato quello per Artemis 2 e Artemis 3.
Durante i lanci l’SLS sarà lanciato in una prima orbita (quella che raggiungerà prima dell’accensione del ICPS) di 1800 km x 93 km. Questo per garantire il corretto smaltimento in mare del core centrale, evitando che entri lui stesso in orbita come successe per il Lunga Marcia 5b ad un solo stadio a Maggio 2020. Il secondo stadio, una volta separato dal primo, eseguirà una prima accensione una volta arrivato all’apogeo per inserirsi in orbita, e una seconda accensione per dirigersi verso la Luna.
Nuove versioni
Attualmente sono previsti dei lanci solamente della prima versione dell’SLS, denominata Block 1b. Come dicevamo all’inizio dell’articolo, il primo aggiornamento riguarderà l’upgrade del secondo stadio, che verrà sostituito con il Exploration Upper Stage. Questo sarà dotato di 4 motori RL 10, invece che del singolo montato sul ICPS. Questo alzerà il carico utile verso la Luna dai 26 000 kg della versione Block 1 ai 35 000 kg della versione Block 1b in versione Crew (con la capsula Orion) e a 40 000 kg nella versione Block 1b cargo. La versione Block 1b è prevista a partire dalla missione Artemis 4.
Ogni versione del SLS potrà infatti essere in versione Cargo o in versione Crew. La seconda è dotata della torre di aborto missione per estrarre gli astronauti in caso di problemi nella prima parte della missione, e di tutte le serie di accorgimenti nel primo e secondo stadio che ne garantiscono la certificazione al volo umano della NASA.
La versione Block 2 sarà invece un upgrade della versione Block 1b. Il grande cambiamento, come già detto, sarà la sostituzione dei booster laterali a propellente solido con un nuovo modello a propellente liquido. Questa è la versione che si vocifera verrà cancellata. Se non lo sarà, verrà comunque usata a partire dal 2030.
Controversie
La maggior parte delle controversie legate all’SLS riguardano i costi di progettazione e di lancio. Questi costi si inseriscono in molte critiche più profonde sul modo e sulle scelte con qui è iniziata e proseguita la progettazione dell’SLS. Nel 2017 la NASA aveva infatti stimato una cifra di base per lo sviluppo dell’SLS di 7.021 miliardi di dollari, aumentata a 8.05 miliardi ad inizio del 2019 e a 9.1 nel 2020. Sempre nel 2019 un report del United States Government Accountability Office aveva aggiustato la cifra del 2017 a 7.17 miliardi di dollari.
Questo aumento di costi per l’SLS è in particolare dovuto al rinvio della data di lancio di Artemis 1 dalla primavera 2021 a fine 2021. All’interno delle cifre sopracitate è infatti contenuta anche la prima missione Artemis, che rappresenta anche la missione di test dello stesso SLS. I 9.1 miliardi sopracitati riguardano il “development baseline cost” ma un report di inizio 2020 dell’Ufficio dell’Ispettore Generale della NASA evidenziava proprio la poca completezza di queste stime. Secondo l’analisi presentata in questo report i costi totali dello sviluppo dell’intero sistema SLS arriveranno a 18.3 miliardi di dollari.
In base a questo rapporto, l’aver spostato la data della prima missione ha aumentato i costi totali dal progetto da 17.4 miliardi di dollari a 18.3 miliardi. Questa è la cifra che sarà stata spesa dall’inizio del programma SLS fino al primo lancio. Sempre secondo questo rapporto alla data di lancio della missione Artemis II saranno stati spesi 22.8 miliardi di dollari. Possiamo quindi capire quanto potrebbero ancora aumentare queste cifre se si dovesse rinviare ancora la data di Artemis 1.
Lo stato dei lavori
Attualmente l’SLS sta completando il Green Run Test. Questo è una serie di test che si stanno facendo al core centrale dell’SLS. Si concluderanno con l’accensione dei 4 RS-25 per ben 8 minuti, prevista per fine novembre 2020. Durante questo ultimo test, il core centrale verrà bloccato al banco di prova B-2 presso lo Stennis Space Center e verrà testata tutta la parte di diffusione del carburante dai serbatoi, insieme a tutte le tubature per i refrigeranti. Sarà un momento critico perchè anche un piccolo problema potrebbe portare al rinvio di Artemis 1 ad inizio 2022.
Questo articolo dedicato ai progetti di lander del programma HLS è il quarto 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 sono raccolti qui, e usciranno durante la settimana dal 12 al 17 ottobre.
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