Alle ore 2:37 italiane si è acceso per la prima volta il nuovo lanciatore di classe medio-pesante sviluppato dal Giappone, chiamato H3. Il razzo, con a bordo il satellite ALOS-3 sviluppato da Mitsubishi Electric per il programma di osservazione terrestre della JAXA, non si è però alzato da terra, interrompendo la sequenza di lancio dopo l’accensione dei motori del primo stadio. Il motivo è stata la mancata accensione di uno dei booster laterali a propellente solido.

Previsto inizialmente per il 2020, H3 ha subito diversi ritardi causati principalmente da alcuni difetti nel design dei motori del primo stadio e poi dalla pandemia di coronavirus. L’aborto del lancio odierno è stato provocato, secondo le prime rilevazioni, da un sensore difettoso nel primo stadio, quindi non nei motori a propellente solido dei booster. Essi si devono accendere in modo sincronizzato e successivo, rispetto a quelli del core centrale, in quanto una volta accesi i propellenti solidi non si possono più spegnere. 

Il lancio è stato rinviato a data da destinarsi, ma sembra che sarà necessario spostare H3 dalla rampa, provocando almeno una settimana di rinvio del prossimo tentativo. L’arrivo di questo nuovo vettore nel mercato sarà un’importante mossa strategica per il Giappone, il quale tenterà d’inserirsi nel mercato globale di servizi di lancio con un veicolo molto flessibile. Inoltre H3 continuerà a garantire un accesso indipendente allo spazio a Tokyo che lo vede come un dominio fondamentale per la sicurezza e il progresso del paese del Sol Levante. 

L’occasione di H3 per il mercato

Alla base del progetto del razzo nipponico c’è un importante sforzo di taglio dei costi, per rendere il vettore quanto più economico possibile. Nel 2018, Ko Ogasawara, il presidente di Mitsubishi Space Sytems dichiarò di fissare un prezzo target a 51 milioni dollari per H3. Più recentemente, Naohiko Abe, vicepresidente di Mitsubishi Heavy Industries ha reso nota una cifra di 38 milioni di dollari. 

Le dichiarazioni dei due dirigenti di Mitsubishi non chiariscono bene il reale prezzo delle diverse configurazione di H3, tuttavia evidenziano il netto calo del prezzo dal razzo rispetto al predecessore H-IIA, che era di oltre 90 milioni di dollari. In questo senso i vettori HII non hanno avuto un grande successo nel mercato internazionale. 

Complice la de facto esclusione della Russia dal mercato, il Giappone con H3 ha una grande chance di mostrare che può essere un alternativa commerciale economica e credibile.

Un design orientato alla competizione

Arrivare ad un design affidabile e competitivo è stato possibile grazie al riutilizzo e all’ottimizzazione di tecnologie già esplorate con gli HII. Per esempio, il motore del secondo stadio, il LE-5B è una leggera modernizzazione di quello già usato su H-IIA.

Oltre all’eredità dei vecchi razzi, H3 introduce un discreto numero di componenti di tipo COTS. In particolare l’elettronica che impiega oltre il 90% di componenti dall’industria automobilistica. 

In totale, lo sviluppo di H3 è costato circa 1.5 miliardi di dollari o 200 miliardi di Yen. Una cifra che in parte condivide con il programma di un altro razzo nipponico, Epsilon. I booster laterali di H3 verranno impiegati anche per la nuova versione di questo razzo di piccola classe.

Come per altre parti, i booster a propellente solido derivano direttamente da quelli di H-IIA. In questo caso c’è un redisgn dei sistemi di sgancio dal primo stadio, che sono dei pin rispetto alle barre più costose e voluminose della versione precedente. 

Un sistema flessibile 

Alto 63 metri, H3 parte dall’eredità dei lanciatori HII per introdurre alcune novità e quindi rendere possibile una piattaforma di lancio modulabile in base alla tipologia di carico. Il razzo presenta due stadi che impiegano l’efficiente mix di idrogeno e ossigeno liquidi con la presenza di booster solidi laterali in formazione a due o quattro. 

H3 ha quattro configurazioni di lancio che permettono al sistema di lancio di adattarsi ai diversi carichi e le relative orbite di destinazione. Per distinguerli esiste una nomenclatura che generalmente su potrebbe indicare come “H3-NX-K”. In cui N indica il numero di motori al primo stadio, X il numero di booster laterali mentre K è indicato con una tra lettere L o S. L indica il fairing più grande mentre S la versione base. Nel caso del lancio inaugurale odierno di ALOS-3, H3 ha volato nella disposizione H3-22-S.

La capacità massima è di quasi 8 tonnellate in orbita geostazionaria per la variante più grande di H3. Per quanto riguarda l’orbita bassa potrà lanciare decine di tonnellate di carico, anche se per questa fetta di mercato sembra più probabile l’impiego della versione con solo primo stadio. 

H3 sarà in grado di supportare un ampio spettro di missioni tra cui quelle piè complesse per la JAXA, una su tutte, il rifornimento della stazione spaziale internazionale con la nuova capsula cargo HTV-X. In futuro il vettore nipponico potrebbe avere una nuova variante pesante a tre booster basati sul primo stadio per supportare la JAXA nel progetto del Lunar Gateway a guida NASA.

LE-9, il gioiello dell’ingegneria giapponese

La più grande novità di H3 è l’introduzione di un nuovi motori nel primo stadio noti come LE-9. Si tratta della parte più complessa dell’intero sforzo decennale di sviluppo di questo nuovo lanciatore e quella che ha causato i maggiori ritardati nel progetto.

Nondimeno i motori LE-9 sono una pietra miliare dell’ingegneria spaziale nipponica oltre che una prima volta per l’industria aerospaziale. Infatti i propulsori di H3 sono i primi al mondo ad impiegare un ciclo expander nel primo stadio. Il ciclo Expander consiste nel passaggio del combustibile per raffreddare la camera di combustione e l’ugello stesso del motore, per poi essere immesso nella camera di combustione. 

Questo processo permette al combustibile di cambiare fase, alimentare la turbina, e allo stesso tempo raffreddare il propulsore senza l’aggiunta di altri sistemi più complessi. C’è però un limite nel dimensionamento, dovuto al cambiamento di fase. In sostanza non si possono creare motori con la spinta necessaria per un primo stadio di un razzo grande come H3.

Per scalare le dimensioni del motore e conservare le caratteristiche del ciclo expander, gli ingegneri giapponesi hanno adottato una variazione del ciclo nota come “expander bleed”. In questa variazione solo una porzione del combustibile riscaldato alimenta la turbina mentre la maggior parte viene immessa direttamente nella camera di combustione.

Il risultato di questo approccio è un motore da 2.4 tonnellate con una grande spinta di 1471 kN e l’ottima efficienza dell’idrogeno, isp di 426 s. 

ALOS-3, un progetto fondamentale per la JAXA

Costruito da Mitsusbishi Electric, ALOS-3 è l’ultimo satellite di uno dei programmi della JAXA per l’osservazione terrestre, il successore di ALOS-1 la cui missione è stata interrotta nel 2011. Il nuovo satellite del programma di ricerca dell’agenzia nipponica riporta una rilevante componente di sensori ottici che mancava da tempo nella flotta di satelliti dell’agenzia. 

ALOS-3 presenta dei sensori di tipo ottico che permettono di ottenere dati su grandi porzioni di terreno di centinaia di chilometri. Per sezioni più piccole il satellite potrà effettuare riprese ad alta risoluzione fino a 0.8 m. I due strumenti principali sono il Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping (PRISM-2) e the Hyperspectral Imager Suite (HISUI). 

Il bus satellite da 2 tonnellate di ALOS-3 si base su quello del predecessore ALOS-2, la seconda missione del programma della JAXA che impiega un payload di tipo SAR.