Orion (veicolo spaziale)

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La capsula Orion con il Modulo di Servizio derivato dall'ATV

Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (precedentemente noto come Crew Exploration Vehicle) è una serie di proposte della NASA per un veicolo spaziale con equipaggio, che dovrebbe sostituire il programma Space Shuttle. Il modulo Orion permetterà di raggiungere la Stazione Spaziale, la superficie lunare e, in futuro, anche la superficie di Marte. Il suo sviluppo fa parte del programma Constellation.

Il 1º febbraio 2010, il Presidente degli Stati Uniti d'America, Barack Obama, annunciò l'intenzione di cancellare il programma a partire dall'anno finanziario 2011[1] ma, nel settembre dello stesso anno, il Senato degli Stati Uniti emendò la decisione iniziale di limitare la Orion a compiti di "navetta di salvataggio" per l'equipaggio della stazione spaziale ripristinando il finanziamento di missioni oltre l'orbita terrestre. Il lancio di prova denominato "Exploration Flight Test 1" di una capsula Orion senza equipaggio a bordo utilizzando un razzo Delta IV[2][3]. Previsto inizialmente per il 4 Dicembre 2014 presso la base di lancio Space Launch Complex 37, a Cape Canaveral è stato rimandato al giorno successivo per problemi tecnici e meteorologici[4]. Il 5 dicembre il veicolo è stato lanciato con successo, ha raggiunto la quota di 5700 km compiendo due orbite terrestri ed è ammarato nel Pacifico al largo della California[5].

Il primo volo con equipaggio è previsto per il 2020[6].

Origine[modifica | modifica wikitesto]

Immagine artistica di Orion in avvicinamento verso la ISS

La proposta di creare Orion è stata, in parte, una reazione al Disastro dello Space Shuttle Columbia, al rapporto CAIB, la Commissione di indagine sulla tragedia del Columbia, ed alla revisione del programma spaziale americano da parte della Casa Bianca.

Orion sostituisce il programma Orbital Space Plane (OSP).

Il 14 gennaio, 2004, il presidente George Bush annunciò il CEV come componente del nuovo progetto di esplorazione dello spazio:

« Il nostro secondo obiettivo è di mettere a punto e testare un nuovo veicolo spaziale, il Crew Exploration Vehicle, entro il 2008, e condurre la prima missione con equipaggio non oltre il 2014. Il Crew Exploration Vehicle sarà capace di traghettare astronauti e scienziati alla Stazione Spaziale Internazionale dopo il ritiro degli Shuttle. Ma il principale scopo di questa nave spaziale sarà il trasporto degli astronauti oltre la nostra orbita verso altri mondi. Questa nave spaziale sarà la prima del suo genere dopo il Modulo di Comando Apollo. »

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Orion MPCV con il modulo Altair
Orion MPCV con il suo vettore Space Launch System Block I

Il 9 dicembre 2004 la NASA emanò un documento preliminare sull'attività a favore di Orion e, successivamente, il 21 gennaio 2005 una richiesta di proposte, che si concretizzò il primo marzo 2005 con l'invito formale ai potenziali offerenti a dare una risposta entro il 2 maggio 2005. A settembre 2005 vennero pubblicati i risultati dell'"Exploration Systems Architecture Study", un documento che stabiliva le linee guida della successiva generazione di navette per portare l'uomo sulla Luna, su Marte e verso altre destinazioni. Questo studio implementava gli obiettivi delineati nel "Vision for Space Exploration"[7]. Inizialmente venne suggerito l'uso di un sistema di lancio derivato dallo Space Shuttle, costituito da un razzo a combustibile solido (simile agli SRB) e uno stadio superiore spinto da un propulsore di tipo SSME. La navetta doveva essere configurata per supportare l'esplorazione con equipaggio o trasportare carichi senza astronauti, in modo da poter essere impiegata per inviare materiali e astronauti sulla stazione spaziale, portare quattro persone sulla Luna e mantenere fino a sei astronauti in una missione su Marte[7]. Il Programma Shuttle quindi venne abbandonato, sia per l'impossibilità dell'orbiter di spingersi oltre l'orbita bassa terrestre, sia per i costi elevati.

Il 13 giugno 2005 la NASA rese nota la scelta di due società per l'ulteriore sviluppo di Orion: la Lockheed Martin ed il team formato da Northrop Grumman Corp. e Boeing, ciascuna delle quali ha ricevuto un contratto pari a 28 milioni di dollari a fronte della presentazione di un progetto completo per Orion e del lancio del veicolo entro i primi mesi del 2006; Entrambe avevano l'obbligo inoltre di elaborare un progetto che consentisse a Orion di prendere parte alla formazione di una spedizione verso la Luna, o tramite EOR, o LOR o senza tappe intermedie. I due team erano costituiti dalle seguenti aziende:

Nell'estate 2006 la NASA annunciò il nome della navetta[8] e poco dopo, il 31 agosto 2006 venne pubblicato il vincitore dell'appalto: la Lockheed Martin, con cui la NASA aveva firmato un contratto fino al 2013 di 3,9 miliardi di dollari[9]. Successivamente, nell'aprile 2007, il contratto fu esteso includendo due anni aggiuntivi alla fase di progetto e due voli aggiuntivi per il sistema di annullamento del lancio, per un valore totale di 4,3 miliardi di dollari fino al dicembre 2013[10].

All'inizio del 2006 fu pubblicata la seconda versione dei requisiti di progetto. In essa vennero indicati maggiori dettagli sulla navetta, tra cui la sua forma a capsula, di tipo "a corpo tozzo"[11]. I primi test iniziarono a febbraio 2006, tra cui 66 test nella galleria del vento di un modello per determinare la forma ottimale[12]. A marzo 2007 venne completata la revisione dei requisiti di sistema della navetta Orion[13] e fu iniziata al Glenn Research Center l'ampliamento di una struttura chiamata Space Power Facility che può simulare le condizioni presenti nello spazio. Questa struttura avrà il compito di condurre i test in ambiente simulato della navetta[14].

Progetto[modifica | modifica wikitesto]

Composizione del Orion MPCV

L'Orion Crew and Service Module (CMS) è costituito da due componenti principali: un modulo dell'equipaggio (Crew Module - CM) a forma di cono e un Modulo di servizio (Service Module - SM) contenente il sistema di propulsione e i rifornimenti di bordo. Entrambi sono stati progettati sullo stile del modulo di comando e servizio del Programma Apollo, ma con la moderna tecnologia. Neil Woodward, direttore dell'Integration Office del programma Space Shuttle ha affermato infatti che le soluzioni conosciute riducono i rischi[15].

Modulo dell'equipaggio[modifica | modifica wikitesto]

Orioncm.jpg

Il modulo dell'equipaggio costruito dalla Lockheed Martin Corporation[16], conterrà da quattro a sei astronauti, a differenza dei tre che potevano prendere posto nel modulo dell'Apollo. Nonostante la somiglianza con quest'ultimo, il modulo di Orion conterrà molte tecnologie innovative, come:

  • un sistema di controllo digitale di tipo glass cockpit, derivato da quello del Boeing 787[17]
  • la capacità di "auto-aggancio", come per la navetta russa Progress e l'europeo Automated Transfer Vehicle, con la possibilità per l'equipaggio di passare al controllo manuale del veicolo in caso di emergenza (nei programmi Gemini, Apollo e Space Shuttle è invece richiesto il controllo manuale per l'aggancio).
  • un'atmosfera mista azoto/ossigeno (N2/O2) con pressione a livello del mare (101,3 kPa, 14,7 psi) o leggermente ridotta (da 55,2 kPa a 70,3 kPa, 8,0 psi - 10,2 psi).
  • computer di bordo più moderni rispetto agli attuali veicoli spaziali.

Una caratteristica importante che potrebbe essere introdotta consiste in un nuovo sistema per il recupero della capsula al rientro che impiegherà una combinazione di paracadute e retrorazzi o airbag. In questo modo sarebbe possibile anche una discesa sulla terra ferma, come il modulo della navetta Sojuz russa, che eliminerebbe la costosa flotta di recupero impiegata per tutte le missioni dei programmi Mercury, Gemini, Apollo. Tuttavia, la NASA sta considerando di non implementare questo sistema a causa del peso. In questo caso il sistema di recupero rimarrà il tradizionale ammaraggio[18][19].

Il modulo dell'equipaggio sarà parzialmente riutilizzabile, con una vita operativa fino a circa 10 voli. Sia il modulo dell'equipaggio che il modulo di servizio saranno di una lega in Alluminio/litio (Al/Li) (utilizzata nel serbatoio esterno dello Space Shuttle e nei vettori Delta IV e Atlas V), resistente come l'alluminio aeronautico dell'Orbiter ma più leggero. Il modulo dell'equipaggio sarà ricoperto con un rivestimento protettivo in nomex usato nelle parti non critiche dello Shuttle.

Per permettere a Orion di attraccare alla stazione spaziale e per connettersi agli altri veicoli del progetto Constellation, verrà utilizzato un nuovo sistema di aggancio, una versione semplificata dell'APAS, l'anello di attracco universale usato nella flotta di Space Shuttle. Quest'ultimo era stato ulteriormente derivato da un progetto russo sviluppato durante il progetto Apollo-Sojuz del 1975.

Il modulo dell'equipaggio avrà una forma a tronco di cono con angolo di 57,5°, simile a quello dell'Apollo, un diametro di 5,029 metri e una lunghezza di 3,302 metri, con una massa di 8,5 tonnellate e un volume di 5,9 m3 pari a più di due volte e mezzo quello della capsula Apollo[20]

Scudo termico[modifica | modifica wikitesto]

A settembre 2006 la NASA selezionò la Boeing per lo sviluppo di uno scudo termico per Orion, in grado di resistere ai rientri atmosferici terrestri sia nelle missioni destinate alla stazione spaziale sia nelle missioni lunari. In queste ultime, la velocità di rientro è infatti superiore, pari a circa 25 000 miglia (40 233,6 km) all'ora[21]. Il materiale utilizzato sarà il Phenolic Impregnated Carbon Ablator (PICA) già impiegato nella sonda Stardust[22], la cui proprietà appartiene alla Fiber Materials. La Boeing venne incaricata della fornitura dei campioni di materiale per i test preliminari, di un progetto preliminare di scudo termico, di un esemplare non in scala di scudo termico per la dimostrazione della costruzione, e di dati e modelli del materiale PICA[21]. A gennaio 2008 iniziarono i test di valutazione del prototipo di uno scudo termico per la navetta Orion. Il prototipo non è in scala, e misura circa 5 metri di diametro e combina le caratteristiche ablative degli scudi termici del Programma Apollo con le recenti tecniche perfezionate per lo scudo termico degli Shuttle, in particolare i metodi di saldatura tra il materiale ablativo e la base dello scudo. A maggio 2008 venne incaricata la Boeing di sviluppare tre materiali alternativi per lo scudo termico. Questi verranno utilizzati nel caso il materiale primario, il PICA, non soddisfacesse i requisiti di progetto[23].

A differenza del sistema di protezione termico dello Shuttle, che deve contrastare temperature di punta di circa 2 300 °F (1 260 °C), quello della navetta Orion dovrà essere in grado di sostenere temperature fino a 5 000 °F (2 760 °C). Queste performance possono essere raggiunte con i materiali ablativi, che si consumano durante il rientro, a differenza delle mattonelle usate per lo Shuttle, che invece sono riutilizzabili[24].

Paracadute[modifica | modifica wikitesto]

Il rientro di Orion MPCV

I paracadute di recupero, anch'essi riutilizzabili, saranno basati su quelli usati sia nella capsula Apollo che nei Solid Rocket Booster. Il sistema comprende otto paracadute, suddivisi in tre funzionalità distinte. Due di essi stabilizzano la navetta, altri tre servono per estrarre i rispettivi paracadute principali e questi ultimi forniscono la resistenza aerodinamica per rallentarla fino a terra. A luglio 2008 è stato condotto un test del sistema di paracadute che fanno parte del sistema di recupero, che è fallito. I due paracadute pilota sono fuoriusciti ma non si sono dispiegati correttamente, impedendo al modello della navetta di ottenere l'orientamento e la velocità prevista. Questa prima generazione è stata testata tramite il lancio di una replica del velivolo da un aereo C-17 ad un'altezza di 25 000 piedi (7 620 m)[25].

Modulo di servizio[modifica | modifica wikitesto]

Orion MPCV durante EFT-1

Come il suo predecessore Apollo, il modulo di servizio ha una forma approssimativamente cilindrica, ma è più largo, più corto e più leggero. Anch'esso sarà costruito nella stessa lega Al-Li del modulo dell'equipaggio ed avrà due pannelli fotovoltaici, simili a quelli impiegati nella Sonda Phoenix. In questo modo è possibile eliminare le celle a combustibile e i relativi serbatoi di idrogeno liquido (LH2). Il sistema di propulsione principale è costituito da un motore Aerojet AJ-10, derivato dal secondo stadio del razzo Delta III e alimentato da propellente ipergolico (tetrossido di azoto e idrazina) contenuto in serbatoi sferici in titanio. Il Reaction Control System, ovvero il sistema di propulsori di manovra, utilizzeranno lo stesso propellente.

L'aria da respirare sarà fornita dai doppi serbatoi di ossigeno liquido e dal singolo serbatoio di azoto liquido (N2). Delle cartucce di idrossido di litio (LiOH) ricicleranno l'aria della navetta rimuovendo l'anidride carbonica (CO2) emessa dagli astronauti. A causa dell'eliminazione delle celle a combustibile e dei serbatoi di idrogeno liquido, la navetta dovrà contenere serbatoi di acqua potabile in entrambi i moduli per l'equipaggio e acqua mescolata con glicoli per il raffreddamento dell'elettronica.

Il modulo di servizio comprenderà anche dei radiatori per disperdere il calore in eccesso e i pannelli solari. Questi ultimi, assieme alle batterie di riserva situate nel modulo dell'equipaggio, forniranno l'energia ai sistemi (con una tensione di 28 V DC).

È stato scelto l'utilizzo, come Modulo di servizio, di una versione appositamente modificata dell'ATV dell'ESA[26]. Questa scelta permette di ridurre il costo di sviluppo, e quindi anche i costi d'esercizio delle capsule, sfruttando componentistica già sviluppata e testata e ripartendo gli eventuali rischi tra le due agenzie.

Annullamento del lancio[modifica | modifica wikitesto]

Il LAS con L'Orion Crew Module

Nel 2008 è iniziata la progettazione e la costruzione delle strutture per i test delle modalità di annullamento della missione. Queste strutture, che saranno installate nella base White Sands Missile Range nel Nuovo Messico, permetteranno di simulare una emergenza sulla piattaforma di decollo. Il 28 marzo 2008 è giunto al Dryden Flight Research Center della NASA un modello in scala 1:1 della navetta Orion costruito nel Langley Research Center per i test, mentre a giugno 2008 è stata completata la struttura per il test. Dopo l'installazione dei computer di volo, della strumentazione e dell'elettronica, il modello è stato inviato alla base White Sands per l'utilizzo nei test di annullamento della missione[27]. Il primo dei test, chiamato Pad Abort-1, è previsto per la fine del 2008 e prevede l'espulsione di una navetta Orion di prova, senza equipaggio, dalla piattaforma di lancio per mezzo del launch abort system. Il contractor per lo sviluppo di questo propulsore è la Alliant Techsystems (ATK) e permette alla navetta di essere espulsa raggiungendo circa 1 miglio di altezza e circa 1 miglio di distanza. A novembre 2008 è stato effettuato con successo il test del propulsore[28] senza la navetta. Quest'ultima riprodurrà fedelmente la forma, la massa e le dimensioni della navetta definitiva. Il test fornirà i primi dati e sarà seguito da un test per l'annullamento durante la fase di ascesa nel 2009 e un secondo test sulla piattaforma di lancio 2010, entrambi nella base White Sands[29]. Il propulsore di annullamento è dunque pensato per lanciare il modulo dell'equipaggio lontano del razzo Ares I in una eventuale situazione di emergenza sulla piattaforma di lancio o durante la fase di ascesa fino ad un'altezza di circa 300 000 piedi (91 440 m).

Revisioni[modifica | modifica wikitesto]

Nel tardo luglio 2006, la seconda revisione del progetto ha apportato notevoli cambiamenti[30]. In precedenza la NASA era intenzionata ad utilizzare metano liquido (CH4) per il modulo di servizio poiché potrebbe essere estratto sulla Luna, su Marte e in altri corpi celesti ricchi di metano, ma venne scartato a causa della relativa immaturità della tecnologia dei razzi ossigeno/metano. Quindi fu deciso di utilizzare dei propellenti ipergolici, in modo da poter ridurre il periodo di tempo tra il pensionamento degli Shuttle e l'entrata in servizio di Orion, prevista nel 2012[31].

Il 20 aprile 2007 la NASA e la Lockheed Martin hanno firmato una modifica al contratto di costruzione di Orion. Il contratto aggiornato prevede due anni in più per la fase di progettazione, due voli di prova del sistema di annullamento del lancio e cancella dalla produzione un trasporto pressurizzato per la stazione spaziale[32].

Nell'ultima revisione del progetto, chiamata configurazione "606", secondo un articolo dell'"Aerospace Daily & Defense Report", il modulo di servizio contiene dei pannelli esterni che saranno espulsi poco dopo l'accensione del propulsore del secondo stadio dell'Ares I. Questa configurazione permette di ridurre il peso di circa 450 kg rispetto alla precedente configurazione chiamata "605"[33].

Un rapporto del 5 agosto ha rivelato che il sistema di atterraggio con airbag è stato rimosso dalla progettazione (configurazione "607") per risparmiare peso, tornando al tradizionale ammaraggio[34]. Scott Horowitz, a capo dell'Exploration Systems Mission Directorate, ha negato che sia stata presa una decisione definitiva sul sistema di recupero della navetta, ma ha ammesso che la NASA sta studiando la possibilità di eliminare l'atterraggio terrestre[35].

Schema di una missione[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Programma Constellation.

Nasa constellation program for moon mission.PNG

Nel caso la missione preveda il raggiungimento della stazione spaziale, la navetta Orion verrà lanciata tramite un vettore Ares I. Invece, nel caso di una missione lunare, il lancio di Orion e degli astronauti verrà preceduta dal lancio di un vettore Ares V per portare in orbita bassa terrestre il modulo lunare Altair e l'Earth Departure Stage, a cui si unirà la navetta Orion tramite una manovra di rendezvous in orbita terrestre. Il modulo Earth Departure Stage contiene il propulsore per inserirsi in una rotta di iniezione trans-lunare. Una volta giunti in orbita lunare, gli astronauti scenderebbero sulla superficie tramite il modulo Altair. Quest'ultimo sarà dotato di uno stadio di ascesa, tramite il quale gli astronauti risaliranno a bordo di Orion. Infine, faranno rotta verso la Terra.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ NASA.gov - Budget Overviw. URL consultato il 14 settembre 2010.
  2. ^ NASA’s Senate Bill passes after dramatic debate and vote in Congress. URL consultato l'11 aprile 2011.
  3. ^ Orion returning to the forefront with test flight and manned debut evaluations. URL consultato l'11 aprile 2011.
  4. ^ Orion, vento forte e una valvola bloccano il primo passo dell'uomo verso Marte in La Repubblica, 4 dicembre 2014. URL consultato il 4 dicembre 2014.
  5. ^ Primo volo orbitale per Orion: missione compiuta. È un passo dell'uomo verso Marte in La Repubblica, 5 dicembre 2014. URL consultato il 5 dicembre 2014.
  6. ^ Paolo Attivissimo, Oggi il primo volo della capsula Orion, ma Marte è ancora lontanissimo, 4 dicembre 2014. URL consultato il 5 dicembre 2014.
  7. ^ a b NASA, NASA Releases Plans for Next Generation Spacecraft, 19 settembre 2005. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  8. ^ NASA Names New Crew Exploration Vehicle Orion, 22 agosto 2006autore=NASA. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  9. ^ NASA, NASA Selects Orion Crew Exploration Vehicle Prime Contractor, 31 agosto 2006. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  10. ^ NASA, NASA Modifies Orion Crew Exploration Vehicle Contract, 20 aprile 2007. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  11. ^ NASA, NASA Refines Design For Crew Exploration Vehicle, 11 gennaio 2006. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  12. ^ NASA, NASA's Exploration Systems Progress Report, 14 febbraio 2006. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  13. ^ NASA, NASA Completes Key Review of Orion Spacecraft, 7 marzo 2007. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  14. ^ NASA Glenn to Test Orion Crew Exploration Vehicle, 19 marzo 2007autore=NASA. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  15. ^ NASA Names Orion Contractor, NASA, 31 agosto 2006. URL consultato il 5 settembre 2006.
  16. ^ Lockheed to build Nasa 'Moonship', BBC News, 31 agosto 2006. URL consultato il 1º marzo 2007.
  17. ^ Rob Coppinger, NASA Orion crew vehicle will use voice controls in Boeing 787-style Honeywell smart cockpit, Flight International, 6 ottobre 2006. URL consultato il 6 ottobre 2006.
  18. ^ Orion landings to be splashdowns - KSC buildings to be demolished, NASA SpaceFlight.com, 5 agosto 2007. URL consultato il 5 agosto 2007.
  19. ^ NASA Denies Making Orion Water Landing Decision - and Deleting Touchdowns on Land, NASA Watch, 6 agosto 2007. URL consultato il 2 ottobre 2007.
  20. ^ NASA Names New Crew Exploration Vehicle Orion, NASA, 22 agosto 2006. URL consultato il 3 marzo 2007.
  21. ^ a b NASA, NASA Awards Thermal Protection Contract for Orion Spacecraft, 15 settembre 2006. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  22. ^ "Destination Moon", Popular Mechanics, Feb. 2007
  23. ^ NASA, NASA Awards Heat Shield Material Contracts for Orion Spacecraft, 4 maggio 2007. URL consultato il 2 dicembre 2008.
  24. ^ NASA, Keeping it Cool, 31 gennaio 2008. URL consultato il 12 giugno 2008.
  25. ^ NASA Tests Launch Abort Parachute System, NASA, 19 agosto 2008. URL consultato il 1º dicembre 2008.
  26. ^ ESA, ESA Workhorse to power Nasa's Orion spacecraft, 16 gennaio 2013. URL consultato il 20 gennaio 2013.
  27. ^ Orion Crew Module Mockup Arrives at Dryden for Test Preparations, 1º aprile 2008. URL consultato il 13 giugno 2008.
  28. ^ NASA, NASA, ATK Successfully Test First Orion Launch Abort Motor, 20 novembre 2008. URL consultato il 1º dicembre 2008.
  29. ^ NASA Readies Hardware for Test of Astronaut Escape System, 12 marzo 2008. URL consultato il 13 giugno 2008.
  30. ^ Daniel Handlin, Chris Bergin, NASA makes major design changes to CEV, NASAspaceflight.com, 22 luglio 2006. URL consultato il 3 marzo 2007.
  31. ^ Daniel Handlin, Chris Bergin, NASA sets Orion 13 for Moon Return, NASAspaceflight.com, 11 ottobre 2006. URL consultato il 3 marzo 2007.
  32. ^ NASA Modifies Orion Crew Exploration Vehicle Contract, NASA.
  33. ^ Frank Morring, Jr., 1,000 pounds cut from Orion CEV.
  34. ^ Orion landings to be splashdowns - KSC buildings to be demolished, NASA SpaceFlight.com, 5 agosto 2007. URL consultato il 5 agosto 2007.
  35. ^ NASA Denies Making Orion Water Landing Decision - and Deleting Touchdowns on Land, spaceref.com.

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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