Costruire il futuro della NASA

Una delle strutture più grandi al mondo, l'edificio per l'assemblaggio dei veicoli al Kennedy Space Center in Florida è l'ultima fermata per lo space shuttle prima che venga trasportato sulla rampa di lancio. Ma con le navette programmate per il ritiro nel 2010, l'enorme edificio è già diventato la sede del prossimo veicolo di lancio della NASA.

I pezzi d'acciaio che compongono la maggior parte di Ares I-X sono raggruppati nella High Bay 4 dell'edificio dell'assemblea. I cinque cilindri rappresentano lo stadio intermedio e superiore di Ares I; il pezzo finale è il mock-up a forma di dardo della capsula dell'equipaggio. (Vedi più immagini.)

I razzi Ares sono una parte cruciale del programma Constellation, il piano della NASA per nuovi voli con equipaggio sulla luna e possibilmente su Marte e oltre. A differenza dei suoi predecessori, l'Ares utilizzerà veicoli di lancio separati per trasportare merci ed equipaggio. Ares I trasporterà gli umani nello spazio, mentre Ares V trasporterà hardware su larga scala come gli oggetti necessari per stabilire una base lunare.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2009

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Ares I-X, il primo veicolo di lancio ad essere testato in quasi quattro decenni, si trova in pezzi immensi nell'edificio di assemblaggio, in attesa di un volo di prova previsto per la fine di agosto. Questo volo ci consentirà di definire il design di Ares I ed eliminare le incertezze, in modo che tutti si sentano più a proprio agio quando il primo razzo volerà con gli umani, afferma Jon Cowart, vicedirettore del progetto Ares I-X al Kennedy. L'obiettivo principale è raccogliere dati durante i primi due minuti di ascesa, quando il razzo è più vulnerabile ai guasti. A tal fine, l'IX include un mix di sistemi reali e simulati ed è dotato di circa 700 sensori che misureranno il carico, la pressione, le vibrazioni, la temperatura, l'acustica, la deformazione e il movimento in diversi punti del razzo e in diverse fasi di volo. . I sensori raccoglieranno informazioni sulle prestazioni del razzo nelle parti più impervie dell'atmosfera, sulla separazione dei suoi stadi e sul recupero dei suoi booster.

A pezzi
Entrare in High Bay 4 è come entrare in un gigantesco stadio al coperto. Nel mezzo della baia siedono cinque grandi cilindri d'acciaio, chiamati pile, che saranno assemblati in Ares I-X. Intorno a loro c'è un assortimento apparentemente casuale di gru, cassette degli attrezzi, laptop e sedie a rotelle.

Multimedia

• Guarda un volo animato di un razzo Ares I.

• Guarda un volo animato di un razzo Ares V.

Il primo stadio di Ares I includerà un singolo razzo a propellente solido a cinque segmenti. Il suo design è derivato dalla navetta, che utilizza due propulsori a propellente solido a quattro segmenti, e brucerà lo stesso propellente appositamente formulato. Non volevamo ricominciare da capo, afferma Steve Cook, manager dell'ufficio del progetto Ares presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, AL. Abbiamo preso il meglio dal passato e l'abbiamo combinato con la tecnologia moderna. Ares I-X utilizzerà solo un propulsore a razzo solido riutilizzabile a quattro segmenti, con un quinto segmento fittizio impilato sopra. Il segmento simulato segna l'inizio della prima pila e si trova in diversi pezzi di dimensioni simili, tutti completamente bianchi. (Il quinto motore a razzo consentirà ad Ares I di sollevare più peso e raggiungere un'altitudine più elevata, ma non è necessario per il volo di prova.)

Vicino alla parte inferiore del simulatore del quinto segmento si trova il modulo avionico del primo stadio, che controllerà i componenti del booster e comunicherà con lo stadio superiore. Ad esempio, il modulo invierà il segnale per accendere i motori, controllare la traiettoria di volo del veicolo spostando l'ugello del motore, avviare la sequenza di separazione del booster e comandare il sistema di recupero del paracadute. Il modulo raccoglierà anche importanti dati sui voli di prova, in particolare sulle prestazioni del sistema di controllo del volo. Nel progetto definitivo, tuttavia, l'avionica sarà alloggiata nello stadio superiore del razzo, poiché il propellente riempirà il quinto segmento.

Sulla parte superiore del simulatore di quinto segmento sono montati la gonna anteriore e la sua estensione, che contengono il sistema di recupero del paracadute; consentirà al primo stadio, dopo essersi staccato dallo stadio superiore, di sprofondare in sicurezza nell'oceano, dove potrà essere recuperato per il riutilizzo. Il sistema è costituito da un computer che innesca la separazione, una piccola carica esplosiva che taglia il metallo e cinque paracadute.

I booster di Ares sono più pesanti dei booster della navetta spaziale e cadranno da un'altitudine più elevata, quindi cadranno più velocemente. Per compensare, i paracadute del veicolo di lancio sono molto più grandi e resistenti ma, grazie a nuovi materiali, più leggeri. I paracadute si schiereranno in tre fasi, a partire da quando i razzi raggiungeranno un'altitudine di circa 4.500 metri. Lo schieramento graduale non solo rallenterà i booster per l'ammaraggio, ma li muoverà anche nella posizione appropriata per prevenire danni.

In cima allo stack alto 24 metri si trova l'interstadio, che segna l'inizio dello stadio superiore e contiene il sistema progettato per controllare le forze che fanno ruotare il razzo durante il volo. L'interstadio di Ares I trasporterà anche il motore J-2X del razzo, che alimenterà lo stadio superiore; non sarà simulato per il volo di prova, sebbene se ne tenga conto.

Le tre pile successive simulano la forma e il peso del resto dello stadio superiore. La pila due, che è la più corta, rappresenta il serbatoio di ossigeno liquido. Gli ingegneri hanno utilizzato piastre di zavorra in acciaio per tenere conto del peso del carburante. Stack tre, alto quasi 14 metri, sfoggia il logo della NASA e tre emblemi che identificano la missione. Per il volo di prova, questo stack è puramente strutturale e rimarrà vuoto. In Ares I, invece, ospiterà la maggior parte del serbatoio di idrogeno liquido, così come il computer di volo e l'avionica che controllano tutti gli aspetti del volo. Lo stack quattro, che mostra la bandiera degli Stati Uniti, rappresenta il resto del serbatoio di idrogeno, che si estenderà su entrambi gli stack; è anche riempito con piastre di zavorra in acciaio.

Lo stack finale di Ares I-X è il modello a forma di dardo del modulo dell'equipaggio di Orion e del sistema di interruzione del lancio. Lo stadio superiore e il modulo dell'equipaggio costituiranno un quarto dell'altezza del razzo assemblato; per il volo Ares I-X, trasporterà molti dei sensori più critici. Tuttavia, dopo la separazione gli ingegneri avranno raccolto i dati di cui hanno più bisogno, quindi queste porzioni cadranno incontrollate e schizzeranno nell'Oceano Atlantico.

Qualche montaggio richiesto
All'interno dell'edificio dell'assemblea, Ares I-X prenderà vita. Quando avranno finito, gli ingegneri avranno trascorso diverse settimane a impilare i componenti del razzo, manovrando delicatamente un pezzo sopra l'altro con enormi gru. L'Ares I-X completato sarà quasi identico all'Ares I dall'esterno: un elegante razzo a due stadi con il modulo dell'equipaggio in cima, il più lontano possibile dal sistema di propulsione. Per rendere i dati del volo di prova il più precisi possibile, sarà anche simile per massa e dimensioni, con un'altezza di circa 99 metri, un diametro variabile da 3,7 a 5,5 metri e un peso di circa 816.000 chilogrammi quando è completamente alimentato.

Dopo il lancio di agosto sono previsti altri tre voli di prova senza equipaggio. Ares IY sarà identico al razzo finale, nulla di simulato, ed è programmato per il lancio nel 2013. I lanci Orion 1 e 2, progettati per testare il modulo dell'equipaggio, sono previsti per l'anno successivo e il primo lancio con equipaggio di Ares Sono fissato per il 2015.

La NASA sta puntando il suo futuro sull'esplorazione a lungo termine, spostandosi oltre l'orbita terrestre bassa e utilizzando i razzi Ares per arrivarci. La navetta spaziale è stata una grande macchina, ma abbiamo bisogno di un veicolo [con] maggiore sicurezza e affidabilità e con maggiori capacità, afferma Cook. Ares I avrà una portata maggiore della navetta e costerà meno manutenzione e lancio, dice, quindi sarà possibile avventurarsi più lontano nello spazio, e più spesso. Quando Ares V sarà completato, la NASA spera di costruire un avamposto sulla luna, sostenendo una presenza umana entro il 2020. La base consentirà loro di ricercare e testare nuove tecnologie utili per l'esplorazione con equipaggio di Marte. Dice Cook, questo è ciò che siamo venuti a fare alla NASA.

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