Sistema di lancio spaziale

Sistema di lancio
spaziale Lanciatore spaziale
Rappresentazione artistica del blocco SLS 1 sulla rampa di lancio.
Rappresentazione artistica del blocco SLS 1 sulla rampa di lancio.
Dati generali
Paese d'origine stati Uniti
Costruttore Boeing , United Launch Alliance , Northrop Grumman , Aerojet Rocketdyne
Primo volo 2021
Altezza 98−111  m
Diametro 8,4  m
Peso al decollo Blocco 1: ~ 2.628 tonnellate
Blocco 1B: ~ 2.948 tonnellate
Piani) 2
Spinta al decollo 32  MN
Base/e di lancio LC-39 , Centro Spaziale Kennedy
Carico utile
Orbita bassa Blocco 1: 70 tonnellate
Blocco 1B: 97,5 t.
Blocco 2: 130 tonnellate
orbita lunare Blocco 1: 26 tonnellate
Blocco 1B: 37 tonnellate
Blocco 2: 45 tonnellate
Motorizzazione
Ergol LOX / LH2
Propulsori booster 2 SSRB (5 segmenti)
1 ° piano 4 RS-25 RE / MI
2 e piano Blocco 1: 1 RL-10B2
Blocco 1B: 4 x RL-10
Blocco 2: 1 x J-2X
missioni
Missioni lunari con equipaggio.
Missioni robotiche interplanetarie pesanti.

Lo Space Launch System o SLS è un lanciatore spaziale super pesante americano sviluppato dalla NASA dal 2011 e il cui primo volo è previsto per il 2021. L'SLS svolge un ruolo centrale nel programma Artemis il cui obiettivo è inviare equipaggi sulla superficie della Luna e preparati per le future missioni con equipaggio su Marte . Questo razzo sarà responsabile dell'iniezione della navicella spaziale Orion che trasporta l'equipaggio su una traiettoria diretta verso la Luna.

L'architettura del lanciatore, simile a quella dell'Ares V abbandonato dopo la fine del programma Constellation , riprende adattandoli componenti utilizzati dallo space shuttle americano (propulsori booster, serbatoio dello shuttle, motori a razzo SSME/RS-25 ) e nella sua versione Block 1 lo stadio superiore del lanciatore Delta IV . Sono previste diverse versioni (blocchi 1, 1B e 2) con una bassa capacità orbitale terrestre compresa tra 70 tonnellate e 130 tonnellate. La versione blocco 1, in grado di lanciare 28 tonnellate sulla Luna, è caratterizzata dal secondo stadio IPCS alimentato da un unico motore RL-10 B2. Nel corso del 2020 viene sviluppata solo questa versione. Nessun budget è disponibile per finalizzare le versioni 1B e 2 caratterizzate principalmente da un secondo stadio e propulsori booster più potenti.

Lo sviluppo del razzo SLS è stato lanciato nel 2011 su richiesta del Congresso degli Stati Uniti, mentre la NASA non ha espresso alcuna esigenza specifica. Il costo iniziale del progetto è stimato in 10 miliardi di dollari con un primo volo previsto per il 2017. Sconti in questo programma, significativi sforamenti di budget che interessano anche l'adeguamento delle strutture di lancio al Launch Complex 39 in Florida, nonché lo sviluppo di i lanciatori commerciali ad alta potenza mettono in dubbio la necessità di un lanciatore con un costo unitario di produzione che si avvicina a un miliardo di dollari USA.

contesto

Il ritorno dei progetti lunari e del lanciatore pesante

Nel 2004 il presidente George W. Bush rese pubblici gli obiettivi a lungo termine che voleva assegnare al programma spaziale americano quando l' incidente dello space shuttle Columbia aveva appena bloccato la flotta di queste macchine obsolete e l'uscita dalla stazione spaziale internazionale , in via di completamento, è in attesa. Il progetto presidenziale Vision for Space Exploration vuole riportare l'uomo al centro dell'esplorazione spaziale: il ritorno degli astronauti sulla Luna è previsto entro il 2020 per una serie di missioni destinate a preparare una possibile presenza permanente di umani sul pianeta. suolo e sviluppare l'attrezzatura necessaria per le future missioni con equipaggio su Marte fissate in una data molto successiva. Questa volta sia l'opinione pubblica che il Congresso sono favorevoli al progetto: il programma Constellation viene quindi istituito dalla NASA per soddisfare le aspettative presidenziali. Prevede la costruzione in modo simile al programma Apollo di due veicoli spaziali con equipaggio - il veicolo spaziale principale Orion e il veicolo spaziale lunare Altair - oltre a due tipi di lanciatori  : il lanciatore pesante Ares I responsabile della messa in orbita del veicolo spaziale Orion e il super lanciatore -pesante Ares V della classe del gigantesco lanciatore Saturn V responsabile della messa in orbita del modulo lunare. La NASA sta adattando i motori a razzo sviluppati per il razzo Saturn V , i propellenti per razzi dello space shuttle e numerose installazioni a terra risalenti ai giorni del programma Apollo . Ma il programma è in ritardo e deve affrontare un problema di finanziamento che, secondo i piani iniziali, dovrebbe essere realizzato senza un sostanziale aumento del budget complessivo della NASA. Cominciarefebbraio 2010, il presidente Obama annuncia la cancellazione del programma Constellation che viene successivamente confermato.

Abbandono del programma Constellation e del lanciatore pesante Ares V

Dopo il suo insediamento, il presidente degli Stati Uniti Barack Obama fa valutare il programma Constellation dalla Commissione Augustine , creato a questo scopo il7 maggio 2009. Questo conclude che mancano tre miliardi di dollari all'anno per raggiungere gli obiettivi prefissati, ma conferma l'interesse di una seconda esplorazione umana della Luna come tappa intermedia prima di una missione con equipaggio su Marte . Cominciarefebbraio 2010, sulla base di questo rapporto, il presidente Barack Obama annuncia la cancellazione del programma Constellation . Vengono addotti tre motivi: il superamento del budget, il ritardo nelle scadenze e la mancanza di innovazioni integrate nel progetto. Questa decisione ha posto fine allo sviluppo del lanciatore pesante Ares V la cui architettura doveva accogliere diversi componenti sviluppati per lo space shuttle e che era stato progettato per posizionare 160 tonnellate in orbita bassa (il lanciatore Saturn V poteva posizionare solo 118 tonnellate). Gli elementi ripresi sono il booster a polvere dello space shuttle americano ampliato con l'aggiunta di un quinto segmento, il primo stadio che sfrutta la struttura del serbatoio esterno dello space shuttle americano con un diametro che passa da 8,4 a 10 metri di diametro e alimentato da sei RS -68B motori utilizzati per il razzo Delta IV . Il secondo stadio EDS utilizza, come il primo stadio, ossigeno e idrogeno liquido. È alimentato da un singolo motore J-2X, derivato dalla seconda fase J-2 motore dei Saturn IB e Saturn V lanciatori .

Rinascita del progetto del lanciatore pesante sotto la pressione dei politici eletti

La decisione del presidente Obama è accompagnata da una moratoria di cinque anni sugli sviluppi dei lanciatori pesanti intrapresa dalla NASA. Tuttavia, un budget di $ 3 miliardi è assegnato alla NASA per sviluppare tecnologie per abbassare il costo dei sistemi di propulsione. Di conseguenza, il progetto di bilancio 2011 sottoposto dalla Casa Bianca al voto del Congresso degli Stati Uniti non prevede più alcuna linea di bilancio per lo sviluppo di un lanciatore pesante. Ma la cancellazione del programma Constellation unita al previsto ritiro dello space shuttle annuncia un forte calo del carico di lavoro per l'industria e le strutture della NASA particolarmente coinvolte nel programma spaziale con equipaggio e concentrate negli stati del sud degli Stati Uniti: il Marshall Space Flight Center di Alabama , il Johnson Space Center in Texas , lo Stennis Space Center in Mississippi e il Michoud Assembly Center in Louisiana . Evidenziando questo motivo, la Camera dei Rappresentanti e il Senato hanno votato a larga maggioranza all'inizio del 2010 per un budget NASA modificato per il 2011 che richiedeva lo sviluppo di un veicolo di lancio per carichi pesanti (HLV ). Secondo i desideri di questi funzionari eletti, una prima versione in grado di mettere in orbita bassa 70 tonnellate deve volare dadicembre 2016e prendere il posto della navetta spaziale americana. Il razzo sarà una soluzione di backup per il programma spaziale americano con equipaggio nel caso in cui la realizzazione dei lanciatori commerciali finanziati dalla NASA per servire la stazione spaziale internazionale nell'ambito dello stesso budget non andasse a buon fine. La realizzazione del lanciatore pesante è associata al continuo sviluppo del veicolo spaziale Orion (o Multi-Purpose Crew Vehicle o MPCV). Funzionari eletti chiedono anche che venga sviluppata una seconda versione in grado di mettere 130 tonnellate in orbita bassa.

Selezione di un'architettura riutilizzando i componenti dello space shuttle

Per soddisfare le aspettative di rappresentanti e senatori americani, la Nasa sta avviando uno studio volto a definire le caratteristiche del lanciatore pesante richiesto. Vengono valutate diverse architetture:

Lancio del progetto SLS

Lo sviluppo del lanciatore, soprannominato Space Launch System , è stato ufficializzato dall'amministratore della NASA Charles F. Bolden su14 settembre 2011. L'architettura della versione Bloc 1 è stata modificata aggiungendo un IPCS ( Interim Cryogenic Propulsion Stage ) direttamente derivato dallo stadio superiore del razzo Delta IV . Il primo volo è previsto indicembre 2017. Il Senato ha, nel frattempo, imposto che la versione Block 1 venga utilizzata solo per i primi due voli e che sui voli successivi vengano implementati booster migliorati (a propulsione liquida o solida). Lo stadio superiore potrebbe essere l'IPCS (105 tonnellate in orbita bassa) o uno stadio più potente (CPS) che consentirebbe di posizionare fino a 130 tonnellate in orbita bassa. Questa versione, denominata Block 1A, dovrebbe volare a partire dal 2023. Lo sviluppo del lanciatore, del veicolo spaziale Orion e dell'equipaggiamento di terra ammonta a 18 miliardi di dollari, inclusi 10 miliardi di dollari per il lanciatore.

Sviluppo

Costruzione e collaudo

il 31 luglio 2013, una prima valutazione convalida il concetto di SLS, consentendo al progetto di passare dalla fase di progettazione alla fase di attuazione. il9 gennaio 2015, la NASA ha effettuato il primo test di un motore RS-25 su un banco di prova per 500 secondi. NelGennaio 2013, la NASA firma un accordo con l' Agenzia spaziale europea affinché quest'ultima fornisca il modulo di servizio per il veicolo spaziale Orion . Lo sviluppo di questo modulo ha incontrato rapidamente problemi tecnici e di massa, ma l'ESA conferma ogni volta che sarà pronto per la fine del 2017. Un primo cambiamento di programma avviene alla fine del 2014: nello stabilimento di Michoud , la costruzione del VAC ( Vertical Assembly Center ) una gigantesca attrezzatura che deve permettere l'assemblaggio dei vari componenti del primo piano, deve essere completamente presa in carico perché le fondamenta si sono spostate sotto il peso di questo insieme. La nuova data del primo volo è fissata inluglio 2018. Il primo veicolo spaziale Orion, senza il suo modulo di servizio, viene lanciato da un razzo Delta IV Heavy ed esegue il5 dicembre 2014un volo senza equipaggio di quattro ore e mezza di successo. L'ESA annuncia che non sarà in grado di fornire il modulo di servizio come previsto alla fine del 2017. Inottobre 2015 le specifiche del lanciatore sono fissate e convalidate come parte di una revisione delle specifiche ( Critical Design Review o CDS). La revisione ha convalidato la rispettiva capacità delle versioni Blocco 1 (70 tonnellate), Blocco 1B (105 tonnellate) e Blocco 2 (130 tonnellate). La prima fase delle tre versioni deve essere identica. La versione Block 1B si differenzia dal Block 1 per il secondo stadio: l'EUS, alimentato da quattro RL10-C2 e con caratteristiche simili al Large Upper Stage offerto da Boeing , sostituisce l'IPCS. La versione Bloc 2 è una versione migliorata del Bloc 1B che utilizza propellenti di riserva più efficienti ( propellenti liquidi o propellenti solidi con un guscio in composito di carbonio). La fabbricazione dei primi elementi del lanciatore può essere avviata. La prossima pietra miliare è la certificazione delle specifiche del lanciatore prima del suo primo volo, previsto nel 2017 prima del primo volo di linea nel 2018.

Il propulsore booster viene testato più volte con un test finale attivato 2 settembre 2020. Le installazioni della rampa di lancio mobile ML-1 e della rampa di lancio 39B, che sono state modificate per consentire il lancio dell'SLS, vengono testate per la prima volta indicembre 2019.

Lo sviluppo della versione Bloc 1B e la fase EUS in difficoltà

Nel 2016 era previsto che la versione Block 1 del lanciatore sarebbe stata utilizzata solo per il primo volo e che la versione Block 1B, molto più potente e caratterizzata dal suo nuovo stadio EUS, sarebbe stata utilizzata per i voli successivi. Ma lo sviluppo dello stadio EUS che equipaggia la versione Block 1B sta accumulando ritardi perché Boeing , che lo costruisce ma è anche responsabile del primo stadio, dà priorità allo sviluppo di quest'ultimo, che sta incontrando molte difficoltà. Il presidente Trump lancia a partire dal 2019 il programma Artemis che dovrebbe portare gli astronauti americani sulla luna . La versione Block 1B, che ha raggiunto solo gli obiettivi fissati dal Congresso degli Stati Uniti , non è necessaria per raggiungere questo obiettivo perché il lancio del modulo lunare HLS deve essere affidato a lanciatori commerciali. Anche il budget stanziato al piano EUS nel 2019 è dimezzato da 300 a 150 milioni di US$. Tenendo conto del ritardo nello sviluppo dell'EUS, la NASA ha deciso all'inizio del 2018 di utilizzare la versione Block 1 anche per il secondo e terzo volo con equipaggio oltre che per la versione cargo che deve lanciare la sonda spaziale Europa Clipper . Per quest'ultimo, le ridotte prestazioni del Blocco 1 rispetto al Blocco 1B riaccendono il dibattito sull'utilizzo alternativo del lanciatore Falcon Heavy , il cui costo è annunciato in 100 milioni di euro. Nonostante il desiderio della Casa Bianca di porre fine allo sviluppo dell'EUS, la NASA chiede a Boeing di continuare il suo lavoro: il design dello stadio EUS, che era stato dimensionato per ricevere eventualmente un motore J-2X, è ottimizzato nel 2019 nella sua configurazione con quattro motori RL-10, che ne aumenta le prestazioni. Il presidente Trump propone un budget 2020 per fermare lo sviluppo della fase EUS e tutti i lavori associati (piattaforma di lancio mobile ML-2) affidando ai lanciatori commerciali i voli del programma Artemis previsti per il Blocco 1B. Ma il Senato si oppone a questa decisione e ripristina i fondi dedicati all'Eus nel bilancio 2020. La Casa Bianca propone di nuovo un budget 2021 che cancella l'EUS.

Mettere in discussione il launcher SLS

Quando il Congresso degli Stati Uniti ha preso la decisione nel 2010 di lanciare lo sviluppo del gigantesco razzo SLS, la fornitura di lanciatori commerciali era ancora agli inizi. La società SpaceX ha appena compiuto con successo il primo volo del suo razzo Falcon 9 dopo i disastrosi inizi del suo lanciatore leggero Falcon 1 . La fiducia che si poteva riporre nelle società private al servizio della Stazione Spaziale Internazionale è stata oggetto di intenso dibattito tra il personale politico interessato. Nel 2018 la situazione è cambiata. Le compagnie private hanno ampiamente dimostrato il loro valore e SpaceX fornisce un lanciatore pesante, il Falcon Heavy (60 tonnellate in orbita bassa per la versione non riutilizzabile), per un prezzo non commisurato a quello della SLS (circa 100 milioni di dollari USA contro circa $ 1 miliardo). La NASA ora difende il progetto SLS evidenziando la sua capacità significativamente maggiore di quella dei lanciatori esistenti che secondo l'agenzia spaziale è necessaria per i progetti lunari e marziani. Questo argomento è fondamentalmente discutibile. Il mantenimento della SLS è in gran parte legato al mantenimento di diverse migliaia di posti di lavoro soprattutto negli Stati Uniti meridionali negli stati di Alabama , Mississippi , Louisiana e Florida .

A causa di ritardi significativi e superamenti del budget, nonché del costo operativo previsto non competitivo con alternative disponibili o previste nel mercato dei lanciatori, il 13 marzo 2019, Jim Bridenstine annuncia al Comitato del Senato degli Stati Uniti per il commercio, la scienza e i trasporti che la NASA sta ora valutando l'uso di lanciatori commerciali per il lancio della capsula Orion e per la costruzione del gateway della piattaforma orbitale lunare . Nelmarzo 2020Il presidente Donald Trump propone una riduzione del budget complessivo della NASA 2020 del 2%, ovvero 2,1 miliardi di dollari. Il piano prevede l'annullamento dello sviluppo delle versioni più potenti dell'SLS (Blocco 1B e 2) riducendo l'interesse per un ulteriore sviluppo dell'SLS. Ma il Congresso americano si oppone a questo progetto e decide al contrario di aumentare il budget della Nasa a 22,616 miliardi di dollari, con un incremento di 1,6 miliardi rispetto al 2019. La linea di budget dedicata al progetto SLS è aumentata di 651 milioni di dollari.

Adeguamento delle strutture di lancio

Per lanciare il razzo SLS, la NASA sta adattando le strutture del Launch Complex 39 al Kennedy Space Center ( Florida ) che erano state precedentemente utilizzate dallo Space Shuttle statunitense . Il lanciatore gigante deve essere montato nel grande edificio del VAB su una piattaforma di lancio mobile che deve poi essere trasportato dal crawler di lancio pad 39B. Tutta questa attrezzatura deve essere modificata per tenere conto delle caratteristiche specifiche dell'SLS.

Dopo il lancio del progetto SLS, la NASA ha deciso di adattare la piattaforma di lancio mobile ML-1 che era già stata modificata per il lanciatore Ares 1 . Questa decisione è stata presa dopo aver valutato altre due opzioni: la costruzione di una rampa di lancio completamente nuova e l'adattamento di una piattaforma che rimanesse allo standard dello space shuttle americano. I lavori sono iniziati nel 2011. Le caratteristiche molto diverse dell'Ares I e dell'SLS Bloc 1 richiedono numerose modifiche, in particolare i bracci mobili della torre ombelicale e le aperture della piattaforma che consentono la fuoriuscita dei gas dei motori. Il costo stimato nel 2014 a circa US $ 385 milioni supera in definitiva i US $ 693 milioni e la consegna è in ritardo di tre anni a causa di errori di progettazione e cattiva gestione dei subappaltatori. Queste modifiche, che termineranno nel 2020, consentono solo il lancio della versione Block 1 di SLS. La versione Block 1B del lanciatore superiore richiede ulteriori adattamenti. Sono necessari 33 mesi per aggiornare la piattaforma dal Blocco 1 standard al Blocco 1B. Per non introdurre nuovi vincoli nel programma di lancio, la NASA ha deciso nel 2018 di adattare una seconda piattaforma di lancio mobile ereditata dai tempi dello space shuttle (ML-2) al lanciatore SLS Block 1B. Il costo del lavoro, che inizia nelgiugno 2020, ha un valore di 540 milioni di dollari USA.

Produzione e assemblaggio della prima copia del lanciatore

I propulsori del primo SLS arrivano in treno alla stazione di Titusville e vengono trasferiti al Kennedy Space Center mi Centergiugno 2020. I segmenti posteriori sono assemblati nell'edificio RPSF ( Rotation, Processing and Surge Facility ) con la loro gonna e ugello . Devono essere trasferiti al VAB e assemblati con il primo stadio sulla rampa di lancio mobile n. 1 modificata per il nuovo lanciatore. La prima fase, dopo aver subito vari test per accertare la robustezza della struttura, viene installata sul banco prova B-2 del centro spaziale Stennis per un test funzionale previsto il16 gennaio 2021. Il programma iniziale consiste nel verificare il funzionamento simultaneo dei motori per 8 minuti, corrispondenti al loro tempo di attività per portare il razzo nello spazio, ma il test effettuato poco dopo poco più di un minuto di funzionamento e questo prima di aver potuto verificare il funzionamento dei motori quando descrivono un movimento circolare, destinato ad orientare il razzo sulla traiettoria prevista

Le diverse configurazioni

Sono state studiate quattro versioni del lanciatore, tre delle quali sono state mantenute: Blocco 0 (cancellato) quindi Blocchi I, IB e II. Le tre versioni selezionate hanno due stadi criogenici (ossigeno/idrogeno) e due propulsori di riserva a propellente solido . Nel 2020 è in sviluppo solo la versione blocco I:

Per ognuna di queste tre versioni inizialmente progettate per il varo della nave Orion, è prevista una versione cargo con una capacità leggermente superiore.

Utilizzo

Missione con equipaggio

L'SLS è stato inizialmente progettato per posizionare la nuova navicella spaziale Orion , senza equipaggio a bordo, su un percorso che le consenta di raggiungere la luna. Questo dovrebbe essere l'obiettivo del suo primo volo Artemis 1 nel 2022. Questo veicolo spaziale dovrebbe consentire missioni con equipaggio sulla Luna, asteroidi e alla fine dovrà lanciare i vari moduli che consentiranno una missione con equipaggio sul suolo marziano .

Versione cargo

Il lanciatore SLS potrebbe essere utilizzato anche per lanciare pesanti missioni di esplorazione del sistema solare, in particolare missioni sui pianeti esterni che, con i lanciatori esistenti, richiedono numerose manovre di assistenza gravitazionale che allungano di conseguenza il tempo di transito. Il suo utilizzo è fortemente considerato per la missione Europa Clipper , una sonda spaziale da 6 tonnellate diretta al satellite Europa di Giove . L'utilizzo di SLS consente di adottare una traiettoria diretta e quindi di accorciare di 3 anni la durata del transito verso l'Europa. Tuttavia, questa scelta è accompagnata da un significativo costo aggiuntivo. Mentre il lancio da parte di un razzo commerciale ( Delta IV Heavy o Falcon Heavy costerebbe al massimo 500 milioni di dollari USA, l'utilizzo del razzo SLS è stimato a 876 milioni di dollari dai funzionari della NASA o a 2 miliardi di dollari dai rappresentanti della White House che includono i costi fissi indotti dalla necessità per Boeing di ridimensionare le sue strutture per produrre il razzo per un volo previsto per il 2023/2024. Tuttavia, questa scelta è spinta dal Congresso americano senza che gli scienziati e gli ingegneri della NASA siano consultati .

Capacità del lanciatore (tonnellate) a seconda della destinazione del carico utile
Destinazione C3 Blocco 1 Blocco 1B Blocco 2
Orbita terrestre bassa 70 tonnellate 97,5 tonnellate 130 tonnellate
Iniezione sulla traiettoria lunare -2 25,3 tonnellate 37,8 tonnellate 50 t.
Iniezione sulla traiettoria marziana 11 19,5 tonnellate 33 tonnellate 45 tonnellate
Europa , luna di Giove (con assistenza gravitazionale) 28,9 12,9 tonnellate 25,1 tonnellate
Europa, luna di Giove (traiettoria diretta) 85,4 4,38 tonnellate 8,92 tonnellate
Saturno / Encelade / Titano 106 2,72 tonnellate 5,12 tonnellate
Urano 135,5 1,01 tonnellate 1,48 tonnellate

Caratteristiche tecniche della versione Blocco 1 dell'SLS

La versione Bloc I del lanciatore SLS, che è l'unica sviluppata nel 2020, comprende un primo stadio criogenico alimentato da quattro motori RS-25D/E derivati ​​dai motori SSME dello shuttle (RS-24) e che bruciano un idrogeno / miscela di ossigeno, due booster a propellente solido che forniscono il 75% della spinta al decollo e un secondo stadio ICPS anch'esso criogenico, che è alimentato da un motore RL10 B2. Questa versione della SLS ha un peso al decollo di 2.628 tonnellate ed è alta 97,84 metri. Il decollo di spinta di 39.098  kN (circa 3979 tonnellate. Il lanciatore può essere posizionato su un'orbita bassa di 241 km 110x un carico utile di 81 tonnellate e un'orbita di 200 km x 1806 km 61,7 tonnellate.

Primo piano

Il primo stadio ( Core stage ) deriva dal serbatoio esterno dello space shuttle americano . Ha una lunghezza di 61 metri per un diametro di 8,4 metri. La sua massa a vuoto è di 85,4 tonnellate e con il serbatoio del carburante 979,5 tonnellate. I due serbatoi al piano superiore possono contenere 2.763  m 3 di idrogeno e ossigeno liquido. Questo stadio comprende cinque sottoinsiemi: dal basso verso l'alto la sezione su cui sono fissati i motori a razzo che contiene anche parte dell'avionica dello stadio e funge da punto di attacco inferiore per i propulsori booster, il serbatoio dell'idrogeno lungo 40 metri e con un volume di 2.032  m 3 , un anello inter-tank con anche l'avionica e il punto di attacco superiore per i propulsori booster, la bombola di ossigeno di 742  m 3 e infine il piazzale anteriore in cui si trovano anche parte dell'avionica e dei computer di volo . Il corpo centrale è costruito da Boeing.

Il palco è alimentato da quattro motori RS-25E ("E" per "  Expendable  ", che significa "usa e getta"). Questi motori sono forniti dalla società Aerojet Rocketdyne L' RS-25 D/E è una versione modernizzata dei motori SSME della navetta spaziale americana . Il motore è particolarmente efficiente perché brucia una miscela di ossigeno e idrogeno liquido e utilizza un ciclo di combustione a fasi. Rispetto alla versione utilizzata dallo space shuttle, ha un nuovo controller, un migliore isolamento dell'ugello e un aumento della spinta che raggiunge il 109% della spinta nominale contro il 104,5% precedente. La spinta è di 1.859  kN a livello del mare di 2.227  kN nel vuoto, rispettivamente 190 tonnellate e 232 tonnellate. A differenza di quelli della navetta spaziale, non sono riutilizzabili, il che ha permesso di ridurne il peso e ridurne i costi. Il suo impulso specifico , meno efficiente rispetto alla versione originale, è di 366 secondi a livello del mare e 452 secondi nel vuoto. Ogni motore ha una massa di 3527 kg, è alto 4,27 metri e ha un diametro di 2,44 metri. L' ugello ha un rapporto di area di 69 che è tipico dei motori a razzo richiesti per operare a basse altitudini. I lanciatori SLS utilizzeranno 16 motori modernizzati del programma dello space shuttle. La linea di produzione è stata rilanciata, nell'ambito di un contratto da 1,79 miliardi di dollari USA firmato nelmaggio 2020, per produrre 18 motori che dovrebbero costare il 30% in meno di fabbricazione e che dovrebbero essere leggermente più potenti.

Il primo stadio è costruito da Boeing nel centro di montaggio di Michoud e utilizza il colore arancione del serbatoio esterno dello space shuttle americano (questo è il colore della schiuma isolante, l'assenza di vernice consente alla NASA di ridurre il peso del pavimento e risparmiare soldi). Questa fase è comune alle diverse versioni dell'SLS.

Propulsori booster

Il lanciatore utilizza due booster con RSRMV a propellente solido che forniscono l'80% della spinta totale al decollo. Questi propulsori sono derivati dai booster a polvere dell'American Space Shuttle (SRB). Tuttavia, sono più lunghi (la spinta è maggiore del 20%) grazie all'aggiunta di un segmento. Le altre modifiche riguardano la rimozione del sistema di recupero (rimozione del paracadute situato nel punto anteriore), l'allargamento dell'ugello, il miglioramento del sistema idraulico di inclinazione dell'ugello e la modifica del punto di attacco inferiore. il corpo del lanciatore. La maggior parte di queste modifiche sono state attuate per lo sviluppo della Ares V lanciatore . Ogni propulsore ha una lunghezza di 53 metri per un diametro di 3,71 metri. La sua massa di lancio è di 733,1 tonnellate per una massa a vuoto di 85,4 tonnellate. La spinta al decollo è di 16.013  kN a terra, che per i due propulsori rappresenta una spinta totale di 2.622 tonnellate. Il tempo di combustione di 126 secondi. Ogni booster è composto da cinque segmenti di cui tre centrali, il segmento superiore di forma aerodinamica in cui è alloggiato il sistema di sparo. e sistemi elettronici e un segmento inferiore che comprende l'ugello che può essere inclinato di 5 gradi grazie a cilindri idraulici. Questi sono basati su una gonna che estende il propulsore del booster. Il propellente del booster è costituito da un involucro in acciaio in cui è stato versato un blocco di polvere (una miscela costituita principalmente da alluminio e ossidante) il cui asse centrale è scavato. L'accensione è innescata da un piccolo blocco di propellente solido, a sua volta acceso da una carica pirotecnica, che produce una lunga fiamma. Ciò innesca la combustione del blocco di polvere attraverso l'orifizio centrale. A differenza di un motore a propellente liquido, la spinta di un motore a propellente solido non può essere modulata riducendo direttamente la quantità di propellente bruciato. Ciò si ottiene comunque conferendo una particolare geometria all'orifizio centrale. La spinta massima è necessaria per il decollo ma deve essere ridotta successivamente in modo che l'accelerazione non diventi troppo forte quando il razzo viene alleggerito. Per ottenere ciò l'orifizio centrale del blocco polvere dei due segmenti terminali ha una sezione a stella: l'area di combustione all'inizio è molto maggiore che nei segmenti centrali rispetto all'orifizio cilindrico ma diminuisce rapidamente. I booster booster del lanciatore SLS sono prodotti da Northrop Grumman nel suo stabilimento a nord di Salt Lake City nello Utah e poi trasportati su rotaia al Kennedy Space Center in Florida per essere assemblati lì e poi con il lanciatore. . Si prevedeva di sostituirli con propellenti booster con propellenti liquidi, al fine di migliorare la spinta prodotta.

Secondo piano

La versione Bloc 1 utilizza lo stadio ICPS ( Interim Cryogenic Propulsion Stage in francese "Provisional Cryogenic Propulsion Stage "), derivato dal secondo stadio del lanciatore Delta IV . Lungo 13,70 metri e diametro 5,10 metri, l'IPCS ha una massa a vuoto di 4 tonnellate e 32 tonnellate una volta caricati i propellenti. È alimentato da un motore a razzo propellente liquido RL-10B2 singolo da 110  kN di spinta sviluppato dalla società Aerojet e che brucia una miscela di idrogeno liquido e ossigeno liquido.

Una struttura conica l'LVSA ( Launch Vehicle Stage Adapter ) collega il primo stadio all'IPCS. Questa struttura vuota circonda praticamente l'intero secondo stadio, compreso il lungo ugello del motore a razzo RL-10. Parte dell'avionica del primo stadio è fissata lì sulla sua parete interna. Alta 9 metri per un diametro massimo di 9 metri, la LVSA è costituita da pannelli di alluminio saldati tra loro incorniciati da due anelli dello stesso materiale. Come il primo stadio, la struttura è ricoperta esternamente da uno strato di isolamento termico arancione che la protegge dal riscaldamento derivante dall'attrito dell'atmosfera che il razzo attraversa ad alta velocità. Durante la separazione del secondo e del primo stadio, questa struttura rimane solidale con quest'ultimo e viene quindi svincolata.

Carico utile

Il lanciatore SLS è stato inizialmente progettato per lanciare il pesante veicolo spaziale Orion che deve trasportare equipaggi su una traiettoria lunare o addirittura interplanetaria. L'astronave vera e propria viene lanciata con un adattatore e dei pannelli che fanno da raccordo con il secondo stadio del razzo e una torre di salvataggio che lo ricopre e che si occupa di strappare la capsula dal lanciatore per preservare l'equipaggio in caso di incidente. guasto del razzo durante i primi minuti di volo. L'assemblaggio ha una massa di 33,5 tonnellate di cui 24 tonnellate per la nave, 7,4 tonnellate per la torre di salvataggio e 1,8 tonnellate per l'adattatore e i pannelli.

La torre di salvataggio è un'attrezzatura con caratteristiche ben controllate poiché è stata utilizzata dalle navi Mercury e Apollo ed è ancora utilizzata sulle navi russe Soyuz. La torre di salvataggio della navicella spaziale Orion è stata sviluppata e messa a punto come la navicella spaziale Orion nell'ambito del programma Constellation . Prende la forma di un lungo cilindro attaccato da una gonna alla parte superiore della capsula di Orione. Questo cilindro ospita un sistema di propulsione a propellente solido responsabile di strappare la capsula dal lanciatore e rimuoverla in caso di guasto. Viene esercitata una spinta di 180 tonnellate per tre secondi che allontana la navicella spaziale Orion dal razzo alla velocità di 800 km/h imponendo un'accelerazione massima di circa 11 g . L'insieme formato dalla capsula e dalla torre di soccorso è instabile e durante il funzionamento del sistema di propulsione vengono costantemente utilizzati otto piccoli generatori di gas per mantenerne l'orientamento. Il dispositivo è progettato per poter essere utilizzato mentre il razzo è ancora a terra: la torre di soccorso solleva la capsula di più di 2 chilometri prima che cada, dando il tempo ai paracadute di dispiegarsi e consentendo un atterraggio morbido.

Strutture di lancio

La SLS lanciatore è a decollare dal lancio pad 39B, una volta utilizzata dalla navetta spaziale degli Stati Uniti . Questa è una delle due piattaforme di lancio al Launch Complex 39 situato al Kennedy Space Center in Florida . Il razzo viene assemblato nell'edificio VAB sulla sua piattaforma di lancio mobile e quindi trasportato alla piattaforma di lancio dal cingolato.

Sequenza di lancio

I serbatoi di idrogeno e ossigeno del primo stadio e dello stadio IPCS vengono riempiti diverse ore prima del decollo. I due propellenti vengono trasferiti da serbatoi sferici posti sul bordo della rampa di lancio (a nord-ovest per l'ossigeno, a nord-est per l'idrogeno). I tubi che alimentano il lanciatore, si collegano alla base del razzo per il riempimento del primo stadio tramite i TSMU ( Tail Service Mast Umbelicals ) e passano attraverso uno dei bracci della torre ombelicale per lo stadio IPCS. I sensori all'interno dei serbatoi del razzo consentono di determinare il livello di riempimento e di adattare la velocità di avanzamento.

Circa sei secondi prima del lancio, un sistema di lancio a diluvio d'acqua per ridurre le vibrazioni e proteggere dal calore alcune attrezzature. Diversi HBOI ( Hydrogen Burn-Off Igniters ) posti vicino all'uscita degli ugelli del primo stadio generano scintille destinate a bruciare l'idrogeno in eccesso che fuoriesce dai motori a razzo del primo stadio. Questi vengono accesi per primi. Una volta che i computer hanno verificato di aver raggiunto la loro potenza nominale, i propulsori del booster vengono a loro volta accesi (una volta accesi non possono essere fermati). Al decollo, forniscono il 75% della spinta.

Missioni programmate

Il lanciatore SLS svolge un ruolo chiave nella realizzazione del programma di esplorazione lunare con equipaggio Artemis .

Volo n° Datato Versione Sito di lancio Carico utile Orbita Stato
1 2021 Blocco 1 equipaggio Kennedy Space Center , LC-39B Artemide I Iniezione translunare pianificato
2 2023 Blocco 1 equipaggio Kennedy Space Center , LC-39B Artemide II Iniezione translunare pianificato
3 2024 Blocco 1 equipaggio Kennedy Space Center , LC-39B Artemide III Iniezione translunare pianificato

Confronto con altri lanciatori pesanti/super pesanti esistenti o in fase di sviluppo

Caratteristiche e prestazioni dei lanciatori pesanti sviluppati nel decennio 2020
Carico utile
lanciatore Primo volo Massa Altezza Spinta Orbita bassa Orbita GTO Un'altra caratteristica
Blocco SLS I 2021 2.660  t 98  m 39 840  kN 70  t
Blocco SLS IB 2025? 2.948  t 119  m 39 840  kN 97,5  t
Falcon Heavy (senza recupero) 2018 1.421  t 70  m 22 819  kN 64  t 27  t Primo stadio riutilizzabile
Nuovo Glenn 2022 1.410  t 82,3  m 16.800  kN 45  t 13  t Primo stadio riutilizzabile
Vulcano (441) 2021 566  t 57,2  m 10.500  kN 27,5  t 13,3  t
Arianna 6 (64) 2022 860  t 63  m 10.775  kN 21,6  t 11,5  t
H3 (24L) 2021 609  t 63  m 9.683  kN 6,5  t
OmegaA (pesante) 2021 (annullato) 440  t 50  m 10.1  t Progetto abbandonato.
Falcon 9 (blocco 5 senza recupero) 2018 549  t 70  m 7.607  kN 22,8  t 8,3  t Primo stadio riutilizzabile
Lungo cammino 5 2016 867  t 57  m 10.460  kN 23  t 13  t
Astronave (SpaceX) 2021 4.500  t 120  m 72.000  kN 100+  t 21  t Completamente riutilizzabile

Caratteristiche tecniche delle altre versioni

Blocco IB

La versione più potente del blocco IB dovrebbe fare il suo primo volo intorno al 2025 se viene finanziata, cosa che non avveniva nel 2020. Questa versione è caratterizzata da un secondo stadio Exploration Upper Stage (EUS) completamente nuovo. che equipaggia anche il blocco 2 dell'SLS. Questo stadio è alimentato da 4 RL-10C3 . Questa versione del motore si differenzia dalla precedente a livello della parte inferiore dell'ugello che prolunga la parte superiore solidale alla camera di combustione. Sulla versione C3, questa parte inferiore è composta da due parti in composito di carbonio ed è fissa, mentre sulla versione B2 è composta da tre parti e viene dispiegata in orbita dopo la separazione del primo stadio dal lanciatore. La parte superiore dell'ugello C3 è raffreddata da propellenti circolanti mentre la parte inferiore utilizza il raffreddamento radiativo.

Blocco 2

La versione Bloc 2 in grado di posizionare 130 tonnellate in orbita bassa si differenzia dal blocco IB per i suoi propulsori booster. Questi sarebbero o propulsori a propellente solido che utilizzano un guscio in composito di carbonio molto più leggero dell'acciaio utilizzato fino ad allora o motori a propellente liquido molto più efficienti. Questa versione richiesta da senatori e rappresentanti al lancio del progetto non è finanziata e il primo volo non dovrebbe avvenire prima del 2030.

Note e riferimenti

Appunti

  1. L'adattamento della piattaforma ML-1, interrotto dall'interruzione del programma Constellation, era costato US $ 234 milioni portando il costo totale del lavoro di adattamento di questa apparecchiatura per soddisfare successivamente le esigenze di Ares 1 e SLS a quasi US $ 1 miliardo.

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Bibliografia

Vedi anche

Articoli Correlati

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