Finisce l'incubo di Nauka

 Il 21 luglio, alle 14:58:25 UTC (le 16:58 italiane), un razzo Proton-M è stato lanciato dal cosmodromo di Baikonur per portare in orbita il primo modulo russo della ISS in 11 anni. Il momento ha segnato un'importante pietra miliare per Roscosmos, che originariamente aveva previsto il lancio del modulo nel 2007. Dopo il lancio e l'inserimento in orbita, il modulo, MLM-U Nauka, sta ora effettuando una fase di volo della durata di otto giorni verso la ISS per un attracco automatizzato previsto il 29 luglio al porto di attracco nadir del modulo di servizio Zvezda, un porto attualmente occupato dal modulo Pirs.

 All'arrivo, Nauka diventerà il terzo modulo più grande del segmento russo della ISS e aggiungerà 70 metri cubi di spazio al volume interno della Stazione, un terzo posto letto lato russo, una toilette aggiuntiva, nonché una nuova rigenerazione dell'acqua e sistemi di produzione di ossigeno — aumentando alcuni dei sistemi originali di Zvezda che mostrano i loro 22 anni di utilizzo. Il compito principale del modulo Nauka sarà condurre esperimenti scientifici. Il vano pressurizzato del modulo contiene 21 postazioni di lavoro universali (URM), di cui quattro postazioni con ripiani scorrevoli, un vano portaoggetti, un telaio con pedana anti-vibrante rotante automatica, e un oblò del diametro di 426 mm per ispezione visiva ed osservazioni strumentali. Anche l'attrezzatura per consentire una più facile sostituzione dei vecchi esperimenti con quelli nuovi è incorporata nel design interno di Nauka e si basa sulle lezioni apprese dai primi anni del programma ISS. Ulteriori 16 URM si trovano sulle superfici esterne del modulo, che dispone anche una camera di equilibrio ed il braccio robotico manipolatore europeo, ERA, che consentirà operazioni con esperimenti nel vuoto dello spazio senza eseguire attività extra-veicolari da parte degli astronauti. Il nome completo del nuovo modulo, MLM-U "Nauka" (che significa "scienza"), sta per "Modulo di laboratorio multifunzionale Nauka, migliorato". Tuttavia, viene anche chiamato in qualche modo affettuosamente il "modulo a lungo sofferto" a causa dei suoi numerosi usi e delle modifiche alla data di lancio.

Nella foto il controllo del modulo Nauka nel 2020. Crediti: Katya Pavluschenko

 Inizialmente, Nauka era stato costruito come riserva per FGB Zarya, il primo modulo della ISS. La costruzione iniziò nel 1995, con un progetto basato sullo scafo della nave cargo sovietica TKS, a sua volta parte del programma militare Almaz che includeva stazioni orbitali, una nave cargo di rifornimento e navi con equipaggio con moduli di discesa riutilizzabili. Nauka è infatti l'ultima parte attiva e sopravvissuta del programma Almaz, esclusi gli scafi e le navi che sono state vendute alla società Excalibur-Almaz e ai musei per l'esposizione. L'uso originale di Nauka come Zarya di riserva derivava dalla natura critica del modulo Zarya per il design generale della ISS; dato che un fallimento del lancio avrebbe riportato indietro il programma ISS di anni, Nauka venne costruita come "sostituzione rapida" di Zarya nel caso in cui il modulo originale fosse andato perso in un fallimento del lancio. Zarya è stato lanciato con successo su un razzo Proton-K dal cosmodromo di Baikonur il 20 novembre 1998 ed è stato afferrato dal braccio robotico dello Shuttle Endeavour, o Canadarm, il 6 dicembre e agganciato manualmente al modulo Unity. A questo punto, Nauka, o FGB-2, come veniva chiamato originariamente, era già completo all'80% e ora non era più necessario per il suo ruolo di supporto principale. Lo stesso anno del lancio di Zarya, il Centro Khrunichev propose di creare un modulo scientifico per il segmento statunitense della Stazione basato su FGB-2 per sostituire Destiny, la cui consegna da parte di Boeing era in ritardo. Mentre venne firmato un accordo di intenti, Destiny fu completato e inviato con successo in orbita nel 2001 mentre FGB-2 rimase sulla Terra. Non volendo scartare un modulo quasi completo, nel 2004, Roscosmos decise di creare un modulo laboratorio basato su di esso per il segmento russo della ISS. Per fare ciò, l'FGB-2 doveva essere completamente ri-attrezzato: tutti i sistemi che sarebbero stati necessari come backup Zarya ma che non erano più necessari per il suo utilizzo come modulo scientifico vennero rimossi per fare spazio alle apparecchiature scientifiche. Allo stesso tempo, Roscosmos aveva collaborato con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) per installare un braccio robotico europeo di 11 metri, l'ERA, sul nuovo modulo. Il braccio europeo sarà in grado di aiutare i cosmonauti ad accedere alle posizioni sulla Stazione durante le passeggiate spaziali e a rimuovere e installare apparecchiature posizionate sulla superficie esterna della ISS. Si prevedeva che il processo di ri-equipaggiamento dell'FGB-2 avrebbe richiesto tre anni, con conseguente lancio nel 2007. Il modulo venne formalmente rinominato in quel momento MLM Nauka. Tuttavia, come spesso accade nel settore spaziale, le scadenze proposte si sono rivelate troppo ottimistiche. Entro il 2006, due anni dopo il refit, il lancio venne posticipato al 2009 e poi di nuovo al 2012.

Nella foto il modulo Nauka poco prima di essere incapsulato nell'ogiva protettiva del vettore Proton. Crediti: Roscosmos

 Nel dicembre 2012, con l'aggiunta di un altro ritardo di lancio, il modulo venne finalmente spostato dal Khrunichev Center, dove è stato costruito, a RSC Energia per test. Nel giugno 2013, gli specialisti di RSC Energia scoprirono che nel modulo era stato riscontrato un gran numero di difetti. In particolare, vennero scoperti trucioli metallici contaminanti le linee del carburante, che fecero slittare la data di lancio al 2014 e il modulo stesso venne restituito al Centro Khrunichev per la pulizia delle tubazioni. Le procedure e la burocrazia hanno richiesto diversi mesi, inclusa una leggera ri-denominazione del modulo. Secondo i documenti, poiché il modulo era già stato prodotto e interamente pagato, era legalmente necessario chiamare la sua riparazione un "aggiornamento". Da quel momento, nel nome del modulo è apparsa la lettera "U", che significa "migliorato". Alla fine del 2013, il modulo venne finalmente riportato al Khrunichev Center e venne fissata una nuova data di lancio per il 2016. Tuttavia, il check-out di tutti i sistemi ha richiesto tre anni, a causa della mancanza di fondi, rendendo necessario un altro slittamento alla data di lancio. Nell'aprile 2017, gli specialisti del Centro Khrunichev annunciarono che gli stessi trucioli metallici, precedentemente trovati nelle tubazioni del carburante, erano stati scoperti anche nei serbatoi di propellente del modulo. Questa affermazione, combinata con un altro rinvio a lungo termine del lancio, ha portato molti esperti a chiedersi se Nauka sarebbe mai volato in orbita. I serbatoi di propellente per Nauka sono stati realizzati negli anni '90, su attrezzature che non esistevano più nel 2017, in una fabbrica che era già stata demolita utilizzando una tecnologia di cui i disegni tecnici erano ormai l'unica testimonianza rimastai. I serbatoi di propellente ricaricabili a soffietto del modulo sono serbatoi da 400 litri installati sulla superficie esterna dell'alloggiamento del modulo. Questi serbatoi sono alimentati con dimetilidrazina asimmetrica e tetrossido di azoto. Da loro, il carburante viaggia verso i motori di manovra orbitali, necessari per la correzione dell'orbita e le manovre di rendez-vous. I serbatoi possono essere riforniti in orbita dalle navi cargo Progress. I responsabili russi erano preoccupati che i trucioli metallici potessero viaggiare nei motori e contaminarli, impedendo al modulo di attraccare con l'ISS e bruciare invece negli strati densi dell'atmosfera. All'inizio, gli ingegneri vollero lavare i serbatoi sotto pressione, ma questa procedura non ebbe successo. Successivamente, il taglio, il lavaggio e la risaldatura dei serbatoi vennero testati su un modello del modulo, ma venne riscontrato che dopo tale procedura non sarebbe stato possibile ripristinare le condizioni e la resistenza dei serbatoi. Ulteriori idee vennero prese in considerazione per sostituire i serbatoi di propellente esistenti con quelli realizzati per il Science and Power Module (NEM).

Nell'illustrazione la disposizione interna del modulo Nauka tratta da un documento ufficiale della Roscosmos. Crediti: Roscosmos

 Quest'idea venne rifiutata perché i serbatoi di NEM hanno un diametro diverso ed avrebbe richiesto una ri-progettazione del modulo e della carenatura per Nauka. Un'altra ipotesi era quella di sostituire i serbatoi di propellente di Nauka con quelli di uno stadio superiore Fregat. Una serie di serbatoi sferici Fregat sarebbero stati inseriti nelle attuali dimensioni del modulo, ma non sarebbero stati rifornibili e avrebbero richiesto un miglioramento significativo dell'intero sistema propellente del modulo. La possibilità di produrre nuovi serbatoi di propellente utilizzando la vecchia tecnologia non venne nemmeno considerata a causa della mancanza di attrezzature per la loro produzione. Di conseguenza, fu deciso che Nauka avrebbe volato con i suoi normali serbatoi di propellente, che ora sarebbero stati usati solo una volta. Allo stesso tempo, numerosi esperti dell'industria spaziale indicarono che la contaminazione con trucioli metallici, di dimensioni di 100 micron, non poteva influenzare i motori del modulo e che, dati i progetti simili, è possibile che una contaminazione simile esistesse anche nei serbatoi di Zarya e nel serbatoi dei moduli della stazione Mir ma che, con i vecchi metodi di controllo qualità, non si riuscì a rilevare i trucioli. Alcuni esperti hanno anche notato che i trucioli metallici sono una conseguenza del disegno stesso dei serbatoi e si formano ad ogni movimento del soffietto; quindi semplicemente costruirne di nuovi non avrebbe risolto il problema. Tuttavia, nel corso dei tre anni successivi, tutte le condutture e le valvole originali sono state smantellate e sostituite con nuove. All'inizio del 2020, gli specialisti hanno iniziato una nuova campagna di test del modulo Nauka e venne fissata una nuova data di lancio: maggio 2021. I test sono durati leggermente più del previsto, e la nuova data di lancio ufficiale è stata fissata per il 15 luglio 2021. Ma le avventure del modulo "multi-sofferenza" non sono finite qui. All'inizio di luglio 2021, quando l'ogiva protettiva era già stata installata sul modulo per il lancio, Nauka è stata improvvisamente restituita all'edificio di montaggio. Secondo la versione ufficiale, erano state riscontrate carenze, ma inizialmente non sono state fornite ulteriori informazioni. Il portale RussianSpaceWeb ha pubblicato un rapporto in cui si afferma che gli addetti all'assemblaggio finale hanno dimenticato di installare le coperture di isolamento termico sottovuoto sull'inseguitore stellare e sui sensori a infrarossi. Questo problema è passato inosservato da Roscosmos e apparentemente è stato individuato solo dagli appassionati di voli spaziali dalle immagini pubblicate dall'agenzia spaziale russa. Il modulo è stato restituito all'edificio di assemblaggio e la data di lancio è stata nuovamente posticipata al 21 luglio 2021.

Nella foto il vettore Proton-M con il modulo Nauka si innalza nel cielo del Kazakistan. Crediti: Roscosmos

 Ma veniamo finalmente al lancio. Con una massa di 20.350 kg, Nauka era vicino al limite superiore di ciò che il razzo Proton-M poteva fornire all'orbita terrestre bassa (LEO). Con una capacità di sollevamento di 23.000 kg fino a LEO, il Proton-M è decollato dal sito n. 200/39 presso il cosmodromo di Baikonur, lanciandosi su una traiettoria per raggiungere un'orbita inclinata di 51,6 gradi sull'equatore. Il Proton-M per questa missione ha volato nella sua configurazione a tre stadi, con tutti gli stadi che bruciavano il tetrossido di azoto altamente tossico e la miscela asimmetrica di dimetilidrazina. Il primo stadio utilizza sei motori RD-275M disposti intorno alla circonferenza dei serbatoi del primo stadio. Il secondo stadio si accende mentre il primo stadio è ancora attaccato e sta funzionando. La separazione delle ogive protettive del carico utile è avvenuta a un'altitudine di 138 km subito dopo la separazione del terzo stadio e l'accensione 330 secondi dopo l'inizio del volo. Il terzo stadio, 8S812, ha quindi completato la sequenza di lancio, posizionando Nauka in un'orbita di 190 x 350,1 km nel piano della Stazione Spaziale Internazionale dopo un'ascesa di 580 secondi. Una volta in orbita, Nauka ha dispiegato i suoi pannelli solari e ha iniziato otto giorni di verifiche del sistema e varie accenzioni di rendez-vous per aumentare gradualmente la sua orbita fino all'altitudine di 415 km della Stazione. Se tutto va secondo i piani, Nauka attraccherà alla ISS - sotto l'occhio vigile del Controllo Missione di Mosca, e dell'equipaggio russo a bordo della Stazione - giovedì 29 luglio. Tuttavia, la destinazione di Nauka sulla Stazione è attualmente occupata dal compartimento di attracco Pirs, al quale è attraccato il veicolo Progress MS-16.

 Se Nauka verrà dichiarato "pronto" per l'arrivo alla ISS dopo il lancio riuscito e un controllo orbitale iniziale previsto il 21 e il 22 luglio, il veicolo Progress MS-16 rimuoverà il modulo Pirs dal porto di attracco nadir di Zvezda venerdì 23 luglio alle 13 :17 UTC (le 15:17 italiane) per fare spazio a Nauka. Pirs non sarà rimosso dalla Stazione fino a quando Nauka non riceverà l'autorizzazione post-lancio per procedere con la sua missione poiché Pirs è un porto di attracco e un modulo critico per la ISS finché Nauka non sarà pronto a prenderne il suo posto. Tuttavia, Pirs non verrà riportato sulla ISS, ma rimarrà invece agganciato al Progress MS-16 mentre il velivolo uscirà dall'orbita per un rientro distruttivo nell'atmosfera terrestre, rendendo Pirs il primo modulo ISS ad essere dismesso e rimosso dall'avamposto. Sei giorni dopo la partenza permanente di Pirs, Nauka è programmata per eseguire la sequenza di rendez-vous finale con la ISS e attraccare alla posizione nadir del modulo di servizio Zvezda il 29 luglio alle 13:25 UTC (le 15:15 italiane).

Insomma, manca ormai poco al termine di questa vera e propria odissea... avvenuta non nello spazio ma prima di raggiungerlo.

 Ore di apprensione poco dopo l'entrata in orbita e dopo il dispiegamento dei pannelli solari, infatti il controllo missione di Mosca ha riscontrato dei problemi con i propulsori del modulo. Questo ha portato i responsabili a posticipare il distacco del Progress MS-16 di un giorno per dare tempo ai tecnici di affrontare e risolvere il problema. Comunque, nelle ultime ore, sono state eseguite due accensioni dei motori, una prima di 17 secondi ed una seconda di 250, che hanno innalzato l'orbita del modulo a 230x364 km. Questo ha dimostrato che i motori di Nauka sono funzionanti e domani, 23 luglio, sono previste altre correzioni di rotta per andare incontro alla Stazione Spaziale. Intanto, a bordo della ISS l'equipaggio russo si è comunque esercitato nelle procedure di attracco manuale del modulo, in caso ci fossero problemi con quello automatico.