La United Launch Alliance (ULA) ha fatto la sua parte nel riportare gli Stati Uniti verso la Luna con il lancio del lander lunare Peregrine di Astrobotic piazzato sulla sommità al suo nuovissimo razzo Vulcan Centaur.
Cert-1, la prima missione in assoluto per il nuovo vettore Vulcan, è iniziata lunedì 8 gennaio 2024 alle 2:18 locali (le 7:18 UTC) all'apertura della finestra di lancio di 45 minuti. Vulcan è decollato dalla rampa Space Launch Complex (SLC) 41 presso la Space Force Station di Cape Canaveral in Florida.
Cert-1 era anche un passo storico nel riportare gli Stati Uniti sulla superficie lunare per la prima volta dal 1972. Il carico utile principale a bordo del razzo è infatti un lander lunare robotico finanziato privatamente, che è stato costruito dalla società con sede a Pittsburgh, la Astrobotic.
Il lander trasporta a bordo 20 carichi utili, cinque dei quali provengono dalla NASA come parte del suo programma CLPS (Commercial Lunar Payload Services). È un modo nuovo per l’agenzia di inviare strumenti scientifici e altri carichi sulla superficie lunare senza dover avere una missione dedicata.
Un rinvio di alcuni giorni
Pochi minuti dopo la separazione del lander Peregrine dallo stadio superiore Centaur 5, le squadre di volo con Astrobotic hanno confermato che stavano ricevendo dati di telemetria dal lander.
Si prevedeva che Vulcan volasse il 24 dicembre 2023 ma i problemi di routine con l'attrezzatura di terra costrinsero solo una prova parziale per la simulazione del giorno di lancio (Wet Dress Rehseal - WDR). Così saltando la data iniziale venne fissata una nuova data di lancio per l'8 gennaio 2024. Il Vulcan Centaur venne trasportato quindi per 500 metri fin sulla piattaforma di lancio venerdì 5 gennaio per quello che è stato l'ultimo rollout prima del lancio.
Panoramica sul Vulcan
Dopo quasi un decennio di sviluppo, il Vulcan Centaur ha lanciato due carichi utili utilizzando la variante VC2S. La variante VC2S rappresenta un Vulcan Centaur con due booster a propellente solido (SRB) e un'ogiva protettiva standard. Questa configurazione era destinata a portare Peregrine verso la superficie lunare e Enterprise Flight nello spazio profondo.
Nell'illustrazione una vista 'esplosa' del razzo Vulcan di ULA (in questo caso la versione più potente con sei booster solidi). Credito: ULA.
Vulcan è un razzo a due stadi che utilizza metano e ossigeno liquidi nel primo stadio e idrogeno e ossigeno liquido sul secondo, il Centuar V. Il primo stadio è dotato di due dei motori BE-4 di Blue Origin che sono in fase di sviluppo dal 2011. Questa è stata la prima missione in volo del BE-4 e sposterà ULA dalla dipendenza russa con i motori RD-180 sull'Atlas V a quella americana.
Attaccati al lato del primo stadio ci sono due motori SRB (Solid Rocket Booster) a grafite-epossidici (GEM) 63XL costruiti dalla Northrup Grumman. Questi sono gli SRB monolitici più lunghi mai volati finora e costituiscono un notevole aggiornamento rispetto agli SRB GEM 63 utilizzati sull'Atlas V.
Il secondo stadio utilizza due motori RL-10 costruiti da Aerojet Rocketdyne. Questi sono gli stessi motori dello stadio superiore utilizzati da Atlas V e hanno dimostrato di essere estremamente affidabili. L'ogiva protettiva standard da 15,5 metri di lunghezza protegge aerodinamicamente i carichi utili durante l'ascesa fino all'accensione del secondo stadio, quando si è aperta nelle due metà che sono ricadute in mare.
Vulcan è alto 61,6 metri e ha un diametro di 5,4 metri. Pesa 663 tonnelate a pieno carico sulla rampa di lancio e produrrà 8,9 meganewton di spinta al decollo. Questo volo di Vulcan si è diretto verso un'iniezione translunare (TLI) per portare il carico utile verso la Luna e poi passare a un'orbita eliocentrica. Ciò significa che con i due SRB Vulcan è in grado di trasportare fino a 6.300 chilogrammi sulla Luna.
Il profilo di volo
L'ULA ha avuto un conto alla rovescia apparentemente impeccabile nel corso di circa 10 ore senza il verificarsi di interruzioni o ritardi non pianificati. I motori BE-4 si sono accesi subito prima del decollo, a T-5 secondi, e Vulcan ha iniziato a guadagnare quota a T+1 secondo. Ha quindi iniziato la manovra di beccheggio/imbardata poco dopo aver superato la torre di lancio.
Nella foto i motori del razzo Vulcan di ULA al decollo. Notare la fiamma azzurra del metano dei BE-4 centrali. Credito: Northrop Grumman.
Vulcan ha raggiunto Mach 1, la velocità del suono, a T+1 minuto e nove secondi prima di raggiungere il MaxQ o il massimo stress aerodinamico che Vulcan doveva sopportare durante l'intero volo. Poi, circa 35 secondi dopo, gli SRB GEM 63XL si sono separati dal veicolo e rilasciati cadere verso il mare.
I motori BE-4 hanno continuato a bruciare fino allo spegnimento a T+ 4:59. Sei secondi dopo, la prima fase di volo è stata completata ed il primo stadio si è separatao dal secondo. Il Centaur V ha quindi avviato i suoi due motori RL-10 alle T+5:15. Una volta accesi i motori, le due semi-ogive protettive del carico utile si sono separate a T+5:23 rivelando Peregrine.
Il Centaur ha continuato la sua accensione iniziale per poco più di 10 minuti fino T+15:45. A questo punto, Vulcan è entrato in una fase di volo inerziale, che è durata fino a T+43 minuti e 35 secondi quando gli RL-10 si sono riaccesi per la correzione della rotta TLI (Trans Lunar Injection – Inserzione Trans Lunare).
A T+47:37 il secondo stadio si è spento ancora una volta e ha fluttuato per poco meno di tre minuti. Dopo questa fase costiera, il lander lunare Peregrine è stato posizionato su un'orbita altamente ellittica da dove è stato poi rilasciato per intercettare la Luna.
Vulcan ha segnato il suo posto nella storia come il primo razzo statunitense alimentato da una combinazione di metano e ossigeno liquido a raggiungere con successo la velocità orbitale e a rilasciare il suo carico utile come previsto.
Nell'illustrazione il profilo di volo della missione Cert-1 con il rilascio del lander lunare Peregrine di Astrobotic. Credito: NSF.
Dopo la separazione di Peregrine, Centaur si è riacceso un'ultima volta per 20 secondi a T+1 ora, 18 minuti e 24 secondi per posizionarsi su un'orbita eliocentrica. A bordo infatti si trova il carico utile "Enterprise Flight" del Celestis Memorial Spaceflight. Il “Volo Enterprise” ospita infatti a bordo le ceneri di diverse persone, tra cui il creatore di “Star Trek” Gene Rodenberry.
Peregrine nei guai
Se il razzo Vulcan ha funzionato perfettamente altrettanto non si può dire del carico utile. Infatti il lander lunare Peregrine di Astrobotic avrebbe dovuto tentare il primo allunaggio statunitense dalla fine del programma Apollo. Purtroppo, alcune ore dopo il rilascio dal razzo, mentre era in viaggio verso la Luna, gli ingegneri di Astrobotic hanno segnalato dei problemi con il sistema propulsivo del veicolo che, purtroppo dalle ultime notizie, pare rendere impossibile la discesa verso la Luna. I tecnici stanno comunque tentando di rendere operativi il maggior numero di esperimenti a bordo in modo da non sprecare il volo lunare.
Nel 2019, Astrobotic era stata selezionata dal Commercial Lunar Payload Services (CLPS) della NASA e le era stato assegnato un contratto da 79,5 milioni di dollari per costruire Peregrine e studiare la Luna prima della missione Artemis III, quando gli esseri umani ritorneranno sulla superficie selenica.
Nell'illustrazione artistica il lander Peregrine di Astrobotic sulla superficie lunare. Credito: Astrobotic Technology.
Se la missione avesse avuto successo Peregrine sarebbe atterrata nei pressi di Sinus Vicositatis il 23 febbraio 2024 e si prevedeva che avrebbe operato per otto giorni.
Un nuovo capitolo per ULA e Blue Origin
Con il lancio del primo razzo Vulcan ormai archiviato, ULA è un passo avanti verso un paio di punti chiave di transizione. Innanzitutto, il veicolo di lancio è ora sostanzialmente al 50% della capacità di supportare le missioni di sicurezza nazionale.
Infatti, uno dei requisiti per ottenere l'autorizzazione a lanciare missioni contrattate con National Security Space Launch (NSSL) è che Vulcan debba effettuare due missioni di certificazione consecutive e di successo.
La seconda e ultima missione di certificazione dovrebbe essere il lancio dello spazioplano robotico Dream Chaser di Sierra Space. Questo primo Dream Chaser, soprannominato “Tenacity”, è attualmente sottoposto a test e simulazioni presso il Neil Armstrong Test Facility della NASA in Ohio. ULA potrebbe lanciare la prossima missione già ad aprile.
Nella foto il Dream Chaser 'Tenacity' durante i test finali. Credito: Sierra Space.
La missione ha segnato anche una tappa fondamentale per Blue Origin. L'azienda è in procinto di mettere in linea le proprie capacità di trasporto pesante con il suo razzo New Glenn. Il lancio di Vulcan ha rappresentato per loro una notevole riduzione del rischio poiché ora hanno potuto assistere e studiare il primo volo dei loro motori BE-4 nello spazio.
Se tutto andasse bene con la pianificazione e l’esecuzione della missione Cert-2, ULA è pronta a lanciare un’altra coppia di motori BE-4 prima del primo lancio di New Glenn entro la fine dell’anno.
“I due motori per Cert-2 sono completi. Sono assemblati e in realtà si trovano nella loro struttura del Texas occidentale per affrontare un test statico di accensione per l'accettazione finale," ha detto Mark Peller, vicepresidente dello sviluppo di Vulcan venerdì. "Quindi sono sulla buona strada."
Peller ha aggiunto che sia il booster Vulcan che lo stadio superiore Centaur 5 “sono anche in fase di assemblaggio finale presso il nostro stabilimento di Decatur”.
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