Orion, si avvicina il debutto lunare

Il periodo è stato fissato: a novembre del 2021 partirà la missione Artemis 1 che porterà, per la prima volta dal 1972, un veicolo spaziale abitabile, attorno alla Luna. Orion, questo il nome della capsula, volerà per la seconda volta senza equipaggio ma, questa volta la missione sarà molto più impegnativa e dovrà aprire la strada a Artemis 2, finalmente con astronauti a bordo, prevista per l'agosto 2023.

Ma come è arrivata la NASA fino a qui?

Ripercorriamo rapidamente la storia di questo nuovo veicolo spaziale americano destinato all'esplorazione umana della Luna e, forse, di Marte.

Nel gennaio 2004, dopo il disastro della navetta spaziale Columbia, la NASA annunciò che avrebbe realizzato il CEV (Crew Exploration Vehicle). Nei piani iniziali della NASA il CEV, poi battezzato Orion, all'interno del programma di ritorno alla Luna chiamato Constellation, avrebbe dovuto essere utilizzato anche in supporto alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). In questo caso, sia con una versione per il trasporto equipaggi, che per una solo merci. La guida del consorzio di aziende alle quali è stata affidata la realizzazione di Orion, vede a capo la Lockheed Martin e l'assemblaggio si tiene negli stabilimenti del MAF (Michoud Assembly Facility), in Alabama. Il veicolo è una capsula tronco-conica simile all'Apollo ma leggermente più grande ed in grado di essere parzialmente riutilizzata. La massa di Orion è di 22,9 tonnellate al lancio e permette di riportare sulla Terra, oltre ovviamente agli astronauti, anche 100 kg di carico utile. Inizialmente Orion avrebbe dovuto atterrare al suolo con l'ausilio di airbag (esattamente come fa la capsula Starliner della Boeing) ma, in seguito, si optò per il più collaudato ammaraggio. La capsula, come l'Apollo, dispone di un modulo di servizio dove sono alloggiati i motori principali e tutti i sistemi di supporto vitale per l'equipaggio. Con un diametro di 5 metri, contro i 3,9 dell'Apollo, il modulo di comando di CEV Orion fornisce però un volume interno grande più del doppio dello storico Modulo di Comando degli anni '70 e questo permette di portare fino a quattro astronauti in orbita lunare, contro i tre di Apollo. Nel profilo di missione di allunaggio del programma Costellation, l'Orion CEV avrebbe dovuto essere lanciato con un razzo Ares 1 e poi avrebbe eseguito un rendez-vous con il lander lunare Altair, lanciato con il più potente Ares 5.

Gli astronauti NASA durante i test ergonomici nel simulatore di Orion. Credit: NASA 

La NASA iniziò, a partire dal 2007, i test termici e di tenuta al vuoto di un modello definitivo di Orion, al Centro di Ricerca Glenn, presso la Plum Brook Station di Sandusky, in Ohio. L'ATK invece si occupò del Launch Abort System (LAS), che avrebbe permesso, in caso di emergenza nei primi 91 km di volo, di strappare la capsula dal razzo e portarla lontana, al sicuro. Anche questo è un sistema molto simile a quello già utilizzato per Apollo, ma più moderno e dotato di una carenatura per la capsula chiamata Spacecraft Adapter Jettisonable Fairings.

Ma l'11 ottobre 2010 l'Amministrazione Obama cancellò il programma Constellation di ritorno alla Luna. Questa decisione fu presa dopo aver ricevuto i risultati di una relazione della Commissione Augustine, appositamente incaricata nel maggio dell'anno precedente di verificare indipendentemente il programma. I motivi della cancellazione erano dovuti ai significativi sforamenti dei costi, nel ritardo di oltre quattro anni, nella mancanza di componenti essenziali e quindi della possibilità di raggiungere gli scopi nei tempi prefissati.

Con la cancellazione del programma Constellation gli sviluppi del lander Altair e dei razzi Ares 1 (che già aveva eseguito un primo volo suborbitale di successo il 28 ottobre 2009) e Ares 5 vennero annullati. Solo la capsula si salvò dalla cancellazione ed assunse il nome di Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) per indicare che, invece di tre versioni della capsula Orion, ognuna per scopi differenti, lo sviluppo di MPCV avrebbe portato ad una singola versione capace di compiere missioni diversificate, dall'orbita terrestre a quella lunare e marziana.

Nel 2013 la NASA siglò un accordo con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) per la fornitura del Modulo di Servizio di Orion (ESM-European Service Module), che sarebbe stato realizzato grazie all'eredità lasciata da l'ATV. L'Automated Transfer Vehicle, costruito dalle industrie europee guidate da Airbus Defence and Space, ha portato rifornimenti alla ISS durante il periodo 2008/2015 nel corso di cinque missioni, tutte svoltesi senza problemi. Grazie all'accordo con la NASA, l'Europa parteciperà così, per la prima volta, ad un programma lunare abitato.

Un disegno di Orion al lancio con le varie parti principali separate. Credit: ESA/NASA (annotazioni Massimo Martini) 

Il modulo di servizio ESM ha un diametro di 4,1 metri (esclusi i quattro pannelli solari che dispiegati si estendono per 19 metri). Il motore principale è uno degli OMS (Orbital Maneuvering System) prelevati dagli Space Shuttle da 26,6 kN di spinta. I motori secondari sono anch'essi di costruzione americana (otto R-4D-11 da 3,92 kN di spinta) mentre quelli di manovra sono 24 e di realizzazione europea. La massa di ESM è di 13,5 tonnellate (compresi 240 kg di acqua, 90 di ossigeno, 30 di azoto e 8.600 di propellente). L'energia fornita dai quattro pannelli solari è di 11,2 kW (il doppio di Apollo) ed il modulo può fornire un supporto ai quattro membri dell'equipaggio per la durata di 21 giorni (contro i 14 per i tre astronauti di Apollo). Al termine della missione l'ESM verrà sganciato, poco prima del rientro nell'atmosfera del modulo di comando, e verrà vaporizzato dall'attrito. Il modulo di comando invece rallenterà nell'atmosfera terrestre grazie al suo grande scudo termico e poi, con l'ausilio di tre grandi paracadute, ammarerà nell'oceano.

Il 5 dicembre 2014 un veicolo Orion, senza il modulo di servizio, venne lanciato in orbita e recuperato con successo dopo l'ammaraggio. Si trattò della missione Exploration Flight Test-1 (EFT-1) inviata nello spazio con un razzo Delta IV Heavy e che servì a testare soprattutto lo scudo termico della capsula durante i rientri da missioni lunari.

Ma Orion volerà per le missioni Artemis grazie al più potente Space Launch System (SLS). Questo vettore utilizza parte dell'hardware ereditato dal programma Space Shuttle. Lo stadio principale di SLS, destinato a portare Orion in volo lunare per Artemis 1, viene in questi mesi sottoposto ai test finali, che prevedono anche un'accensione dei quattro motori RS-25 prima dell'invio al Kennedy Space Center, in Florida, per l'accoppiamento con il resto del sistema ed il lancio.

Il primo veicolo spaziale Orion, destinato alla missione Artemis-1 è stato completato nel luglio 2019 ed inviato al Centro di Ricerca Glenn, presso la Plum Brook Station di Sandusky, in Ohio, per quattro mesi di intensi test nella camera a vuoto e termica. Poi, finalmente, il 25 marzo 2020, a bordo dello speciale aereo cargo Super Guppy della NASA, Orion/Artemis 1 è stato riportato al Kennedy Space Center. Qui, all'interno dell'edificio "Neil Armstrong Operations and Checkout”, sono iniziate le fasi preparatorie finali per il lancio, compresa l'installazione dei quattro pannelli solari.

Orion/Artemis 1 completo di Modulo di Servizio ed adattatore per lo stadio ICPS completo al KSC Credit: NASA 

La missione Artemis 1 durerà almeno quattro settimane, con un'orbita distante retrograda attorno alla Luna. I dettagli sono ancora in fase di valutazione ed alla NASA potrebbero estendere la missione di altre due settimane. Nel corso di Artemis 1, la capsula Orion dovrà dimostrare di poter resistere senza problemi al volo al di fuori dall'orbita terrestre. Oltre a questo, nell'anello adattatore dello stadio superiore ICPS del razzo SLS, troveranno posto ben 13 satelliti CubeSat. Fra questi è compreso l'italiano ArgoMoon della Argotec, coordinato dall'Agenzia Spaziale Italiana ASI, che ha lo scopo di dimostrare la possibilità di eseguire operazioni nei pressi di ICPS oltre alle storiche riprese della missione. Tutti e 13 questi CubeSat saranno rilasciati nell'orbita lunare ed anche questa è una 'prima' assoluta.

Intanto la capsula Orion, destinata ad ospitare i primi astronauti nella missione successiva Artemis II, è in fase di completamento. Anche il suo modulo di servizio europeo è in fase di realizzazione finale presso la sede dell'Airbus di Brema, in Germania. La missione Artemis 2 avrà uno svolgimento simile a quella di Apollo 8, che orbitò attorno alla Luna nel 1968. In pratica un volo dalla Terra alla Luna e ritorno anche se, questa volta, senza l'entrata in orbita lunare ma con una traiettoria di ritorno libero (come quella realizzata, per emergenza, da Apollo 13). La NASA sta pensando però di aggiungere delle manovre di avvicinamento e rendez-vous alla missione in modo da ridurre i rischi complessivi per la missione successiva. Non è ancora stato deciso se eseguire queste manovre con lo stadio superiore di SLS o con un apposito mini-satellite da lanciare assieme alla capsula. Al momento, mancando ancora tre anni al lancio, l'equipaggio di Artemis 2 non è stato prescelto. In totale si tratterà di una missione di una decina di giorni che preparerà per il 'grande evento' previsto per il volo successivo, ovvero l'allunaggio vero e proprio.

Infatti le prime parti della capsula Orion per Artemis III iniziano già ad arrivare al MAF dall'azienda che le produce, la AMRO Fabricating Corp., di South El Monte, California.

Il primo pezzo del Modulo di Comando di Orion destinato alla missione Artemis 3. Credit: AMRO/NASA 

Il 25 gennaio 2020 anche la struttura principale del modulo di servizio per Artemis III ha iniziato a prendere forma presso lo stabilimento della Thales Alenia Space di Torino. Per la prima missione di allunaggio di Artemis la NASA ha selezionato tre aziende per lo sviluppo del lander, il veicolo fisicamente destinato a scendere sulla superficie lunare. A febbraio 2021 sapremo quali, fra queste tre proposte, riceveranno ulteriori finanziamenti. Le soluzioni potrebbero anche essere più di una. Invece per Artemis III, l'utilizzo o meno del Gateway, la piccola stazione spaziale abitata in orbita lunare, non è ancora stato definito dalla NASA.

Insomma le prime tre missioni sembrano essere sui binari giusti anche se il Covid-19 ha pesantemente rallentato i lavori in questi ultimi mesi e permangono incertezze, soprattutto politiche, sui finanziamenti. I contratti per la realizzazione dell'hardware delle missioni successive (da 4 ad 8) sono stati siglati ma gli obiettivi non ancora delineati. Insomma, questa volta, il ritorno sulla Luna, si spera per rimanerci in modo sostenibile a partire dal 2028, pare aver imboccato la via giusta. Pensare che, fra poco meno di tre anni, gli esseri umani torneranno a vedere da vicino e, successivamente, camminare sulla Luna è veramente emozionante.

Fonti:
NASA: https://www.nasa.gov/specials/artemis/
ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Orion/European_Service_Module
NASASpaceflight:https://www.nasaspaceflight.com/2020/06/nasa-rendezvous-options-artemis-2-orion/
Spaceflight Now: https://spaceflightnow.com/2020/05/18/nasa-will-likely-add-a-rendezvous-test-to-the-first-piloted-orion-space-mission/