Il successo dello splashdown di Orion ieri ha consentito il recupero di alcuni componenti critici necessari per la missione Artemis II della NASA, il cui lancio è previsto per il 2024, ma raggiungere quell’obiettivo potrebbe essere molto difficile.
Artemis I, la prima di una serie di missioni della NASA progettate per riportare l’umanità sulla superficie lunare, è terminata. Domenica alle 18:40 ora italiana il veicolo spaziale Orion, senza equipaggio, è ammarato nell’Oceano Pacifico al largo della costa della Baja California, concludendo la sua missione di 25,5 giorni verso l’orbita lunare e ritorno.
Artemis I è stata lanciata dal Kennedy Space Center della NASA, in Florida, il 16 novembre, nella missione di debutto del nuovo enorme razzo Space Launch System (SLS) dell’agenzia. Sebbene il liftoff di SLS sia stato rinviato diverse volte oltre la data di lancio originariamente prevista nel 2017, il razzo si è comportato perfettamente nel portare la navicella spaziale Orion in orbita terrestre.
Programma Artemis, cosa succederà nei prossimi anni
Con Artemis I ora entrata nella storia, l’attenzione del pubblico si sta rapidamente spostando sulla fase successiva del programma: il volo con equipaggio. Ciò, però non potrà accadere finché diversi pezzi non andranno a posto, vale a dire finché non si avranno un veicolo spaziale e un veicolo di lancio completamente assemblati. Mentre gli ingegneri e gli appaltatori della NASA sono stati impegnati nella costruzione di vari elementi dell’SLS che lancerà Artemis II, i componenti chiave per la capsula Orion vengono riutilizzati dopo Artemis I e devono prima essere sottoposti a una serie di test di convalida post-volo prima di essere installati sulla nuovo veicolo spaziale. Ci vorrà parecchio tempo.
La decisione della NASA di riutilizzare parte dell’hardware di volo di Orion è stata presa in un momento in cui Artemis I era ancora nota come Exploration Mission-1 (EM-1) e il programma per SLS prevedeva 3 anni interi tra i primi 2 lanci.
Artemis II, o Exploration Mission 2 (EM-2), come veniva chiamata all’epoca, era originariamente prevista con un lancio su un razzo SLS Block 1B, una versione aggiornata più grande dell’SLS utilizzato per Artemis I, che sostituisce l’Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS) con il più potente Exploration Upper Stage (EUS). Il divario di 3 anni tra EM-1 ed EM-2 aveva lo scopo di consentire il tempo per gli aggiornamenti alla piattaforma di lancio mobile SLS (MLP) per supportare il blocco SLS 1B più alto. In confronto, la tempistica stimata dalla NASA per rimuovere, rinnovare e reinstallare l’hardware avionico di Orion non avrebbe dovuto influenzare il programma di lancio.
Entro il 2018, tuttavia, gli stanziamenti della NASA da parte del Congresso e i tentativi dell’Agenzia di accelerare la cadenza di lancio di SLS hanno portato alla decisione di costruire un secondo MLP per supportare le configurazioni più grandi del razzo. Questa mossa ha comportato l’abbandono dei piani per aggiornare l’MLP esistente, lasciandolo in grado di lanciare solo SLS Block 1. A sua volta, i primi 3 voli di SLS sono stati modificati per volare nella configurazione Block 1. Sebbene ciò abbia accorciato la pausa tra le missioni, ha anche finito per mettere una lente d’ingrandimento sulla decisione di riutilizzare parte dell’avionica di Orion.
Secondo un rapporto del novembre 2022 dell’Office of Inspector General (OIG) della NASA, “l‘Exploration Systems Development Mission Directorate della NASA considera il riutilizzo dell’avionica non di base come il percorso critico principale per la missione Artemis II, con un lavoro di preparazione totale tra le missioni che richiederà circa 27 mesi“. “Percorso critico“, spiega il rapporto, “è la sequenza di attività che determina la durata minima di tempo necessaria per completare un progetto“. In breve, Artemis II può essere lanciato non appena l’attività più dispendiosa in termini di tempo nelle liste di controllo degli ingegneri verrà completata. Tale compito sarà probabilmente l’elaborazione e la reinstallazione dell’hardware Artemis I.
“Non di base“, in questo caso, si riferisce a un sottoinsieme di hardware a bordo di Orion, in contrasto con l’avionica di base, “core“, e aiuta a distinguere tra ciò che sarà e non sarà riutilizzato dal primo volo del veicolo spaziale. Prima che questi componenti possano essere installati in Orion per Artemis II, devono però essere testati.
Le prestazioni di Orion e il viaggio di Artemis II
Con Artemis I completata e Orion di nuovo sulla Terra, i tecnici studieranno ora il veicolo spaziale e i suoi sistemi per valutare le sue prestazioni in volo. Molti esperimenti a bordo per Artemis I si sono concentrati sull’esposizione alle radiazioni, inclusi i manichini Helga e Zohar come parte del Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE). Una dozzina di altri dosimetri attivi e passivi erano sparsi in tutta la capsula.
Le radiazioni nello Spazio possono avere conseguenze significative sui sistemi di volo oltre che su quelli biologici. Pertanto, durante la progettazione di un veicolo spaziale vengono compiuti notevoli sforzi per proteggere gli equipaggi e l’hardware. A bordo della Stazione Spaziale Internazionale, la NASA studia da oltre 20 anni gli effetti della microgravità e delle radiazioni sul corpo umano. Tuttavia, i livelli di esposizione nello Spazio profondo e intorno alla Luna sono molto più alti che nell’orbita terrestre bassa, dove opera la ISS.
Nel suo viaggio inaugurale intorno alla Luna, la capsula Orion è volata più lontano dalla Terra di qualsiasi veicolo spaziale progettato per trasportare esseri umani, raggiungendo una distanza di 432.210 km il 28 novembre, battendo il record stabilito dalla missione Apollo 13 di quasi 32.186 km. Escludendo eventuali risultati non nominali dai dati di volo di Artemis I, la NASA prevede di far volare 4 astronauti a bordo di Artemis II su una traiettoria intorno alla Luna, raggiungendo un’altitudine massima di 8.889 km sopra la superficie lunare, secondo l’European Space Agency (ESA). Ciò li collocherebbe al 2° posto dietro agli astronauti dell’Apollo 13.
A differenza di Artemis I, l’equipaggio a bordo di Orion per Artemis II non entrerà tecnicamente nell’orbita lunare. Per la prima escursione di Orion sulla Luna, lo stadio centrale SLS ha lanciato il veicolo spaziale e l’ICPS nell’orbita terrestre, e l’ICPS ha eseguito un’iniezione translunare per inserire Orion sulla rotta lunare. Lì, il modulo di servizio di Orion ha posizionato il veicolo spaziale in un’orbita retrograda distante (DRO), dove è rimasto dal 25 novembre al 1° dicembre. Il 5 dicembre, la capsula è tornata verso la Terra con una lunga accensione del motore condotta durante un sorvolo lunare. In totale, la missione Artemis I è durata circa 25,5 giorni.
L’equipaggio di Artemis II non potrà godersi la missione per così tanto tempo: la seconda spedizione lunare di Orion dovrebbe durare poco più di 10 giorni. Dopo avere completato alcuni giri estesi intorno alla Terra, la traiettoria di volo per Artemis II metterà Orion su un percorso per tornare da un sorvolo lunare senza rallentare la traiettoria del veicolo spaziale abbastanza da mantenere un’orbita lunare stabile.
“In termini di durata della missione per Artemis II, stiamo valutando un test di volo con equipaggio di 10,5 giorni,” ha spiegato il responsabile della missione di Artemis I Mike Sarafin in un briefing il 28 novembre. “Quattro astronauti voleranno su un’orbita altamente ellittica per un giorno, per scuotere sostanzialmente il sistema di supporto vitale ed eseguire una dimostrazione delle operazioni di prossimità con lo stadio superiore prima che sia separato a grande distanza da Orion. Poi alla fine di quell’orbita terrestre alta di un giorno, Orion eseguirà essenzialmente una manovra di completamento della missione e utilizzerà il modulo di servizio per eseguire la manovra di iniezione translunare e inserirsi su una traiettoria di ritorno libero — circa 4,5 giorni all’andata e circa 4,5 giorni di ritorno. Quindi saranno poco più di 10 giorni“.
La possibile data di lancio di Artemis II e Artemis III
Attualmente, la NASA punta al lancio di Artemis II nel 2024. Tuttavia, se il conto alla rovescia è partito dal momento dello splashdown, i 27 mesi stimati dall’OIG della NASA per completare l’attività spingono già l’obiettivo del 2024 dell’agenzia nel 2025. La missione successiva, Artemis III, non dipende dall’hardware di volo di Artemis II: dipende, tuttavia, da una serie di altri traguardi, rendendo improbabile che la missione, attualmente prevista per il 2025, venga lanciata in tempo.
Artemis III ha l’obiettivo di fare atterrare gli astronauti sulla superficie lunare, in particolare nella regione del Polo Sud. Ciò richiederà un sistema di atterraggio per trasportare gli equipaggi da e verso la superficie lunare (il nuovo enorme veicolo Starship di SpaceX) e nuove tute spaziali che gli astronauti potranno indossare durante le passeggiate sulla Luna o le attività extraveicolari cislunari. Che tutte queste cose siano pronte in tempo per un allunaggio del 2025 sarebbe un’impresa monumentale per la NASA e i suoi partner.
La NASA prevede inoltre di costruire una piccola stazione spaziale in orbita lunare chiamata Gateway come parte del programma Artemis. La tempestiva costruzione di Gateway dipende da una serie di fattori, non ultimo un razzo abbastanza potente da lanciare i vari moduli della stazione, e anche una torre di lancio per supportare quel razzo. La NASA ha selezionato Falcon Heavy di SpaceX per lanciare i primi componenti del Gateway alla fine del 2024, ma ha sottolineato la necessità dell’SLS Block 1B e di altre varianti aggiornate per lanciare moduli di stazione aggiuntivi e altro hardware abitativo necessario per soggiorni lunari a lungo termine.
La costruzione del secondo MLP, designato ML-2, necessario per supportare i futuri razzi SLS non è ancora iniziata. Dopo gli stanziamenti di bilancio del Congresso per una seconda torre di lancio, la NASA ha scelto Bechtel come appaltatore principale del progetto. Ora, anni dopo, l’impresa è ancora nelle fasi di progettazione e pianificazione e probabilmente costerà 2,5 volte di più di quanto originariamente previsto, per un totale di quasi 1 miliardo di dollari.
Un rapporto OIG della NASA del giugno 2022 indica che ML-2 probabilmente non sarà pronto per l’uso operativo fino alla fine del 2026, ponendo il primo lancio possibile per un SLS Block 1B nel 2027.
Ora, un atterraggio lunare di successo con Artemis III potrebbe non dipendere necessariamente dal fatto che i componenti di Gateway siano o meno posizionati in tempo per supportare la missione. Nel 2021, la NASA ha assegnato a SpaceX il contratto HLS (Human Landing System) dell’agenzia per la costruzione di un lander lunare per il programma Artemis, basato sulla navicella spaziale Starship dell’azienda attualmente ancora in fase di sviluppo. Vale la pena notare che, una volta operativo, il razzo Super Heavy di SpaceX necessario per lanciare Starship sarà più potente di SLS, più economico e più veloce da produrre e sarà riutilizzabile.
Con un po’ di rifornimento lungo il percorso, Starship dovrebbe anche essere in grado di raggiungere la Luna, poi tornare sulla Terra dopo un allunaggio, eliminando la necessità di trasferire l’equipaggio o il carico tra i veicoli lungo il percorso. Tuttavia, l’attuale quadro della NASA per Artemis III delinea ancora un lancio Orion con equipaggio e un rendezvous HLS in orbita lunare prima di far atterrare gli astronauti sulla superficie lunare. Il primo tentativo di lancio orbitale dell’astronave di SpaceX è previsto per l’inizio del 2023, ma non è chiaro quando il gigantesco veicolo sarà pienamente operativo.
Le tute spaziali
Anche se Starship sarà pronta entro il 2025, le tute spaziali di cui gli astronauti hanno bisogno per muoversi sulla superficie lunare potrebbero non esserlo. Effettivamente, la NASA ha un piccolo problema con le tute. Quelle attualmente utilizzate per le attività extraveicolari della ISS sono i resti degli anni ’80 e ’90, quando l’appaltatore della NASA ILC Dover ha fornito 18 tute EVA da utilizzare sullo Space Shuttle e infine sulla Stazione Spaziale. Di queste, ne rimangono 11, e sono divise tra la ISS e la struttura di test della NASA presso il Johnson Space Center.
Dopo che il programma Space Shuttle è stato annullato nel 2011, ILC Dover ha fornito alle tute rimanenti alcuni importanti aggiornamenti, che hanno permesso di essere lasciate in orbita a bordo della ISS a lungo termine, ma un rapporto OIG della NASA dal 2017 dipinge un quadro desolante per una linea temporale di sviluppo di tute spaziali favorevole alla ISS o ad Artemis. Il rapporto solleva la preoccupazione che l’attuale inventario di tute possa essere inadeguato in termini di durata per tutta l’aspettativa di vita della Stazione Spaziale. I funzionari della NASA hanno ripetutamente affermato durante lo scorso anno la loro speranza di far volare la ISS almeno fino al 2030.
Tuttavia, per le missioni Artemis è necessaria una tuta spaziale completamente diversa. Un rapporto OIG della NASA del 2018 sottolinea che persino le nuove tute EVA per la ISS non “offrirebbero la mobilità, la durata o la funzionalità richieste dalle missioni planetarie o cislunari“. Il rapporto sottolinea inoltre la necessità per la NASA di testare nuove tute EVA in condizioni di microgravità o “accettare livelli di rischio più elevati durante le future missioni di esplorazione, con un potenziale impatto sulla salute e sulla sicurezza degli astronauti e sul successo della missione“.
Al momento di tale rapporto, il programma per le dimostrazioni tecnologiche della ISS prevedeva che i nuovi test della tuta EVA si sarebbero svolti tra il 2024 e il 2025. Per Artemis, l’unica opportunità di testare una tuta spaziale in orbita lunare prima di un tentativo di atterraggio di Artemis III sarà durante Artemis II e un altro rapporto dell’OIG, questo dello scorso anno, ha lanciato ulteriore scetticismo sulla capacità della NASA di rispettare la tempistica dichiarata dall’agenzia. Le Exploration Extravehicular Mobility Units (xEMU) della NASA, come vengono indicate le tute, hanno richiesto un decennio di sviluppo e oltre un miliardo di dollari, indica il rapporto.
“L’Agenzia deve affrontare sfide significative per raggiungere questo obiettivo“, si legge nel rapporto. “Questo programma include un ritardo di circa 20 mesi nella consegna della tuta di progettazione, verifica e test pianificata, due tute di qualificazione, una tuta demo ISS e due tute di volo lunare. Questi ritardi – attribuibili a carenze di fondi, impatti di COVID-19, e sfide tecniche — non hanno lasciato alcun margine di pianificazione per la consegna delle due xEMU pronte per il volo. Dati i requisiti di integrazione, le tute non sarebbero pronte per il volo non prima di aprile 2025“.
La NASA ha preso sul serio il rapporto OIG e ha preso la decisione di esternalizzare gli sforzi per accelerare la realizzazione della tuta sia per la ISS che per Artemis. Nel giugno di quest’anno, la NASA ha contattato le società Axiom Space e Collins Aerospace (in collaborazione con ILC Dover) per sviluppare nuove tute spaziali, e a settembre ha selezionato Axiom per fornire le tute che gli astronauti indosseranno sulla superficie della Luna. Axiom sta anche cercando di installare il proprio modulo sulla ISS entro il 2024, per fungere da nucleo di una nuova stazione spaziale privata, e ha lanciato Ax-1 nell’aprile di quest’anno, la prima di una manciata di missioni pianificate con equipaggio privato verso la ISS. Quindi è possibile che l’azienda possa testare la sua tuta spaziale nell’ambiente di microgravità disponibile in orbita bassa, se non su Artemis II.
Il futuro del programma Artemis
Pubblicamente, la NASA sta ancora esprimendo fiducia in un lancio nel 2024 per Artemis II, ma con i documenti interni dell’agenzia che suggeriscono il contrario, potrebbe essere solo una questione di tempo prima che la posizione ufficiale venga modificata. Quindi, per ora, tutti coloro che sono rimasti estasiati da Artemis I dovranno avere molta pazienza prima di vedere il prossimo lancio del megarazzo Space Launch System.
