Oltre EM-1. Una disamina sulla produzione dei "Core Stage"

Essendo arrivati quasi alla fine della lunga costruzione del Core Stage 1 dello Space Launch System (Tra 7 giorni ci sarà l’unione tra l’assemblaggio frontale e il serbatoio dell’idrogeno liquido) e con il lavoro ben avviato per quanto riguarda il Core Stage 2, mi sembra giusto dare un occhiata oltre CS-1 per capire meglio le tempistiche di produzione e l’eventuale impatto sui piani attuali della NASA.

(L’area di assemblaggio finale per il CS-1. Immagine credit NASA)

NUMERO STADI RICHIESTI
Innanzi tutto vediamo quanti Core Stage serviranno alla NASA negli anni a venire. Stando ai piani attuali saranno necessari quattro “Core” in una fascia temporale che va dal tardo 2020 al 2024. Di questi, tre saranno utilizzati nelle missioni di esplorazione EM-1/2/3. L’altro sarà utilizzato secondo i piani attuali (che sono soggetti a possibili cambiamenti) per lanciare la missione scientifica SM-1. SM-1 consiste nel lancio di Europa Clipper in traiettoria diretta verso Giove.
A proposito segnalo che in questo momento la NASA sta testando in galleria del vento come si comporta SLS Block 1 Cargo con fairing da 14 metri. Questa configurazione verrebbe utilizzata per il lancio di Europa Clipper.
https://www.nasaspaceflight.com/2019/05/nasa-sls-europa-clipper-wind-tunnel/


(Block 1 Cargo in galleria del vento. Immagine Credit NASA)

FINANZIAMENTI E PROIEZIONI DI PRODUZIONE
Oltre allo stadio numero 1 e allo stadio numero 2 che sono attualmente in costruzione, il congresso ha stanziato soldi per comprare un ulteriore stadio (CS-3) nel budget 2019. La costruzione del CS-3 inizierà quando il CS-2 sarà in fase avanzata di costruzione. Ancora non sappiamo nulla per l’acquisto di un quarto stadio. E’ probabile che fondi verranno stanziati nel budget 2020 o 2021. Certamente non c’è fretta. Difatti se il primo stadio di SLS fin’ora è stata fonte di rinvii e preoccupazione, in futuro questo ““onore”” ricadrà sul complesso Orion e altri elementi dell’archiettettura NASA per atterrare sulla Luna (Lander in primis).
Nel grafico (fatto in excel) sono stati assunti per gli stadi successivi al primo gli stessi tempi di produzione. Tuttavia la grande esperienza fatta da Boeing permetterà di ridurre in maniera considerevole la costruzione degli elementi critici. L’elemento che beneficerà maggiormente da questo processo è la complessa sezione motori.
Da notare che anche adottando una produzione “rilassata” come si può vedere nel grafico i “Core Stage” verranno consegnati alla NASA ben prima della data fissata per il lancio.

LEGENDA & NOTE
Segnalo le date riportate nella prima riga sono tutte già sicure in quanto eventi già avvenuti o prossimi all avvenire. Nella seconda riga sono riportate le proiezioni di produzione del secondo e del terzo stadio. Non ho inserito la proiezione per il quarto in quanto non è stato ancora finanziato. Nella terza riga si trovano le due date di lancio attuali che la NASA ha comunicato di voler mantenere. Qualche ulteriore dettaglio riguardo al Q2 2019 ovvero alla situazione attuale. Il 15 maggio è prevista l’unione tra il serbatoio dell’idrogeno liquido e la parte superiore di SLS. Sempre in questi giorni inizierà il processo di saldatura dei pezzi che compongono il serbatoio dell’idrogeno numero 2. Gli altri elementi sono stati già saldati e sono passati alla fase successiva.


(SLS B1 Cargo in volo. Immagine credit NASA)

Qui una piccola legenda per capire il significato degli acronimi usati nella tabella:

  • Q1= Primo quarto di anno (da Gennaio a Marzo)
  • Q2= Secondo quarto di anno (da Aprile a Giugno)
  • Q3= Terzo quarto di anno (da Luglio a Settembre)
  • Q4= Quarto quarto di anno (Da Ottobre a Dicembre)
  • CS= Core Stage, ovvero il primo stadio di SLS
  • ES= Engine Section, ovvero sezione motor dello stadio
  • FS= Forward Skirt, ovvero copertura frontale. Contiene i computer di volo
  • LH2 Tank= Liquid Hidrogen Tank, ovvero serbatoio dell’idrogeno liquido
  • LOX Tank= Liquid Oxigen Tank, ovvero serbatoio dell’ossigeno liquido
  • IT= Intertank, ovvero interstadio.Unisce le 2 macro-sezioni che compongono il core stage
  • FA= Forward Assembly, ovvero l’unione in un solo pezzo di IT/FS e LOX Tank
  • EM-1/2= Exploration Mission 1/2, ovvero la missione che testa Orion e la missione che riporta uomini intorno alla luna
  • SM-1= Science Mission 1, ovvero la missione di Europa Clipper
  • Colore Rosso= Tutti gli eventi legati al CS-1 sono in rosso
  • Colore Verde= Tutti gli eventi legati al CS-2 sono in verde
  • Colore Viola= Tutti gli eventi legati al CS-3 sono in viola

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Foto delle strutture del Core Stage 2. In ordine abbiamo la sezione motori, la copertura frontale, il serbatoio dell ossigeno liquido e l’intertank. Quest’ultimo non ha una foto che lo ritrae allo stato recente. Qui è rappresentato mentre i longheroni sono in posizione e i pannelli sono pronti a essere imbullonati.
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(immagini credit NASA)
Sempre relazionati ad EM-2. NGIS tra poco termina i lavori anche sul secondo set di Booster solidi. Applicata la protezione termica sul decimo segmento.

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Dopo una “pausa” dovuta alle magagne irl ( :smiley: ) torno ad aggiornarvi. Boeing intanto continua ad accelerare la costruzione del CS-2, sfruttando il know how acquisito con il CS-1.

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Aggiornamento su SLS post Artemis 1.
Sembra che il 5° e ultimo elemento del Core Stage 2, ovvero il serbatoio dell’Idrogeno liquido, adesso è nell’enorme saldatore del MAF. A breve dovrebbe venire completato. Lo si vede nel seguente video.

Inoltre ci sono nuove succose novità. Andando a girovagare nel forecast NASA degli acquisti (in poche parole la lista della spesa), sembra che sarà da seguire con attenzione il Q4 di quest’anno. La NASA prevede di aggiungere altri 2 Core Stage all’attuale contratto Boeing, e assegnare il contratto a NGIS per coprire i voli di SLS dal 4° all’ 8° per quanto riguarda gli SRB.

Sempre in questo arco di missioni è previsto che venga assegnato un contratto per RL-10C3 alla AJR (I motori di EUS) e sempre alla AJR un contratto per coprire i voli SLS dal terzo all’ottavo per quando riguarda gli RS-25. Inoltre nel Q4 è previsto che venga acquistato da ULA un fairing da 5.1 metri (per Europa Clipper).

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Boeing conferma che sono in corso i lavori di saldatura sul serbatoio dell’idrogeno per il Core Stage 2.
Sono già in fase di costruzione avanzata le altre 4 componenti. Molto bella la gif che fa vedere le diverse 5 componenti dello stadio allo stato attuale.

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NSF ha pubblicato un ottimo articolo, dato che è tempo di iniziare a seguire con attenzione anche le vicende del secondo Core Stage. Prima di iniziare c’è da segnalare come Boeing stia acquistando pezzi che richiedono un ordine anticipato di parecchio tempo (long lead items) per il terzo core di SLS.

Tornando al CS-2 la situazione è la seguente.

  • La forward Skirt è l’elemento più semplice e di conseguenza anche il più avanzato. Non solo è completa dal punto di vista strutturale, ma ha già ricevuto l’applicazione di primer e SOFI.
    Si trova già in integrazione finale dove verrà dotata di tutto il necessario per sostenere il cervello e i sensori di SLS.

  • il serbatoio dell’ossigeno liquido è stato strutturalmente completato e adesso è pronto a un test per verificare che la qualità delle saldature sia conforme alle specifiche di progetto. In seguito a questo test, il serbatoio riceverà il suo cablaggio e verrà ricoperto in primer prima e SOFI poi.

  • l’Interstadio è nella fase finale di costruzione. Difatti l’interstadio è l’unico elemento non saldabile di SLS in quanto i pannelli sono troppo spessi e vanno uniti tramite bulloni. Il lavoro di installazione dei bulloni che uniscono i vari pannelli è quasi terminato. Una volta finito l’interstadio riceverà la sua “spruzzatina” di SOFI (il primer l’hanno già ricevuto). Dopodichè verranno installate le strutture che andranno a supportare i soliti cablaggi e soprattuto il condotto a S che passa attraverso l’interstadio.


    FORWARD ASSEMBLY
    Come avvenuto per il CS-1, anche per il CS-2 l’operazione di Forward Assembly avverrà per prima, e difatto le 3 componenti che riguardano l’operazione sono già in fase molto avanzata di costruzione. Ci vorranno ancora diversi mesi per arrivare allo stacking nel VAB del MAF

  • Il Serbatoio Idrogeno Liquido è la componente più arretrata. Solo ora le varie componenti sono in fase di saldatura nel VAC del MAF. Nei prossimi giorni ci si aspetta che il serbatoio venga completato strutturalmente. Dopodichè subira gli esatti processi del serbatoio dell’ossigeno liquido. Essendo un elemento comunque “facile” da costruire nel complesso, il serbatoio verrà certamente completato con ampio anticipo rispetto alla sezione motori

  • La sezione motori è nella fase finale di asseblaggio strutturale. La sezione ha componenti sia saldate che imbullonate. Al momento si sta imbullonando la sezione principale con la struttura che andrà a sostenere i 4 RS-25. Quest’operazione è quasi terminata e ci si aspetta che la sezione motori entri nella fase di integrazione finale entro quest’anno. Questa fase è ovviamente la più lunga e complessa di tutto lo stadio.

Come Boeing riporta, la costruzione del secondo core procede molto più velocemente e senza i tanti intoppi incorsi precedentemente grazie alle dure lezioni imparate con il primo core.
(immagini credit NASA)
link articolo NSF

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Imbullonato? Non rivettato? :thinking:

Comunque non sono convinto che il motivo sia lo spessore… A naso direi che potrebbe essere rivettato perché non è pressurizzato e quindi la saldatura non serve.
Ma non conosco il progetto in dettaglio, se hai maggiori info a riguardo sono curioso…

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Si ti confermo che sono bulloni. Sia dalle foto che dalla terminologia usata da NASA.
Per quanto riguarda i pannelli, cio che ho scritto è asserito da NSF nell articolo che ho linkato.

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“The intertank is a bolted structure of eight, thick, sidewall panels and a thrust beam that runs through the middle that takes the vehicle thrust loads from the Solid Rocket Boosters (SRB). It’s the strongest structure of the stage and the panels are too thick to weld together.”

Occhio che ‘bolt’ può essere traducibile anche in rivetto, ed avrebbe più senso perché il trade off resistenza/massa/montabilità lo vince il rivetto.
Le viti (bulloni) sono sicuramente presenti sulle interfacce panels/beams, ma per il grosso dell’assemblaggio e da quello che intuisco dalle immagini più dettagliate penso proprio siano stati utilizzati blind bolts (rivetti).

Per quanto riguarda la saldatura, é come dici tu, i pannelli sono troppo spessi… Ma probabilmente non per capacità tecnologica bensì per scelta industriale: ogni tipo di saldatura in termini di materiali e spessori da saldare deve essere qualificata singolarmente, credibilmente per l’interstage il gioco non valeva la candela…

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a memoria di rivetti nei razzi moderni se ne usano ben pochi. Non so se il problema siano le vibrazioni, ma comunque vedo imbullonare quasi tutto quello che non è saldato. Anche le ultime foto ravvicinate della sojuz in fase di assemblaggio mostravano tanti bulloni

Se consideri il mating tra gli stage, si. Sono completamente viti e dadi…
Mentre i grossi pannelli in alluminio, quando non saldati, sono rivettati tra loro.

Certo è che su SLS la quantità di saldature è tale che il numero di rivettature è limitato a solo alcuni elementi, mentre su altri vettori come F9 la quantità di materiali compositi consente un’ulteriore limitazione di utilizzo dei rivetti.

Ad esempio Vega, pur avendo gli stages completamente in fibra, ha una quantità enorme di rivetti per tenere assieme l’interstage…
Bella foto in quest’articolo:

(scusate se cito wired e non qualcosa di più specialistico ma la foto giusta l’ho trovata lì)

Notate la quantità di rivetti a tenere assieme i correnti della struttura primaria… Solo le estremità di collegamento sono tenute assieme da degli ‘hi-lok bolts’ (che sono una via di mezzo tra un bullone avvitato ed un rivetto)

Comunque secondo me siamo andati un pò OT… :roll_eyes:

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Serbatoio dell’idrogeno liquido quadi pronto.
Manca solo la cupola posteriore a chiusura da saldare.

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E ora anche l’interstadio è strutturalmente completo. Lo si può qui vedere in trasferimento verso l’area per applicazione SOFI


(Immagine credit NASA)

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Si segnala che NGIS ha praticamente terminato i lavori sui 2 booster solidi che spingeranno SLS nella sua seconda missione.

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Procedono i lavori su SLS CS-2. In particolare si segnalano ottimi progressi sulla sezione motori.
Il piano di costruzione di questo componente fondamentale è stato completamente stravolto e riadattato in base alle dure (durissime) lezioni ricevute durante la costruzione della prima sezione motori. Si entrerà nel vivo dell installazione di tubature e successivamente componenti elettriche a partire da novembre. Le operazioni dureranno per tutto il Q1 2020. Boeing stima almeno un raddoppio in velocità di assemblaggio di questo componente.

Il serbatoio dell Idrogeno liquido è stato completato e riceverà lo stesso trattamento del serbatoio dell ossigeno liquido per quanto riguarda il test non distruttivo delle saldature.
Successivamente si passerà alla fase di outfitting dell serbatoio.

Si guarda anche oltre il CS-2. Ci si aspetta che NASA andrà molto presto a modificare il contratto attuale con Boeing aggiungendo altri 2 Core Stage all attuale contratto. Per coprire Artemis 3 e ipoteticamente SM-1 o Artemis 4.

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Big News!
Boeing ha ricevuto fondi e via libera da NASA a lavorare sul CS-3. Boeing aveva già iniziato a ordinare gli elementi che richiedevano un lungo tempo di lavorazione. Ora la compagnia ha mani totalmente slegate per procedere con la costruzione del terzo core stage (che presumo inizierà seriamente appena il CS-2 entra in fase assemblaggio componenti).

Oltre a questa ottima notizia, ancora più dirompente è l’annuncio che NASA e Boeing sono alle battute finali a riguardo di un contratto che include la produzione in serie (con tutte le ottimizzazioni del caso) di 10 Core Stage e 8 EUS. EUS che adesso si accenna permetta di portare oltre 45 tonnellate in TLI.
Si aspetta quindi la firma definitiva che andrebbe a dare un vettore di lancio alle Orion che NASA ha già ordinato (oltre che ad eventuali missioni scientifiche).

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Aggiornamenti dall ESD e IAC 2019 importanti.

  • I lavori su Core Stage 2 continuano molto spediti e i progressi continuano a segnalare un grosso miglioramento nelle procedure di costruzione. Putroppo nuove foto non sono state rese disponibili in quanto ancora non processate. (per processare si intende oscurare segreti industriali dalle foto prima di pubblicarle).

  • E’ confermato che la missione Artemis 3, ovvero la missione che si suppone debba atterrare nel 2024 per questioni di sicurezza e schedule risk volerà su un SLS in modalità “block 1”. Il debutto di EUS con equipaggio passa ad Artemis 4. Tuttavia la versione Block 1B potrebbe trovare spazio nel complesso di Artemis 3…

  • L’azienda responsabile della costruzione del Mobile Launcher 2 ha completato e certificato ogni studio. Big news, a Novembre inizierà la costruzione della gigantesca torre. La NASA dal canto suo sta finendo una serie di test volti a capire i carichi aereodinamici e strutturali del Block 1B.

  • Al momento ci sono 2 competitor per quanto riguarda il lander. Il team “USA” guidato da Blue Origin con al seguito NGIS e Lockeed Martin e il team Boeing che ha come partner “Intuitive Machines” per fornire i motori. Questo lander bi stadio usa come upper stage il pressure vessel di CST-100 e come propellente per RCS e motori metano liquido o CH4.
    Questo lander supererebbe ampiamente i requisiti minimi di NASA e sarebbe parzialmente riutilizzabile (solo stadio di ascesa). I vantaggi di questo lander sono la semplicità e la non necessità di assemblaggio in orbita lunare (almeno al primo volo) in quanto verrebbe lanciato tramite SLS Block 1B.
    La NASA ha dichiarato che pur non potendo vendere un lancio di SLS in quanto razzo di un agenzia governativa, un eventuale contractor può rivolgersi direttamente all azienda produttrice di SLS (Boeing) per comprare un vettore. Cosi facendo NASA ha reso tecnicamente disponibile SLS ai partner commerciali.


    https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/hls-qanda-log-1a_2019-10-16.pdf
    (slide credit NASA/Boeing)

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Il serbatoio dell Idrogeno liquido è stato rimosso dal VAC, segno che ormai si avvicina il momento del trasferimento nell Area destinata al test delle saldature. Sfortunatamente le informazioni a riguardo del CS-2 arrivano con il contagoccie. Tuttavia se il serbatoio LH2 si sta per muovere al test delle saldature, ciò significa che il serbatoio LOX che era li in precedenza ha terminato le attività di test e si prepara a ricevere le SOFI. Staremo a vedere per ulteriori dettagli.
Anche qui immagini maestose del serbatoio da poco completato

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