Si puo` tranquillamente affermare che la navetta della NASA e`stata complessivamente un fallimento.
R.:
Uhm, cominciamo male… IO per esempio NON lo direi e invece comincerei a fare qualche raffronto. Prendiamo per esempio tutta la serie di veicoli spaziali con equipaggio dagli albori dell’astronautica a oggi.
1961: Vostok. Si tratta di una pallina di acciaio rivestita di legno e sughero, dentro c’era gente come Gagarin, Titov, la Tereskova, che NON erano assolutamente e minimamente nel pieno controllo del veicolo, tutt’altro. Ne erano in piena balìa.
1962: Mercury. Si tratta di un primo accenno di veicolo spaziale nel quale l’astronauta ha alcune precise possibilità di controllo, di fatto è già avanzata rispetto alla Vostok russa.
1964: Voskhod. La pallina di Gagarin viene depredata di alcuni sistemi per permettere a TRE cosmonauti di entrarci dentro e fare una terrificante missione spaziale senza alcuna garanzia di successo, che per fortuna, invece, andò bene. Tale fu la coscienza di avere sfruttato la buona sorte che la missione non venne ripetuta e, invece la si ripropose, rivista e con soli due cosmonauti, per la missione della passeggiata spaziale di Leonov. E non dobbiamo dimenticarci del tremendo patema d’animo sopportato dal grande cosmonauta.
1964: Gemini. Prima astronave in grado di ospitare due veri astronauti con il pieno controllo del veicolo, capace di cambiamenti di orbita, di cambio di inclinazione, di rendez-vous e aggancio. Alcuni piccoli malfunzionamenti ma nel complesso la sicurezza del veicolo fu eccezionale.
1967: Soyuz. Prima vera astronave russa dotata di alcuni sistemi che gli USA usavano già tre anni prima, ma non ancora in grado di aggancio in orbita e nemanco dotata, all’inizio, di computer di navigazione. Dipendeva dai controllori di terra e il computer arrivò solo negli anni 80.
1967: Apollo, parte male con le tragica prova a terra. Grissom aveva tutte le ragioni per definirla con un limone… ma il fatto è che viene completamente rivista e un pesantissimo programma di revisione la porta a ottenere, già l’anno dopo, la prima storica missione lunare e subito dopo, in successione, tutte le cose storiche che sappiamo tutti.
1973: Skylab, secondo laboratorio orbitale realizzato convertendo hardware Saturn V già esistente. Si realizza anche, l’anno dopo, il primo possibile salvataggio in orbita con un CSM modificato; la missione viene comunque annullata perchè non era poi così necessaria e il CSM può essere poi usato per la missione congiunta con i russi. I russi usano ancora la Soyuz che, nel 1975, alla vigilia della missione congiunta, ancora, ha seri problemi nei computer, nei sistemi di aggancio e nei sistemi di sicurezza.
1981: lo shuttle Columbia diventa il veicolo spaziale singolo riutilizzabile più pesante mai andato nello spazio… con ottanta tonnellate e rotte più un ET da 35 che per pochissimo non ha la velocità sufficiente. L’exploit delo shuttle sta nel decollare con duemila tonnellate e portare in orbita centodieci di roba varia, tra cui l’ET. Negli anni successivi questo exploit è andato anche molto più in là. Ricordiamo che il Saturn V decollava con tremila e portava in orbita terrestre circa centotrenta tonnellate al massimo… si tratta quindi di un notevole miglioramento, se definiamo il Saturn V un riferimento storico per potenza e affidabilità (e io lo farei).
1981: Novembre, non aprile… Engle e Truly riportano nello spazio una
astronave che nello spazio ci era già stata… storia anche questa. Il “mio” Columbia.
1985: Gli shuttle sono già quattro e si parla di costruire anche il quinto… e intanto si va in orbita con ben otto astronauti e si va in orbita con lo shuttle nove volte in un anno, un ritmo superiore a quello dell’Apollo, anche se, come vedremo solo pochi mesi più tardi, ciò è anche uno dei motivi del disastro.
I russi continuano con la Soyuz… e con la MIR, vera prima stazione orbitante pensata e realizzata per l’uso della Soyuz. La Progress non è altro che una Soyuz-camion. Le Soyuz continuano a offrire ben scarso confort al suo equipaggio, mentre sullo shuttle si è su una piccola stazione spaziale completa di telelavoro, e ciò succede ogni missione. Inoltre si realizzano anche alcune delle visioni del grande von Braun: riparazione di satelliti in orbita, oppure il “ritiro” e la “riconsegna” di satelliti e piattaforme scientifiche, attività di scienza e prime prove di attività di costruzione di stazioni orbitanti. E naturalmente il “passaggio” in LEO di sonde interplanetarie e satelliti per la geosincrona.
Certo, tutto ciò fa parte del secondo grande errore di considerare lo shuttle come una macchina operativa…
La ISS viene progettata e costruita per lo shuttle, va bene…ma ricordiamoci anche che numerosi elementi di cui furono incaricati i russi non arrivarono mai, e quasi tutti quelli russi arrivarono con ritardi che contribuirono ai ritardi tremendi della stazione orbitale internazionale… e qualche volta gli USA dovettero costruirli al loro posto. Gli elementi italiani, per dirne una, furono sempre consegnati in perfetto orario e furono sempre giudicati perfettamente rispondenti alle specifiche di progetto.
La missione del Columbia, quella tragica di tre anni fa, fu addirittura un “quasi” esempio della possibilità di impiegare un secondo shuttle per la missione di salvataggio, come è scritto sui report del CAIB. Si stima che, avendo preso a cuore immediatamente il problema dell’impatto del frammento di isolante contro il bordo di attacco dell’ala di Columbia, si poteva, sconvolgendo il piano di volo, porre il veicolo in emergenza e lasciarlo in orbita per oltre un mese e mezzo, per tentare la missione di Atlantis (al prezzo dello stesso rischio di debris) come soccorso in orbita: ti prego di considerare questa possibilità, anche se teorica, come abbastanza fattibile, primo perchè Atlantis era solo a due mesi dal decollo, e secondo perchè proprio Columbia era la navetta dotata di sistemi di sopravvivenza a lunga durata. Quindi, se questo caso si fosse messo in pratica, avrebbe permesso di realizzare anche l’ultimo sogno di von Braun… quello del salvataggio di una navetta in difficoltà. Era uno dei tanti perchè dello shuttle all’inizio della sua storia (anni '50 e '60).
Scusa lo sbrodolamento, ma… per me lo shuttle è una macchina fantastica, unica e irripetibile. Anzi, visto che ce ne sono ben TRE, dico che ancora oggi nessuna nazione al mondo ha saputo fare di meglio. Poi, che abbia qualche difetto, è verissimo e io non dico certo il contrario. Ma non è il bidone che dici tu.
Intanto lo Shuttle e` un veivolo parzialmente riutilizzabile con gli stadi inferiori expandable o parzialmente riutilizzabili mentre l`orbiter e`completamente riutilizzabile (si potrebbe discutere lungamente su questa affermazione...) Dal punto di vista ingegneristico questo e`esattamente l`opposto del modo corretto di progettare un veivolo parzialmente riutilizzabile.
R.:
Questo lo si sa dal 1969… basta che leggi qualche libro in proposito. Certo, farla in un modo MIGLIORE avrebbe richiesto PIU’ soldi, PIU’ tempo di sviluppo, PIU’ persone nella progettazione e intanto avremmo lavorato ancora con le Apollo. Ergo, adesso avremmo un’Apollo tremendamente efficiente e versatile, almeno almeno come ha fatto la Soyuz fino ad oggi.
Innanzitutto il primo stadio e` piu`massivo degli stadi superiori ovviamente,
R.:
Talmente ovviamente che è così per qualunque vettore spaziale. Il Saturn V aveva il S1C che da solo pesava duemiladuecento tonnellate: portava tutto il resto a novemila chilometri all’ora a una quota di sessanta chilometri. Lo shuttle ha un primo stadio che pesa circa millecento tonnellate e porta tutto il resto a seimila chilometri all’ora a quarantacinque chilometri di quota. Mi pare che sia un miglioramento.
ma ancora + importante e` il fatto che il primo stadio vola ad una altitudine ed una velocita`massima inferiori a quella orbitale con conseguenze importanti sul sistema di protezione termica.
R.:
Giusto, anche perchè il serbatoio deve durare ancora sei minuti, e viene ricoperto di vernice ablativa. Stessi problemi però aveva anche Energia-Buran. Del tutto normale ed inevitabile con questa tecnologia.
Altrettanto importante e´ l´impatto negativo sul peso del Payload della riusabilita`del solo stadio superiore. Con semplici calcoli e`possibile dimostrare che per un TSTO, 1 Kg extra di dry mass sul primo stadio riduce il peso del P/L di 0.1 Kg, mentre 1 Kg extra di dry mass sul secondo stadio riduce il peso del P/L di 1 Kg.
R.:
Vedo che stai andando nella direzione del SSTO. Hai letto di G. Harry Stine “Halfway to anywhere”? Lui dice queste cose, ma da altre parti si dice che anche lui e altri abbiano sottostimato qualche importante aspetto, primo tra tutti il fatto che un SSTO porta in orbita molta roba inutile, cioè serbatoi vuoti e paratie isolanti. Dopo ci ritorno.
Tornando allo Shuttle, l´Orbiter ha un peso di circa 100 tonnellate di cui solo 20 e`costituito da carico utile. La spinta/potenza generata dallo Shuttle potrebbe portare in orbita 5 volte il peso di un carico utile di un Titan IV, mentre la realta´e`che le perfomances sono praticamente comparabili.
R.:
Ok, ma tu consideri solo il carico utile della payload, che è ben poco… e invece considera anche l’orbiter e gli astronauti, che sono “sistemi” efficientissimi e bene addestrati che oltre a portare in orbita la payload ti fanno anche quindici giorni di lavoro scientifico secondo per secondo. E pensa all’ET, che manca l’orbita per pochissimo. In realtà il sistema STS è qualcosa che con duemila tonnellate al decollo ne può portare in orbita centocinquanta. Togli l’orbiter e al posto della payload metti un motorino sotto l’ET e hai già uno skylab e mezzo, e QUESTO per centododici volte in vent’anni. Esiste di meglio, oggigiorno? Qualunque sistema futuro (prossimi venti anni, presumo… ma spero di sbagliarmi) NON sarà così efficiente, certamente NON il CEV. Nè la Soyuz nè il Kliper.
Ulteriori inefficienze nascono poi da fattori non tecnici, quali ad esempio la pressione dei militari per avere una cargo bay molto grande tarata sui programmi della difesa, ed ancora la necessita`politica di tenere occupata tutta la forza lavoro della NASA dopo il programma Apollo, e cosi`via...
R.:
Giustissimo. Però le ali, inutili in orbita e quindi peso morto, ti riducono a una velocità accettabile il rientro su una pista per aeroplani. Diversamente devi scendere e seicento chilometri all’ora e poggiare su pattini o sgusciare via prima dell’impatto a terra. I militari insisterono soprattutto sul grande cross-range, non sulle dimensioni della payload. Ricorda che si diceva che una navetta doveva essere di stanza a Vanderberg e fare missioni di una sola orbita polare e il grande cross range serviva per atterrare a Vandenberg.
Poi, nel giro di dieci anni, i saltelliti e i sistemi informatici resero le cose molto meno dispendiose dal punto di vista delle dimensioni e dei pesi, ma la navetta venne realizzata cosà.
Un altro punto e`il rateo di lancio basso. La NASA ha cercato di ovviare progettando la ISS in funzione dello Shuttle (questa a´un`altra storia...) ma problemi tecnici dovuti al ricambio delle piastrelle ha di fatto impedito di diminuire i tempi tra un lancio ed un altro.
R.:
Infatti, sono storie abbastanza diverse e separate. In realtà l’obiettivo era di arrivare a ventiquattro missioni all’anno (1978) e poi si pensava a una quindicina (1982-83), e nel 1984-85 si andava in questa direzione, con ciò osservando accavallamenti soprattutto negli addestramenti, nei programmi dei simulatori, delle manutenzioni e dei ricambi. Si stava notando che era impossibile realizzarlo, ma c’erano contratti firmati e pensa che si vendevano anche biglietti di volo a personaggi famosi, uno era John Denver. E si parlava anche di senatori…
Questo era certamente un’aberrazione e l’incidente del Challenger avvenne addirittura in tempo ad impedire tutto ciò. Poteva non verificarsi se quella mattina NON si fosse decollato, ma prima o poi le procedure e i managers lo avrebbero reso inevitabile. Era solo questione di tempo.
In definitiva e´necessario ripensare completamente ad una nuova architettura con l`obiettivo di abbassare i costi di lancio per Kg.
I punti chiave da seguire per avere un veivolo riutilizzabile realmente economico sono a mio parere:
1) Rateo di lancio alto
2) un Ground Staff piccolo
3) riutilizzo almeno del primo stadio
R.:
Esatto, ma questo è il grande problema di tutti i vettori orbitali. Il prezzo per avere un veicolo completamente riutilizzabile è l’estremo costo di progettazione-realizzazione-sviluppo (e si parla di decenni) e quindi lo shuttle doveva essere considerato come un PRIMO PASSO verso il veicolo ottimale. E non già considerarlo un bidone da buttare, perchè così facendo e facendo ora nel progetto CEV, si sta buttando via, a seguito di continue modifiche di progetto, ciò che del sistema shuttle funziona: gli SRB sono arrivati a un ottimissimo grado di affidabilità, e il bello è che sono bastate alcune semplici modifiche; gli SSME sono motori troppo complicati e sofisticati per considerarli a perdere sul CEV e dovrebbero, invece, continuare lo sviluppo per altri vent’anni. L’orbiter andrebbe costruito con la cabina eiettabile e dotata di sistemi autonomi di sopravvivenza e salvataggio. In contemporanea si dovrebbero continuare gli studi sui materiali per alleggerire il tutto e alla fine (cioè già oggi, SE…) si arriverebbe allo shuttle 2 piuttosto diverso ma più sicuro di un ordine di grandezza. Lo shuttle è tremendamente più complicato di una Soyuz, ma se i russi dopo le tragedie della Soyuz avessero abbandonato la loro navicella, oggi avrebbero un veicolo con questi problemi. Lo shuttle E’ ancora oggi un veicolo sperimentale che viene pian pianino conosciuto e sviluppato. Anzi, DOVREBBE essere così.
Per avere i primi due punti e´necessario avere un sistema sufficientemente semplice con poca maintenance ed una facile integrazione dei sistemi. Poiche´il multistadio aumenta la complessita`e`logico per abbassare i costi di lancio considerare un SSTO. Ma qui subentrano problemi tecnologici che solo a medio termine potranno essere risolti: quindi la soluzione attualmente da scegliere e´un TSTO. In questo senso il DCX era secondo me la giusta via da intraprendere.
R.:
Ti dico solo che io impazzivo per il DC-X. Mi piace tantissimo e quando volò nel 1993 lo fecero vedere alla TV e io per avvicinarmi al TV quasi sparecchiai la tavola (con i tortellini bolognesi sopra).
Il DCX era già funzionante con poche decine di milioni di dollari, ma era un sistema ridotto; per arrivare a quello operativo, tre volte più grande, ci volevano molti altri sforzi e molto impegno da parte del governo USA.
Il problema è sempre qui: volontà politica.
Però, hai ragione: Un SSTO sarebbe veramente un grosso salto in avanti nei sistemi spaziali, altro che CEV. Ma per me lo shuttle è la macchina più bella che abbia mai visto andare nello spazio (e io sono un tifoso dell’Apollo).
ciao
Cristiano
Http://www.criscaso.com
Aspetto vostri commenti
Ecco fatto… chiedo scusa per la lunghezza.