SLS Block 1B & BOLE: Un'analisi

#1

Con l’inizio del 2019, tante notizie sono fluite riguardo all evoluzione dello Space Launch System. Ovvero il cosidetto Block 1B. Questi giorni sono critici per quanto riguarda il futuro del vettore e dei relativi piani NASA (specie in ottica Luna 2024). Iniziamo dalla base:

La differenza radicale tra SLS Block 1 e Block 1B si trova nel secondo stadio. Difatti al posto di ICPS, troviamo l’Exploration Upper Stage (EUS). Questo secondo stadio ha un diametro di 8.4 metri e contiene fino a 128000 kg di propellente. L’approccio scelto è di usare 2 serbatoi distinti (come sulla famiglia Delta), per semplificare lo stoccaggio dei propellenti e la complessità dello stadio.

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Lo stadio è spinto da 4 nuovi motori RL-10. La versione dedicata all’EUS ha da poco completato i test. Si tratta del RL-10 C3.
Questo motore pesa 230 kg e sviluppa 108.2 kN. Il diametro dell’ugello è di 185 cm. L’impulso specifico del motore è ovviamente elevato. Pur non usando un ugello estendibile l’ISP si attesta su 460.1 secondi. La spinta totale dello stadio è di 432.8 kN. Ulteriori upgrade in arrivo con il proseguio del programma X (camera di combustione full 3D printed)

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Lo stadio supporta 5 diverse opzioni per il fairing. Le configurazioni dipendono a seconda della missione. SLS B1B può essere utilizzato in modalità full cargo, oppure lancio di Orion con cargo aggiuntivo. Per quanto riguarda la modalità con crew, SLS B1B si avvale di un adattore (Universal Stage Adapter o USA) che converte il diametro di EUS (8.4 metri) nel diametro dello stack Orion (5.4 Metri). Il volume disponibile è di 283 m3. Come per ICPS ci sono slot per Cubesats.

In versione full cargo abbiamo un fairing derivato dall USA che utilizza una copertura (8.4 metri X 14 metri). Questa soluzione molto leggera, anche se relativamente poco voluminosa, offre comunque 318 m3 di volume. Anche cosi si è ben oltre il fairing del Delta 4 Heavy e anche il fairing previsto per il Vulcan. Come step successivi ci sono lo short e long fairing da 8.4 metri. Rispettivamente sono alti 19.1 e 27.4 metri, per un volume offerto di 621 m3 e 988 m3.

La performance iniziale di SLS Block 1B (EM-3) sarà nettamente superiore a quella del Block 1. I numeri variano in base alla modalità scelta (cargo o crew) e al fairing selezionato (la differenza di massa incide). SLS Block 1B Crew offre 37600 kg verso TLI. Consente di lanciare Orion e 9000 kg di cargo annessi. La performance di SLS Block 1B è superiore. SLS B1B può portare quasi 41000 kg verso TLI con il fairing da 19.1 metri. In teoria 42000 kg con il fairing da 318 m3. Tuttavia questi numeri non sono definitivi per il block 1B e probabilmente sono anche leggermente inferiori a quelli che saranno per il primo volo…

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Block nel Block… RS-25E, RELEASE 15 e BOLE
Il design del Block 1B e la relativa performance non saranno stabili, ma saranno soggetti ad evoluzione durante i primi voli della versione. I numeri del primo volo del B1B saranno influenzati positivamente già da EM-1. I dati raccolti permetteranno un miglior raffinamento del software di volo (release 15) e quindi della traiettoria ideale. Inoltre con la fabbricazione di core successivi al CS-1 inizierà un processo di “ottimizzazione” che porterà al graduale dimagrimento della massa del primo stadio (cosa molto importante su SLS in quanto il core viene portato fino alle velocità orbitali).

(pezzi del CS-2 in attesa di saldatura. Al giorno d’oggi sono già diverse le componenti saldate e che hanno ricevuto il primer)

Oltre a questi processi “naturali” 2 sono gli step per migliorare la performance del block 1B.
Il motore RS-25E entrerà in servizio sul quinto volo di SLS. Il motore RS-25E verrà utilizzato al 111% RPL (Rated Power Level) contro l’attuale 109%. L’incremento in spinta aiuterà il vettore a portare maggior massa in LEO e oltre. L’RS-25E sarà certificato per la fine del 2021 e nel 2024 la AJR consegnerà i primi 6 motori alla NASA. Si parla di 2321 kN nel vuoto (Spinta totale 9284 kN) e 1893 kN al lancio (spinta totale core 7572 kN). Oltre alla performance il motore RS-25E mira ad abbattere fortemente i costi e i tempi di produzione.

L’ultimo step che completa SLS Block 1B+ è il nuovo è il certamente molto interessante programma BOLE. BOLE sta per Booster Obsolescence and Life Extension. Come detto mesi orsono (novembre) NGIS era in “combutta” sottobanco con NASA a riguardo una collaborazione tra OmegA e SLS lato SRB. Ora è diventato qualcosa di ben più concreto e ufficiale. Il programma BOLE mira a sostituire e migliorare gli SRB di SLS. Il prescelto è il CASTOR 1200 o una versione leggermente modificata. BOLE non solo migliora la performance ma anche la sicurezza (CASTOR non usa gli O-Rings). Lato numeri, CASTOR è oltre 30% più leggero rispetto al segmento STS, 40% meno costoso, usa carburante con maggiore ISP e fornisce spinta superiore. Un CASTOR 1200 per SLS produrrebbe oltre 19000 kN di spinta (45772 kN di spinta complessiva al decollo).

BOLE aggiunge 3000 kg di performance verso TLI (45 Mt) e circa 10000 kg verso LEO (115 Mt). Aggiungendo gli altri upgrade (software+RS-25E+riduzione massa), l’evoluzione di SLS B1B terminerebbe con un payload verso TLI ancora maggiore. Non ci sono date ufficiali per l’implementazione di BOLE, ma con CASTOR 1200 che verrà testato nel Q2 2022, e le recenti spinte lunari, BOLE potrebbe venire applicato assieme all’upgrade degli RS-25E (ovvero EM-4).

CONCLUSIONI

SLS B1B rappresenta un vettore estremamente capace e potenzialmente utile in mandare carichi voluminosi e di grande massa nello spazio profondo.
Quest’anno circa 200 mln USD sono stati dedicati a EUS e ML-2. Tuttavia a seguito della proposta budget 2020, erano sorti dubbi sul destino di questo necessario upgrade. In un seguito di annunci ecclatanti su altri annunci, e la dichiarazione di Luna 2024, l’amministratore NASA ha nuovamente fatto presente la necessità di EUS e del B1B per portare a termine il compito. Il 15 Aprile verrà comunicato un nuovo budget, nel quale con ogni probabilità ci sarà un ritorno dei fondi per EUS in ottica 2020 (il tutto poi dovrà passare dal congresso ovviamente). Ulteriori update seguiranno nei prossimi giorni.

(immagini credit NASA/AJR)

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#2

Grazie
Bellissimo articolo da dove è evidente che solo questo vettore potrebbe portare qualcuno a discendere nuovamente sulla Luna

#3

Grazie per i complimenti :smiley:
Per capire che ruolo avrà questa versione nel ritorno umano sulla Luna tocca aspettare la prossima settimana. Sarà un lunedi interessante.