SLS Block 1B e BOLE (Booster Obsolence and Life Extension)

Missioni con equipaggio in corso SLS - Space Launch System
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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:

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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.

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)

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.

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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.

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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…

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).

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(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.

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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).

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

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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.

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AGGIORNAMENTO.
Con le le bozze di budget rilasciate sia dalla Casa Bianca che dalla House Commitee, sembra che non ci saranno problemi per la continuazione dello sviluppo di SLS Block 1B. Entrambe le richieste di budget sostengono lo sviluppo di EUS e della nuova torre per MLP-2. Il Congresso già in passato si è dimostrato favorevole al programma. Quindi possiamo dire che la situazione è GO. EUS dovrebbe superare la CDR nel Q4 di quest’anno con l’inizio di lavoro su Hardware nel 2020.

Da segnalare che per quanto riguarda le richieste del House Commitee, SLS Block 1B sarà un pezzo cruciale nel lancio dell’Europa Lander. La missione ha ricevuto sostegno dal congresso attraverso l’FY 2018 e 2019, e sembra che riceverà fondi significativi assieme a Europa Clipper anche per FY2020. Europa Clipper per ora dovrebbe venire lanciata a Luglio 2023. L’Europa Lander a Ottobre 2025. Se la missione andrà in porto sarà di gran lunga il più grosso oggetto mai lanciato verso il sistema solare esterno, con una massa stimata di oltre 16000 kg. Date le grosse dimensioni per portare la sonda su Giove servirà SLS B1B. In teoria questa missione sarebbe classificata come SM-2 (Science Mission 2).

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Slide che racchiude molti dettagli sullo status del programma SLS

Pare che per quanto riguarda il Block 1B, ci sia volontà di usarlo per Artemis 3, in maniera da avere un vettore in grado di portare ancora più massa verso TLI, e anche un vettore capace di lanciare Europa Lander. Il funding verrà probabilmente deciso e stanziato a Gennaio 2020. Da sottolineare come il contratto per il MLP-2 (Ovvero la torre per il B1B) sia pronto.

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BIG NEWS per SLS Block 1B.
Assegnato il contratto per la costruzione della torre per il Block 1B. Il contratto da 383 milioni di dollari è stato assegnato alla Bechtel National.
I lavori inizieranno il 1 Luglio è termineranno a Febbraio 2023.
Quindi a partire dal 2023 la NASA avrà a disposizione ML-1 per i lanci di SLS Block 1 e ML-2 per i lanci di SLS Block 1B.
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-awards-contract-for-second-mobile-launcher-at-kennedy-space-center

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Da quello che mi è parso di capire, anche in passato, il Block-1B non è stato mai davvero in discussione a livello del Congresso (lasciamo perdere quello che scrive la stampa), piuttosto è il Block-2 che è sempre in “bilico” quanto a finanziamenti.
Ovvero non si capisce, almeno io non capisco, se veramente hanno intenzione di perseguirlo o meno.

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considerato che l’SLS Block 1B ha le capacità del Saturn 5, e che per ora il focus è la Luna, SLS Block 2 appare molto in alto mare. Alcuni upgrade molto utili come il fairing da 10 metri potrebbero venire facilmente trasferiti sul B1B. La vera gemma del Block 2 sono i booster avanzati che permettono un ulteriore salto di qualità in payload. Tuttavia questi booster (che per inciso non sono i BOLE, quelli sono uno stop gap diciamo) non sappiamo ancora come saranno, ne ci sono seri studi a riguardo. Per estrarre il vero potenziale dovrebbero essere preferibilmente liquidi. Probabilmente se ne riparlerà nel 2024 o giù di li con il B1B in servizio.

Tornando a ML-2, queste sono le differenze tra le 2 torri, con ML-2 che sarà anche più alta di ML-1 (ML-1 svetta a 115 metri).

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(immagine credit NASA/GSDO)

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Sempre dai Rendering del Block-2, sembrerebbero dei BOLE con diametro maggiore e forse con un segmento in più? Sono dati veramente limitati perché non abbiamo nessun dato certo sul Block-2.

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Non so a quali rendering ti riferisci, ma se sono i soliti erano stati fatti ben prima che si parlasse di BOLE.
Sono proprio tutta un’altra cosa.

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I rendering delle slide che parlano del Block 2 sono a fine puramente rappresentativo. L’unico dato più concreto di cui si parla dei Block 2 sono le performance. almeno 130 ton verso LEO e almeno 50 ton verso la Luna. Questi sono i paletti minimi del vettore.

Poi la performance effettiva dipendererà da ciò che verrà scelto. Per esempio quando (se) entrerà in servizio SLS B2 ci sarà già in servizio SLS B1B+ (probabilmente verrà ridifinito B1C). Sarà un vettore con le capacità praticamente del B2. Se si guarda al salto in performance dal Block 1 al Block 1B si vede che si tratta di un guadagno enorme in performance. Un passaggio dal Block 1C al 2 con i requisiti minimi sarebbe qualcosa di molto magro. Se il 2 si farà, si farà con l’intenzione di andare su Marte e quindi la necessità di portare su carichi di grande massa da assemblare. E qui ci cadrebbe a pennello un SLS Block 2 con booster liquidi in grado di portare 170000 kg in LEO e una massa molto significativa verso Marte in maniera diretta.
Diciamo che è meglio concentrarsi a parlare sul Block 1B e le sue evoluzioni interne che ci daranno un vettore estremamente capace. Il Block II se ne parlerà a tempo debito.

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Beh il Block 1B per ora è comunque fermo dal punto di vista dell’upper stage. L’exploration upper stage al momento non è finanziato.

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Reinvito a rileggere il budget NASA per l’ FY2019 allora.

In totale tra 2018 e 2019 EUS ha ricevuto fondi per 450 milioni di dollari. Si parla di una possibile CDR per fine anno (con incluse le modifiche di ottimizzazione per traiettoria lunare).
Vedremo come si sviluppa la situazione per FY 2020. C’è un consenso generale per stanziare fondi per iniziare la costruzione dello stadio nel 2020. Si aspetta come al solito gennaio 2020.

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Io intendevo quello per il 2020 infatti, che sarebbe andato ad interrompere ogni attività di sviluppo:

Ma mi ero perso il fatto che questa modifica al momento è stata annullata e che dovrebbero esserci $200,000,000 per il suo sviluppo nel FY2020.

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Boeing pare che confermi l’uso di Exploration Upper Stage in Artemis 3. Si spera che ci siano novità riguardo alla CDR per fine quest’anno.

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Per il 2020 il Congresso mira a dare 300 milioni di dollari per l’ Exploration Upper Stage.

Sembra che anche la NASA e le compagnie che partecipino al landee lunare stiano spingendo per un uso più ampio di SLS Block 1B.

Difatti se prima le compagnie che partecipano al concorso per il lander lunare potevano progettare le loro architetture attorno a lanciatori commerciali, adesso NASA ha messo a disposizione SLS a seguito di specifiche richieste da diversi potenziali contractor. L’uso di SLS permette di semplificare l’architettura del lander e diminuire gli stadi richiesti andando a risparmiare sul processo di R&D e costruzione.

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A livelli più teorici (molto interessanti) troviamo anche il “probe interstellare” di NASA. Questo progetto sembra prendere timidamente piede all interno di NASA. L’eventuale data di lancio sarebbe nel 2029. La proposta è di utilizzare la forza bruta di SLS Block 1B aggiungendo un ulteriore stadio come payload sfruttando l enorme fairing da 8.4 metri.
Il volume offerto permette di piazzare una sonda da 500 kg e uno stadio Centaur. Opzionalmente si potrebbe anche aggiungere uno stadio solido.
L’energia di lancio umilierebbe New Horizons con valori compresi tra 300 e 400 km2/s2. facendo raggiungere a questa sonda velocità mai toccate da artefatti umani in traiettoria di fuga.

(Slide credit Boeing)

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La NASA pubblica l’infografica sull Exploration Upper Stage.
Nella configurazione Crewed, EUS permette di lanciare Orion e 10 tonnellate di carico utile aggiuntivo verso la Luna…

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(Slide credit NASA)

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La NASA assieme alla NGIS inizia a lavorare sui nuovi booster di SLS.
I nuovi booster basati su quelli del vettore OmegA utilizzano un carburante nuovo per quanto riguarda le applicazioni civili. Infatti se i booster attuali di SLS usano PBAN, i successivi useranno il più energetico HTPB.

I primi static fire in scala ridotta servono per analizzare come materiali isolanti e nozzle si comportano con questo nuovo propellente.

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Nozzle: ugello del motore a razzo

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BIG BIG NEWS!
l’Exploration Upper Stage o EUS ha completato la CDR! (Critical Design Review).

Come tutti sappiamo la NASA aveva chiesto a Boeing di estrarre maggiore performance dal nuovo stadio. Il risultato sono 45000 kg verso TLI.
Boeing inoltre comunica che le strutture per supportare la produzione di EUS sono state aggiornate o fabbricate. Staremo quindi a vedere quando il primo EUS inizierà a prendere forma a Michoud.

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