SLS EM-1 Stato avanzamento lavori al 21/02/2019


#1

SOLID ROCKET BOOSTERS (SRB)

  • Flight Hardware
    Questi boosters non sono altro che i boosters dello Shuttle ma con un segmento in più (in pratica è stato aggiunto quello che in figura ho indicato come SRB_3); tale modifica, in combinazione con una formula migliorata del propellente solido, garantisce delle prestazioni migliorate.
    Inoltre, visto che SLS è un vettore completamente a perdere, non è più necessario che i boosters siano muniti di paracadute e di tutti quegli accorgimenti indispensabili per renderli riutilizzabili e questo si è tradotto in un risparmio di peso. Un’altra differenza rispetto all’era Shuttle la possiamo trovare in un leggero restyling dell’ugello per sopportare meglio le vibrazioni dei quattro motori del Core Stage di SLS che si trovano molto più vicini di quanto non accadesse con STS.
    Una cosa molto importante da dire è che Northrop Grumman Innovation Systems (ex Orbital ATK) non sta producendo nuovi chassis per i 5 elementi dei booster e sta utilizzando quelli in magazzino che avevano volato nei 30 anni di era Shuttle; si stima che ci siano pezzi sufficienti per costruire 8 coppie di booster, quindi, prima del nono volo di SLS, NASA dovrà prendere una decisione per quel che riguarda gli eredi degli SRB, ossia i cosiddetti Advanced Booster, cosa che al momento è nel limbo (verosimilmente la scelta ricadrà sui CASTOR 1200, dei boosters di nuova generazione a propellente solido potenti, economici e leggeri sempre sviluppati dalla Northrop).
    Alcuni pezzi per la missione SLS-EM1 sono già al Kennedy Space Center come Nose Cape (SRB_nc), Frustum (SRB_f), Forward Skirt (SRB_fs) e Aft Skirt (SRB_as), mentre i segmenti sono allo stabilimento Northrop Grumman in Utah pronti per essere spediti in Florida via rotaia.

  • Test Articles
    I test di qualificazione dei booster sono stati 2, QM-1 e QM-2, entrambi effettuati nello stabilimento Northrop Grumman in Utah; i dati ottenuti sono stati ritenuti sufficienti per qualificare al volo la prima coppia di boosters, tuttavia è in programma un QM-3 per continuare l’ottimizzazione dell’hardware.

  • Problemi/Perplessità
    Il tappo di poliuretano posizionato all’interno dell’ugello che serve per proteggere il propellente solido dall’ambiente esterno si frantuma in pezzi molto grandi al momento dell’accensione del booster.
    Come accadeva nell’epoca Shuttle, anche in SLS i vicinissimi quattro RS-25 verranno accesi a T -6 secondi farli andare a regime, quindi è molto importante che il tappo dei booster regga, ma allo stesso tempo la sua frantumazione al momento del lancio non deve costituire un pericolo per il razzo stesso.
    Per ovviare al problema si sta lavorando su due fronti. Northrop Grumman sta studiando una miscela diversa di poliuretano altrettanto resistente, ma che si possa rompere in pezzi più fini. D’altra parte il team delle infrastrutture di terra del Kennedy Space Center sta vagliando la possibilità di orientare/modulare opportunamente gli ugelli del Sound Suppression System presenti sulla rampa per assorbire / allontanare eventuali pezzi del tappo senza farli rimbalzare pericolosamente indietro verso il razzo.

MOTORI RS-25

  • Flight Hardware
    Esistono 16 esemplari rimanenti dal programma STS (RS-25D) che sono stati adattati per essere utilizzati per i primi quattro lanci di SLS. Ora possono produrre una spinta del 109-111%, cosa che è stata possibile principalmente perché come già detto SLS è un vettore completamente a perdere, quindi anche i motori possono essere completamente ottimizzati per volare una sola volta.
    I 4 motori scelti per SLS-EM1 attualmente sono stoccati nel capannone di Aerojet Rocketdyne allo Stennis Space Center in attesa di essere spediti al Michoud Assembly Facility per essere integrati col resto del Core Stage una volta ultimato.

  • Test Articles
    Esistono 2 development engines che in questi mesi sono messi sotto torchio allo Stennis Space Center nello storico Test Stand A-1. Tutti i test in questione ormai sono rivolti alla così detta “Production Restart”, ossia alla costruzione dei nuovi motori (RS-25E) che saranno utilizzati dal quinto volo di SLS in avanti; l’utilizzo di tecniche costruttive moderne assicurerà prestazioni ancora superiori, in particolare una spinta del 111-113%.

  • Problemi/Perplessità
    Al momento non abbiamo notizia di particolari problemi con questo elemento.

ENGINE SECTION (ES)

  • Flight Hardware
    La Engine Section è la parte più bassa del Core Stage ed è dove verranno agganciati i quattro RS-25. È costituita sostanzialmente da due sezioni; nella parte superiore oltre che alla intricata rete di tubature per alimentare i motori col propellente che arriva dai serbatoi sovrastanti, è installata anche tutta la parte idraulica che è deputata a far muovere gli attuatori del controllo vettoriale degli ugelli. La parte inferiore invece, chiamata Boattail (ES_bt), contiene le travi strutturali alle quali verranno fissati fisicamente i motori ed è inoltre dotata di 4 piccoli scudi termici per resistere al calore sviluppato durante il lancio.
    L’hardware destinato al volo attualmente si trova al Michoud Assembly Facility.

  • Test Articles
    Come è consuetudine è stato costruito un esemplare gemello della Engine Section destinato alle prove strutturali presso il Marshall Space Flight Center. Se guardate attentamente il test article, noterete che oltre ad avere una che riproduce fedelmente l’hardware che effettivamente volerà (verniciata in verde), è composto anche da una sezione in grigio; questo elemento aggiuntivo serve per simulare l’interfaccia con il resto del razzo ed è fondamentale per ottenere dei dati il più fedeli possibile alla realtà durante la campagna di stress-strutturali.
    Questo genere di test viene effettuato in apposite gabbie che hanno l’aspetto di intricate impalcature dotate di decine di pistoni, presse e sensori che “strapazzano” ed analizzano l’hardware accuratamente. Inoltre queste sofisticate strutture sono munite di un sistema di raffreddamento per simulare le bassissime temperature che si vengono a sviluppare intorno al razzo quando viene riempito dai propellenti criogenici.
    Il banco di prova appositamente costruito per la Engine Section di SLS si trova nell’edificio 4619 del Marshall ed è proprio lì che la campagna di test si è conclusa con successo; il test article ha sopportato egregiamente carichi che sono stati spinti fino al 200% di quelli che ci si aspettano durante il lancio, quindi dal punto di vista strutturale la Engine Section è stata dichiarata idonea al volo.

  • Problemi/Perplessità
    Durante un’ispezione per il controllo qualità, gli ingegneri di Boeing hanno rilevato dei residui di paraffina nelle tubazioni della Engine Section destinata al volo. La cera di paraffina è utilizzata nel processo industriale di piegatura dei tubi: viene scaldata e versata allo stato liquido all’interno dei tubi, poi una volta solidificata si inizia la piegatura; questo impedisce che si formino delle imperfezioni e delle strozzature che potrebbero compromettere il flusso all’interno del circuito idraulico. Una volta finita la lavorazione, si riscalda nuovamente il tubo e la paraffina sciolta viene fatta fluire fuori, passaggio che in questo caso non è stato compiuto a dovere.
    Boeing ha deciso di revisionare completamente tutte le tubazioni, cosa che si è rivelata piuttosto laboriosa visto il livello di integrazione dell’hardware. Alcuni tubi sono stati scaldati nuovamente e puliti a dovere, mentre in alcuni casi si è preferito sostituirli completamente utilizzando quelli già in produzione per il volo EM-2.
    Le ultime dichiarazione ufficiali parlano che nonostante i comprensibili ritardi accumulati per la risoluzione di questo problema, attualmente lo stato di avanzamento lavori sulla Engine Section destinata al volo sia al 85%.

SERBATOIO IDROGENO (LH2)

  • Flight Hardware
    Con i suoi 40 metri di altezza il Serbatoio dell’Idrogeno è l’elemento più imponente di SLS, ma non solo, perché è in assoluto il più grande serbatoio criogenico per razzi mai realizzato. Esattamente come tutti gli altri componenti ingombranti del Core Stage è stato costruito al Michoud Assembly Facility ed è proprio lì che si trova attualmente.

  • Test Articles
    Il gemello per le prove strutturali del Serbatoio dell’Idrogeno è stato consegnato a metà gennaio 2019 al Marshall Space Flight Center dove è stato issato al test stand 4693; se considerate che il mockup è composto oltre che dal serbatoio anche da due sezioni aggiuntive davanti e dietro per simulare le interfacce (raggiungendo così una lunghezza di 57 metri), potete immaginare le dimensioni di questo banco prova appositamente costruito da maggio 2014 a dicembre del 2016.
    La campagna di test strutturali è tuttora in corso.

  • Problemi/Perplessità
    Al momento non abbiamo notizia di particolari problemi con questo elemento, se non qualche lieve ritardo della campagna di test al Marshall dovuto allo shutdown del governo USA di inizio 2019.

INTERTANK (IT)

  • Flight Hardware
    A differenza di tutti gli altri pezzi del Core Stage che nascono a partire da grandi lamiere piegate, saldate ed assemblate nel Vertical Assembly Center del Michoud Assembly Facility, l’Intertank è l’unica a seguire un processo produttivo totalmente diverso; si tratta infatti di un cilindro alto sette metri formato da otto “spicchi” tenuti insieme da circa 7500 bulloni. Il suo caratteristico aspetto a griglia (la chiamano ribbed structure) lo si deve ad un uso estensivo di traversine di rinforzo longitudinali e trasversali, che la percorrono lungo tutta la superficie esterna e che la rendono estremamente solida.
    Il motivo di questa architettura irrobustita è da ricercare nella sua funzione, infatti l’Intertank non si limita semplicemente a distanziare i due serbatoi del Core Stage, ma ha anche un compito strutturalmente critico: è su di essa che i boosters scaricheranno tutta la loro spinta. Da questa immagine si nota molto bene che all’interno del cilindro c’è una grande trave alle cui estremità sono incernierati due perni esterni, ed è proprio lì che si agganceranno i SRBs (che naturalmente sono ancorati anche in basso sulla Engine Section, ma è sull’Intertank che si concentreranno la maggior parte delle forze sprigionate durante il lancio).
    L’Intertank è anche la sede di parte dell’avionica che governerà il razzo, infatti al suo interno saranno installati i controller della telemetria, i circuiti di distribuzione della potenza, i giroscopi, sensori del livello del carburante, i trasmettitori radio ed alcune telecamere ingegneristiche.
    A fine gennaio 2019, nel Building 110 di Michoud, l’Intertank, il Serbatoio dell’Ossigeno e la Forward Skirt destinati alla missione SLS-EM1 sono stati assemblati in verticale formando il cosiddetto Forward Join. Successivamente lo stack verrà riposizionato in orizzontale e trasportato al Building 103 dove sarà unito al resto degli elementi del Core Stage.

  • Test Articles
    La copia dell’Intertank per le prove strutturali è stata consegnata a inizio marzo 2018 al Marshall Space Flight Center ed è stata posizionata in un banco di prova appositamente costruito nell’edificio 4619 (lo stesso nel quale è stata testata la Engine Section).
    Esattamente come il test article del Serbatoio dell’Idrogeno, anche quello dell’Intertank è composto da due sezioni aggiuntive, davanti e dietro, per simulare le interfacce (raggiungendo così una lunghezza di quasi 15 metri); la campagna di test strutturali è ancora in corso e questa infografica fornisce qualche dettaglio in più su come viene svolta (curioso ad esempio il fatto che l’elemento sia stato posizionato sottosopra sul banco di prova).

  • Problemi/Perplessità
    Ancora una volta lo shutdown del governo USA di inizio 2019 ha causato dei ritardi sulla tabella di marcia di (in particolare sulla campagna di test al Marshall), ma non si hanno notizie di altri problemi.

SERBATOIO OSSIGENO (LOX)

  • Flight Hardware
    Il Serbatoio dell’Ossigeno, ad eccezion fatta per la sua dimensione più contenuta (più di 15 metri), è del tutto analogo a quello dell’idrogeno.
    Avrete già intuito che attualmente si trova nel Building 110 del Michoud Assembly Facility dove è stato unito all’Intertank e alla Forward Skirt completando il Forward Join.

  • Test Articles
    L’assemblaggio della copia per i test strutturali del Serbatoio dell’Ossigeno è un po’ più in ritardo rispetto a quello che abbiamo visto sino ad ora ed in effetti online si trova solo questa foto che risale al 2017; tuttavia in tempi relativamente brevi ci si aspetta di vedere l’hardware completato, munito delle solite sezioni aggiuntive davanti e dietro per simulare le interfacce, spuntare da qualche parte a Michoud pronto per essere consegnato al Marshall Space Flight Center dove è stato costruito un apposito test stand, il 4697.
    Il colpo d’occhio durante le prove strutturali dovrebbe avvicinarsi molto a questo rendering.

  • Problemi/Perplessità
    Il ritardo della produzione del test article del Serbatoio dell’Ossigeno è stata una scelta voluta per portare avanti più speditamente i lavori col gemello destinato al volo. Sì è così potuto portare a termine il Forward Join in tempi più rapidi.

FORWARD SKIRT

  • Flight Hardware
    L’ultimo elemento del Core Stage è la Forward Skirt. Analogamente a quanto già visto nell’Intertank, anche in quest’anello alto circa 3 metri e mezzo troviamo alcuni componenti chiave dell’avionica del razzo, in particolare il computer di volo e le unità di navigazione inerziale.
    Abbiamo anche già detto che la Forward Skirt destinata al volo è stata unita agli altri due elementi del Forward Join all’interno del Building 110 al Michoud Assembly Facility.

  • Test Articles
    Sebbene all’inizio della progettazione di SLS fosse previsto un test article della Forward Skirt (esattamente come tutti gli altri segmenti del Core Stage), Boeing successivamente ha valutato sufficienti le simulazioni analitiche a computer per certificare al volo questo elemento.

  • Problemi/Perplessità
    Al momento non abbiamo notizia di particolari problemi con questo elemento.

LAUNCH VEHICLE STAGE ADAPTER (LVSA)
coming soon

INTERIM CRYOGENIC PROPULSION STAGE
coming soon

ORION STAGE ADAPTER
coming soon


#2

Oh yes. Finalmente ci divertiamo un pò con SLS.

Qualche delucidazione sui Solid Rocket Boosters e il famigerato Block II. Come dici la NGIS (Former Orbital ATK) ha in stock 80 segmenti dell’era Shuttle. Il che significa materiale per 16 booster a 5 segmenti per 8 voli. A partire da EM-8 (se diamo per scontata SM-1) la versione Block II di SLS dovrà forzatamente entrare in servizio.

MA secondo me è molto probabile un entrata in servizio del Block II prima che la NGIS finisca tutti i case per booster dell’era Shuttle.

Partiamo dal fatto che l’advanced booster competition si concluse con un nulla di fatto, ma che è noto che la NASA preferisse gli SRB avanzati in quanto soluzione più rapida ed economica da eseguire. Il programma Dark Knight non ha ricevuto quindi nessun funding concreto dalla NASA, ma la O-ATK e poi NGIS hanno comunque proseguito il programma sotto altro nome. Il programma CBS (Common Booster Segment). Nuovo nome stessa pasta. L’obbiettivo è di realizzare booster ad elevatissimo potenziale (HTPB), ultra leggeri (grazie a materiali compositi) e ben più convenienti sul piano del prezzo. Il programma CBS come sappiamo è volto a sostenere il nuovo vettore NGIS. Omega.

La cosa si è fatta piccante solo negli ultimi mesi mentre NGIS stava assemblando il primo CASTOR 600 (E dopo che NGIS ha ricevuto i corposi fondi EELV). La Northrop non ha fatto mistero di essere in stretto contatto con la NASA per quanto riguarda il successore dell’ RSRMV. Il successore non sarebbe altro che il CASTOR 1200 che volerà su Omega Heavy nel 2024. la NGIS ha parlato di grande sinergia tra SLS e OmegA. In effetti si tratterebbe di una situazione Win-Win sia per la NASA che per NGIS.
(https://www.nasaspaceflight.com/2018/11/northrop-grumman-synergy-omega-sls-solid-boosters/)

La NASA avrebbe un booster che fornisce un ulteriore boost di payload a SLS in tempi molto brevi (e senza spendere un Cents di R&D) a un prezzo come dichiarato da NGIS del 40% inferiore a quello di un RSRMV (un numero ““casualmente”” uguale a quello annunciato nel lontano 2015). La NGIS si guadagna non solo un ulteriore contratto per la produzione ma dovendo produrre più segmenti CBS, farebbe scendere ulteriormente anche il prezzo dell’hardware per il suo vettore. Ovvero OmegA.

Passiamo al concreto… CASTOR 1200 può sostituire l’RSRMV di SLS? Assolutamente si. Nonostante il CASTOR 1200 sia un 4 segmenti contro i 5 attuali, il segmento singolo del CBS è più grande di quello Shuttle (oltre ad avere pareti più sottili ed essere molto più leggero dei case in acciaio dell’era Shuttle). Il CASTOR 600 ha già rotto il record dell’RSRMV per quantità di propellente in un singolo segmento. 102200 litri di propellente contro i quasi 125000 litri di un CBS. Il modesto 2 segmenti sprigionerà ad Aprile 9500 kN di spinta.
(https://news.northropgrumman.com/news/features/northrop-grumman-completes-first-live-motor-cast-for-omega-rocket)
Solo 2.5 MN in meno al 4 segmenti dello Shuttle. Il CASTOR 1200 si prevede supererà i 20 MN (!!!) di spinta. Il tutto con meno peso e maggiore impulso specifico. Il CASTOR 1200 altro non è che l’incarnazione reale del Dark Knight proposto nel 2015. Paradossalmente i booster di SLS Block II sono più concreti al momento dell’Exploration Upper Stage per il block 1B.
il primo test fire di un CASTOR 1200 lo potremo vedere as early as Q4 2022. Il volo è previsto nel 2024. Lo stesso anno per cui si prevede anche il primo lancio di un SLS Block 1B.

Ovviamente ci vorrà un pò di tempo per dichiarazioni ufficiali e NGIS nel mentre farà le sue trattative sottobanco. Ma è quasi una certezza che il CASTOR 1200 sarà il nuovo booster di SLS. La vera domanda è quando. Dipende dalla NASA e dalla NGIS. Se la NGIS conclude un QM-1/QM-2 e i 2 voli (2024) con successo allora non vedo problemi a un SLS con motori CASTOR già a partire da EM-5. I tecnici NGIS hanno già affermato che sostituire un RSRMV con un CASTOR 1200 non comporterebbe alcun problema di incompatibilità. Ne lato hardware ne lato software.

P.S. Ricordo che durante il podcast avevi detto che il serbatoio LOX STA era mancante all’appello. Ebbene si. Si tratta dell’ultimo test article che il MAF deve consegnare. Si è preferito dare priorità al serbatoio LOX che andrà a volare su EM-1, e quindi il lavoro sul LOX STA era stato bloccato. Adesso che il Forward Assembly è stato completato, tra non molto sentirermo parlare anche di questo ultimo Test Article.


#3

Vorrei aggiungere questo video rilasciato l’11 febbraio sul test stand B-2 dello Stennis dove sarà testato il core stage. I timelapse fanno impressione.


#4

Il video è stato rilasciato in occasione del complatamento dei lavori/test sul B-2. Lo stand è effettivamente pronto per la Green Run.


#5

Una foto che ho scattato il 24 agosto 2017 dello stand B


#6

Bellissimo video


#7

Altra carrellata di immagini sul Forward Assembly credit NASA,MSFC e MAF.
Al momento lo stack è nella fase finale dei lavori di completamento. A metà Marzo il forward Assembly verrà rimosso dal VAB del Building 110 e messo in orizzontale. Verrà quindi spostato nel building 103 in attesa del final assembly (il final assembly avviene in orizzontale, dato che l’intero stadio è troppo lungo per essere assemblato verticalmente nel VAB del MAF)





segnalo inoltre quest’articolo ricco di ulteriori informazioni sulle tempistiche di assemblaggio
https://www.nasaspaceflight.com/2019/02/boeing-milestone-join-inaugural-sls-core-stage/