SPECIALE: La roadmap di Esplorazione Europea dopo la Ministeriale - Fase 2

Fase 2 2020-2025 Missioni robotiche
Mantenendo inalterati i sistemi di lancio utilizzati per la prima fase, ovvero la versione più potente di Ariane 5 e mantenendo i risultati e il know-how ricavato dalle missioni della prima fase ci si concentrerà ora al supporto operativo del ritorno umano sulla Luna. Sarà quindi il supporto alle attività umane sulla superficie lunare l’obiettivo ultimo di questa fase delle missioni automatiche lunari.
Strettamente derivato dal prototipo utilizzato per la prima fase il lander lunare operativo è ideato e focalizzato sul supporto di attività sulla superficie all’interno di una più ampia collaborazione con la Vision della NASA.
In particolare, con un payload di 1.7ton sulla superficie, il lander sarà di importante supporto alle prime fasi di esplorazione lunare, in particolare la forte modularità e “commonalità” potrà:

  • Essere utilizzato come piattaforma scientifica o di supporto alle fasi iniziali di costruzione dell’avamposto lunare
  • Consegna periodica di rifornimenti all’avamposto lunare
  • Fornitura di consumabili per estendere il raggio d’azione massimo delle operazioni di esplorazione

In particolare vengono ora considerati di particolare importanza all’interno di un quadro più ampio di collaborazione internazionale il servizio che questo tipo di mezzo può offrire durante missioni “sortie” di esplorazione. All’interno del programma di esplorazione lunare umana della NASA, il lander verrà inviato sulla superficie prima dell’inizio delle spedizioni di esplorazione (slegate dalla base lunare) in modo da rendere disponibili ai 4 astronauti punti di “approvvigionamento” di consumabili lungo il percorso di esplorazione preventivato, fornendo capacità aggiuntive di sostentamento di circa 1 mese per ogni lancio. In particolare uno o più lander preventivamente inviati e fatti allunare in punti prestabiliti possono allungare considerevolmente il raggio d’azione di missioni esplorative, soprattutto quelle effettuate tramite rover pilotati, attualmente limitate a 200km.

Ugualmente considerato fortemente importante è il supporto che potrà derivare nella velocizzazione della costruzione della base lunare con il supporto fornito dall’ESA attraverso una serie di lanci con la consegna di materiale vario.
Utilizzando una base comune, il payload sul lander sarà agganciato e montato al di sopra di un “piatto” di fissaggio, strettamente derivato da quello utilizzato per gli esperimenti esterni del Columbus (CEPA) e facilmente utilizzabile nel carico e scarico anche da sistemi robotici di movimentazione del carico.
Un possibile “profilo base” di carico potrebbe prevedere circa 500l di acqua, 480kg di alimenti e 350kg fra equipaggiamenti e gas, risorse che permettono a 4 persone di sopravvivere sulla Luna per più di un mese in condizioni normali.

Lo stesso lander è inoltre utilizzabile per una serie di obiettivi scientifici sviluppati singolarmente da ESA per gli anni a seguire e a costi relativamente ridotti basandosi su di una piattaforma già sviluppata e pronta.
In particolare sono stati studiati i seguenti profili di missione scientifica:

  • trasporto sulla luna di un piccolo rover automatico per il posizionamento sulla superficie nascosta della Luna di circa 100 elementi che vadano a formare un radiotelescopio per basse frequenze, compreso un piccolo sismografo.
  • trasporto di un sistema di escavazione per effettuare carotaggi a decine di metri di profondità sul suolo lunare per la raccolta di campioni da riportare successivamente a terra.
  • trasporto di tre piccoli rover che vadano alla ricerca di materiale terrestre sulla superficie lunare
  • raccolta di circa 1kg di materiale superficiale lunare per riportarlo a terra in maniera automatica e raccolto da due piccoli rover.

Per quanto riguarda l’orbita lunare è stata prevista una missione per il supporto alla navigazione e alle comunicazioni lunari umane e dei lander/rover con la terra. La missione, che utilizza un lanciatore Soyuz/Fregat si compone di due singole sonde, lanciate contemporaneamente e che andranno a posizionarsi rispettivamente nei punti L1 e L2 del sistema Terra-Luna. In una fase successiva sarà poi possibile aumentare la copertura e l’efficienza lanciando altre due coppie di sonde che andranno a posizionarsi negli stessi punti.
Quando il sistema sarà al completo la copertura della superficie lunare sarà completa con solamente 6 sonde senza la necessità di utilizzare antenne altamente direttive sulla superficie. L’utilizzo dei punti Lagrangiani permette di avere un’orbita altamente stabile senza molte correzioni, allungando considerevolmente la vita operativa e abbassando i costi di servizio.
Per la navigazione il sistema sarà strettamente derivato dal Galileo, con la differenza che utilizzando i punti L1 e L2 sarà composto da meno satelliti e da un numero ridotto di satelliti e sistemi di aumento della precisione del segnale sulla superficie lunare.
Anche per i rimanenti sistemi si utilizzeranno molte tecnologie già disponibili e collaudate felicemente con Mars Express riducendo ulteriormente i costi di sviluppo e integrazione.

L’ultima parte di questa fase per quanto riguarda le missioni automatiche sarà dedicata a Marte con la missione Mars Sample Return, prevista per il 2020-22, realizzata in collaborazione con la NASA e formata nel complesso da due lanci, uno con un Atlas V per il lander e un secondo probabilmente con un Ariane 5 per l’orbiter che conterrà tutto il necessario per il ritorno a terra e la capsula per il rientro.

Fase 2 2020-2025 Missioni umane
Con la seconda fase dell’esplorazione umana, una volta raggiunta la LEO autonomamente nella prima fase, si prevede di utilizzare lo stesso sistema per raggiungere e realizzare una base in LLO. Per fare questo però sarà necessario l’uso di un nuovo lanciatore pesante, a causa dell’alto numero di lanci necessari per la costruzione che sarebbero richiesti con gli attuali lanciatori, con un relativo aumento delle possibilità di insuccesso.
Il nuovo lanciatore dovrà avere una capacità in LEO di circa 50ton (il doppio circa degli attuali Ariane 5).
Con l’utilizzo di un lanciatore heavy come quello previsto si prevede di lanciare un tug che si aggancerà all’avamposto vero e proprio e che permetterà il trasferimento e l’inserimento in orbita lunare del complesso vero e proprio lanciato con un secondo lancio.
Lo scenario è ipotizzato come realistico in quanto prevede solo due lanci e un unico docking.
Anche se lo sviluppo del lanciatore heavy non è oggetto dello studio attualmente realizzato da ESA è considerato fattibile come evoluzione degli attuali Ariane 5 senza la necessità di partire da un progetto completamente nuovo e si è utilizzato l’avanprogetto realizzato da CNES e Arianespace per lo sviluppo di esso. Una seconda possibilità di lancio potrebbe essere l’utilizzo del futuro lanciatore heavy Russo, Angara.

Una volta posizionata in LLO la piccola stazione sarebbe in grado di mantenere una spedizione umana per circa 30 giorni di attività continuativa, e con la possibilità di fungere da punto di incontro per eventuali collaborazioni internazionali.
Ad esempio se si decidesse di far agganciare la capsula Orion alla stazione la sua permanenza in orbita lunare sarebbe considerevolmente estesa rispetto ai 6 mesi utili attualmente previsti in volo autonomo, con la conseguente possibilità di permettere spedizioni sulla superficie di durata maggiore.
La struttura sarebbe inoltre utilizzabile come rifugio in caso di problemi e avarie nelle varie fasi di missione sia europee che americane.
Strutturalmente la stazione sarebbe formata, in maniera simile al suo omologo terrestre da un modulo abitativo con nodo di aggancio più un modulo di servizio.
Il modulo di servizio è formato da una parte di immagazinamento delle risorse e da una piccola sezione pressurizzata che potrà ospitare esperimenti o rack specifici, in complesso sarà del tutto simile per funzioni e aspetto ad un ATV.
Il modulo abitativo invece è di struttura “classica” con una serie di portelli di accesso con aggancio IBDM/LIDS e formato da una sezione capace di accogliere i rack e da una parte che ospita i sistemi di aggancio.
Sarà dimensionata per accogliere 3 astronauti per missioni “sortie” con 6 portelli di aggancio complessivi e con dimensioni di almeno 800mm di larghezza per permettere eventuali IVA.
E’ inoltre prevedibile la realizzazione di un tug propulsivo agganciato all’avamposto in LLO per assicurare la capacità di rientro d’emergenza in qualsiasi momento per il mezzo manned, oppure l’invio in LLO dei moduli della stazione potrebbe avvenire singolarmente con un tug più piccolo con 8ton di propellente.
L’orbita prescelta è polare, per permettere una copertura totale della superficie, a 100km di altezza è piuttosto costosa in termini di mantenimento, utilizzando invece una delle previste “frozen orbit” ovvero con disturbi ridotti e minore necessità di reboost, ad esempio quella a 203x43km si prevede un periodo di 5 anni circa senza la minima necessità di assistenza per reboost.
L’orbita prescelta non è comunque attualmente fissata, ma potrebbe variare con i dati che arriveranno dalle future missioni automatiche di mappatura della gravità lunare.
Per il rifornimento sarà necessario esclusivamente un lancio di un Ariane 5 ogni 18 mesi con 4ton di materiale.

Fase 2 2020-2025 Missioni umane sulla superficie lunare
La capacità di raggiungimento della superficie lunare dell’uomo è prevista in un quadro di collaborazione con la Vision della NASA nel programma Constellation e in particolare fornendo tecnologie specifiche in cambio di slot specifici di attività umana lunare.
Faranno parte di questo scenario, come già detto i lander Europei, ma anche probabilmente piccoli rover pressurizzati per essere utilizzati in missioni dalla durata di 14 giorni in esplorazione oppure missioni “super-sortie” di durata maggiore con l’aiuto di lander preventivamente posizionati lungo il tragitto.

In allegato

  • Schema riassuntivo della Fase 2
  • Lo schema delle missioni automatiche nella Fase 2
  • Lo schema delle missioni manned nella Fase 2
  • Lo schema del lander lunare
  • La scheda del lander lunare

In allegato

  • Scheda di uno dei possibili rover lunari scientifici trasportati con il lander
  • Scheda di uno dei possibili rover lunari scientifici trasportati con il lander
  • Scheda di uno dei possibili rover lunari scientifici trasportati con il lander
  • Scheda di uno dei possibili rover lunari scientifici trasportati con il lander
  • La scheda del satellite lunare per navigazione/telecomunicazioni

In allegato

  • Schema di disposizione dei satelliti per navigazione/telecomunicazione
  • La scheda del tug di trasferimento della stazione in LLO
  • La scheda del modulo di servizio della stazione in LLO
  • la scheda della parte pressurizzata della stazione in LLO
  • Il tug di rifornimento della stazione in LLO

In allegato

  • La scheda di un possibile piccolo rover pressurizzato

Prossimamente le Fasi 3 e 4 :wink:

Alla luce di questa possibilità,perchè non pensare di utilizzare ARES-V come vettore Heavy lift ?

Credo sia un’eventualità da prendere in considerazione.

L’utilizzo del mini-lander per funzioni di logistica per la Moon Base o per le missioni Sortie è un’idea interessante. Senza contare che il mini-lander potrebbe essere utilizzato per tutta una serie di missioni automatiche anche in zone dove magari potrebbe essere troppo pericoloso far andare gli astronauti. La costruzione poi di una base orbitante in LLO è una cosa che avevamo già visto (vero Archipeppe? :wink:) e penso sia necessaria per assicurare un buon grado di sicurezza e di futuro ampiamento della Moon Base oltre che ad offrire un possibile approdo per Orion Lunare e Altair in caso di bisogno. Ovvia poi la creazione di una rete di telecomunicazioni lunare orbitale per assicurare sempre la possibilità di collegamenti audio/video/dati con la Moon Base, le missioni Sortie, la base in LLO e le missioni robotiche. Insomma anche questo passo della Roadmap mi pare ben bilanciato anche se più futuribile del primo (realizzazione del mini-lander anche se di derivazione da quello di Fase 1).

Citato da: albyz85 - Sab 24/01/2009, 23:15 [Una volta posizionata in LLO la piccola stazione sarebbe in grado di mantenere una spedizione umana per circa 30 giorni di attività continuativa, e con la possibilità di fungere da punto di incontro per eventuali collaborazioni internazionali. Ad esempio se si decidesse di far agganciare la capsula Orion alla stazione la sua permanenza in orbita lunare sarebbe considerevolmente estesa rispetto ai 6 mesi utili attualmente previsti in volo autonomo, con la conseguente possibilità di permettere spedizioni sulla superficie di durata maggiore. La struttura sarebbe inoltre utilizzabile come rifugio in caso di problemi e avarie nelle varie fasi di missione sia europee che americane.

Alla luce di questa possibilità,perchè non pensare di utilizzare ARES-V come vettore Heavy lift ?

perchè uno dei requisiti inziali era di usare lanciatori esitenti e “preferibilmente” europei… :cry:

poi “hanno cambiato” idea… :wink: (senza però andare su Ares come si sperava… :cry: )

la mancata considerazione di ares, potrebbe esser dovuta alla “poca affidabilità” del programa americano (intendo che dato che il vettore ancora non c’è, è poco opportuno studiare una missione modellata su di esso)

Questo impedirebbe anche di studiare altri potenziali elementi per l’architettura lunare basati su Ares V che attualmente sono in fase di studio anche a livello europeo.
No, il requisito era chiaro, gli studi sono iniziati un anno prima della ministeriale con lo scopo di esaminare degli scenari europei per l’esplorazione. Una semplice analisi delle due architetture presentate una a dicembre 2008 in ESTEC e l’altra, quella finale, presentata a gennaio in ESRIN, ti fanno capire che i lanciatori utilizzabili sono cambiati strada facendo.
Pensare ad un’architettura lunare basata su lanci multipli di Ariane 5 direi che è una pazzia… a meno che uno non sia costretto a farlo… :wink:

non è del tutto insensato pensare missioni costruite su “treni” di componenti assemblati in orbita terrestre…
è verò si rischia di “perdere qualche pezzo”, ma organizzandosi per tempo, si può porre rimedio anche a questo particolare.

no, io credo che invece, più che dell’affidabilità, si debba parlare di costi, e molto probabilmente un unico lancio risulta più economico.
ma in favore di vettori “minori” all’ares V vi può esser la già raggiuntà maturità, le già presenti strutture e un più probabile interesse anche per il mercato commerciale!

mi piacerebbe vedere un progetto alternativo, diverso da un “apollo like” e le idee europee, mi appaiono molto più sensate (stazione d’appoggio, satelitti di comunicazione, robot che preparano il campo).

come disse una volta un “non so chi” qualunque:

il fatto di avere la capacità di fare qualcosa non significa che bisogna farla di corsa!

piccoli passi :clap:

Sono daccordo (in parte). I “treni” possono essere vantaggiosi se ipotizzi una propulsione chimica “storable” (come fanno i russi). Ma se usi il criogenico i tempi di attesa diventano un grosso problema e purtroppo con la capacità di Ariane 5 aumentata (23ton in LEO era l’assunzione) se non vuoi trovarti con 10 pezzi da assemblare, devi per forza andare in quella direzione. Diciamo che, se mai dovessero rendersi conto che lo sviluppo di ARES V diviene troppo incasinato, un lanciatore che lanci circa la metà non sarebbe cosi da buttare.

mi piacerebbe vedere un progetto alternativo, diverso da un "apollo like" e le idee europee, mi appaiono molto più sensate (stazione d'appoggio, satelitti di comunicazione, robot che preparano il campo).

Mi fa piacere leggerlo. :wink:

Il solito problema dei criogenici… ma finchè non si cambia radicalmente il concetto di propulsione (chi mi conosce sa a cosa penso :wink: ) sono dell’idea che non si possa prescindere dall’LOX/LH…
Per Altair stesso ho notato che per l’AM usano NTO/MMH (ovviamente in quel caso i tempi di storage del propellente diventano alquanto lunghi), ma l’impulso specifico si riduce a poco più di 200 s.
Per questo, anche se un lanciatore delle proporzioni di ARES V è una sfida non da niente, rimane secondo me la scelta migliore.

PS: molto spesso ci ritroviamo (me compreso) a dire che tutto il constellation non differisce molto da un “Apollo like”. Pero’ considerando quanti soldi e risorse hanno speso per le missioni Apollo, e considerati tutti i trade-off che hanno fatto per quelle missioni, mi sembra abbastanza plausibile pensare che quelle adottate negli anni ‘70 fossero le migliori soluzioni possibili con la tecnologia presente. E tutto sommato, se andiamo a vedere lo sviluppo tecnologico in questi 40 anni, non è che ci siano stati dei balzi rivoluzionari… avremo aumentato un po’ le efficienze, avremo ridotto un po’ le masse, ma non è per niente detto che questi lievi (a mio parere) avanzamenti siano sufficienti a cambiare il risultato dei trade off…

Totalmente concorde… e se ci aggiungiamo il piccolo particolare che la fisica degli anni '60 è la stessa di oggi… il quadro è completo.

Questo è un passaggio che mi piace parecchio, realistico e obiettivo.