Lo Space Shuttle, Parte I

Lo Shuttle. In italiano significa semplicemente “navetta”, ma in generale a questa parola non si può che associare lo Space Shuttle, lo Space Transportation System (STS) per chiamarlo con il nome corretto, il simbolo indiscusso che ha dominato la scena delle missioni spaziali degli ultimi 30 anni, la macchina più bella, più potente e più affascinante che l’uomo abbia mai costruito.

Sono 3 gli elementi principali che compongono lo Space Shuttle:

• I due Solid Rocket Boosters (SRBs) laterali bianchi
• La grossa External Tank (ET) arancione centrale
• L’Orbiter vero e proprio, quello in cui alloggiano gli astronauti ed il carico da trasportare

Figura 1 - Principali componenti dello Space Shuttle

I due Booster laterali forniscono più dell’80% di spinta al lancio, senza di essi lo Shuttle non potrebbe nemmeno staccarsi dalla rampa di lancio, non si sposterebbe di un centimetro. Sprigionano una potenza inaudita, nei primi istanti dopo l’accensione riescono a generare circa 3.300.000 pounds di spinta l’uno, quasi 15 milioni di Newton. Bruciano solamente per un paio di minuti, generalmente la separazione avviene circa 124-125 secondi dopo il decollo, ma in questo breve lasso di tempo riescono a portare l’intera struttura fino a circa 44 km di altitudine.

Figura 2 - Boosters Separations

ripresa da una speciale telecamera

del KSC

Il loro compito comunque non è solamente quello di generare cotanta potenza, ma svolgono anche un ruolo di sostanziale importanza dal punto di vista strutturale. I boosters infatti si fanno anche carico di sostenere tutto il peso della restante struttura (External Tank + Orbiter) trasferendolo alla Piattaforma Mobile di Lancio (MLP) attraverso 8 punti di fissaggio (4 per ciascun Booster) che vengono fatti saltare con delle cariche esplosive immediatamente prima del decollo.

Una volta staccatisi dall’External Tank i Booster, con l’aiuto di un paracadute, ricadono lentamente in mare a circa 240 km al largo della costa orientale della Florida. Due apposite navi poi li recuperano e li riportano al Kennedy Space Center, dove vengono esaminati e ispezionati per poter essere riutilizzati (completamente o in parte) anche nei lanci successivi.

Figura 3 - Recupero di un Solid Rocket Booster

Peculiarità dei Boosters è che essendo alimentati da un propellente solido (principalmente perclorato d’ammonio, alluminio e ossido di ferro) una volta accesi non possono più essere spenti. Sono dotati però di un dispositivo di sicurezza chiamato Range Safety System in grado, in caso d’emergenza (ad esempio razzi fuori controllo come durante l’incidente al Challenger nel 1986), di distruggerli evitando che si schiantino a terra con tutte le conseguenze che ne deriverebbero.

Se grazie all’aiuto dei Booster gli astronauti riescono a spingersi fino a 44 km di altitudine è grazie all’External Tank che riusciranno a portarsi al di fuori dell’atmosfera. L’ET infatti è il vero e proprio serbatoio dell’Orbiter, un contenitore gigante di idrogeno e ossigeno liquidi che vengono pompati in pressione verso i tre propulsori principali dell’Orbiter, gli SSME (Space Shuttle Main Engine). Le dimensioni di questo serbatoio sono impressionanti, circa 47 metri di altezza per 8.4 metri di diametro, la Figura 4 dovrebbe rendere abbastanza l’idea. Al decollo arriva a superare le 760 tonnellate di massa, 630 delle quali sono costituite da ossigeno liquido, posto nella parte superiore per questioni di stabilità, e 106 da idrogeno liquido posto nella restante parte inferiore. Nonostante la massa d’idrogeno sia circa un sesto di quella dell’ossigeno, il volume inferiore in cui viene posto l’idrogeno è molto maggiore di quello superiore riempito di ossigeno a causa della notevole differenza di densità tra il combustibile e il comburente allo stato liquido.

Il combustibile contenuto all’interno dell’External Tank comincia a bruciare pochi istanti prima del decollo (supportando i Solid Rocket Boosters) ed esaurisce i suoi quasi 2 milioni di litri all’incirca 8 minuti e mezzo più tardi, quando ad un’altitudine di circa 113 km lo Shuttle può ormai essere considerato come un vero e proprio “aereo nello spazio”. A questo punto anche l’External Tank ha compiuto il suo dovere e seguendo una precisa procedura si stacca dall’Orbiter immettendosi in una predefinita traiettoria che la porterà a bruciare in atmosfera tramite quello che in gergo viene chiamato un “rientro distruttivo”. I detriti precipiteranno poi nell’oceano Pacifico o in quello Indiano, ben lontano dalle rotte navali, senza essere recuperati. L’ET è l’unica parte non riutilizzabile dello Space Shuttle.

Figura 4 - Trasporto dell’External Tank verso il Vertical Assembly Building (VAB)

E veniamo all’Orbiter, quello a cui viene spontaneo pensare ogni qualvolta si nomini la parola “Shuttle”. L’Orbiter, contrariamente alle apparenze, è molto più simile ad un grosso aliante piuttosto che un normale aereo. E’ infinitamente più complesso di un aliante comune, ma il suo principio di funzionamento, specialmente nella fase di rientro, è praticamente identico.

Una descrizione dettagliata dell’Orbiter richiederebbe un’infinità di tempo, ma anche volendo semplificare le cose al massimo sono talmente tante le curiosità che vale la pena sapere che preferisco raccontarvi il tutto in un articolo a parte dedicato esclusivamente ad esso: questo.

Vi riporto qui di seguito alcuni dati che anche se per molti di voi saranno ben noti, sicuramente per molti altri non lo sono. Nella storia della NASA sono stati solo 5 gli Shuttle costruiti, in ordine cronologico: Columbia (1981), Challenger (1983), Discovery (1984), Atlantis (1985) ed infine Endeavour (1992). In tutto sono stati effettuati 134 voli, per un totale di 66 satelliti messi in orbita. Nove voli raggiunsero la vecchia stazione spaziale MIR mentre ben 34 hanno avuto come destinazione la ISS. L’ultimo volo dell’ultimo Shuttle, l’STS-135 è previsto per questa estate e con esso anche l’ultima navetta, l’Atlantis, andrà definitivamente in pensione occupando un qualche museo degli Stati Uniti.

Purtroppo il prestigio si paga spesso a caro prezzo e come in ogni cosa di grande successo non mancano le note dolenti.

Nel 1986 si verificò il primo grande disastro dell’era Shuttle, quando il Challenger esplose dopo soli 73 secondi di volo a causa del cedimento di una guarnizione del Solid Rocket Booster destro che causò una fuoriuscita di fiamme e la conseguente esplosione dell’External Tank. In questa tragedia persero la vita sette astronauti tra i quali anche la povera Christa McAuliffe, selezionata per diventare la prima insegnante ad andare nello spazio dal quale avrebbe dovuto tenere anche una lezione di scienza in collegamento con gli studenti di mezzo mondo.

Nel 2003 invece il secondo e ultimo incidente, quello del Columbia. Durante il rientro si staccò una mattonella dello scudo termico (danneggiata durante la fase di lancio) e venne quindi a mancare l’isolamento tra la parte inferiore dello Shuttle che raggiunge di norma i 1600°C di temperatura e l’interno dell’abitacolo. Il flusso di calore penetrò istantaneamente all’interno dell’Orbiter polverizzando all’istante la navetta e i 7 astronauti che la occupavano.

Figura 5 - Disastro del Challenger (1) del 28-01-1986 e del Columbia (2) del 01-02-2003

Nonostante lo Space Transportation System si sia rivelato un programma fallimentare dal punto di vista dei costi e con un’affidabilità non proprio conforme alle aspettative, rimane a mio avviso un grande successo dal punto di vista dell’immagine. Con l’ultimo volo dello Shuttle Atlantis che avverrà nei prossimi mesi si chiuderà un’era. Sarà la fine di un ciclo di missioni che ha permesso, oltre alla messa in orbita di importanti satelliti come lo Space Hubble Telescope, il completamento della Stazione Spaziale Internazionale. Nei prossimi anni gli americani si affideranno alla Soyuz dei russi per raggiungere la ISS e nel contempo porteranno avanti progetti per lo sviluppo di una propria navicella spaziale. La NASA infatti, oltre a finanziare enti privati per lo sviluppo di sistemi di trasporto commerciali, sta sviluppando in parallelo un nuovo velivolo che porta il nome di Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV). Si va verso il futuro, ma si ritorna al passato; si sta infatti investendo in un sistema di trasporto a stadi che sfrutta la tecnologia delle capsule, proprio come nell’odierna Soyuz e nelle vecchie missioni Apollo.

Figura 6 - GTA (Ground Test Article) del Multi Purpose Crew Vehicle - ingrandisci

Si investe in tecnologie più sicure, più economiche e più affidabili ma la bellezza, il fascino e l’impatto mediatico che hanno accompagnato lo Space Shuttle in questi ultimi 30 anni…difficilmente potranno essere eguagliati.

Addio Space Shuttle.

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