Nuove proposte di stadio superiore aprono le strade a nuove missioni di SLS

Manca circa un anno prima di poter assistere al volo inaugurale della nuova capsula adibita al trasporto umano di NASA, Orion, che però avverrà tramite il vettore Delta IV. Invece il volo inaugurale del nuovo vettore pesante Heavy Lift Vehicle (HLV), denominato SLS è previsto per dicembre 2017 e il lavoro di sviluppo continua secondo i programmi.

Attualmente gli ingegneri che sono responsabili dello sviluppo futuro del razzo (dopo il volo inaugurale in configurazione base), stanno puntando le loro attenzioni sulle capacità multi-uso ipotizzate per questa macchina. Le missioni proposte per SLS coprono un vasto spettro: si va da voli in Low Earth Orbit (LEO) verso la ISS a voli verso asteroidi del Sistema Solare Interno.

Schema di LUS con 4 motori RL-10. Credits: NASASpaceFlight, NASA, Boeing

Uno degli elementi che riveste un ruolo fondamentale nel determinare quanto carico SLS riuscirà a far arrivare a queste destinazioni è lo stadio superiore. Secondo quanto programmato, inizialmente questo dovrebbe essere l’interim Cryogenic Propulsion Stage (iCPS) di 5 metri di diametro e spinto da un unico motore RL-10 B2 alimentato a idrogeno e ossigeno in fase liquida (il motore che equipaggia lo stadio superiore del Delta IV).

Viene rivelato per la prima volta però che sono state studiate anche delle proposte per un nuovo Large Upper Stage (LUS) che, a quanto rivelato in questi studi, dovrebbe non solo incrementare la capacità di carico di SLS verso gli obiettivi già fissati, ma anche permettere di puntare le missioni di SLS verso il Sistema Solare Esterno. Gli obiettivi di questo nuovo tipo di missioni (secondo la prospettiva di Boeing che ha eseguito lo studio) includerebbero anche la luna gioviana Europa, quella di Saturno Titano fino ad arrivare al pianeta Urano.

Boeing ha reso pubblica la presentazione SLS Capabilities with a new Large Upper Stage in cui dichiara specificatamente: “SLS sarà il più potente razzo mai costruito e fornirà una cruciale capacità di alto carico con la possibilità di diverse missioni nello spazio profondo. Un nuovo LUS di 8.4 metri di diametro come successore dello iCPS, può fornire un significativo aumento nella capacità di inserimento (in orbita, ndR) di carico da parte di SLS.”

Come si evince dalle parole di Boeing, nei suoi studi l’azienda si è focalizzata su di un LUS di 8.4 metri di diametro cosa che le consentirebbe per la costruzione di utilizzare presso il Michoud Assembly Facility in Louisiana le stesse attrezzature utilizzate per il Core Stage di SLS (che ha lo stesso diametro) senza doverne sviluppare altre appositamente.

In particolare l’azienda ha basato i suoi studi su di un SLS composto da 2 booster a 5 segmenti (Five Segment Boosters, FSB) e da un Core Stage a 4 motori; il profilo di missione invece prevede un’orbita iniziale di parcheggio in LEO di 241 x 241 km circa (130×130 miglia nautiche, i dati si riferiscono ad apogeo e perigeo dell’orbita). Da questa orbita di parcheggio si avrebbe quindi l’accensione del LUS per raggiungere l’obiettivo finale della missione che sia la Luna o Urano.

Sempre secondo le parole di Boeing, “Grazie all’incremento di spinta e di carico, con il nuovo LUS si può raggiungere un incremento delle capacità di inserzione in orbita” puntando oltre l’orbita bassa terrestre. E gli obiettivi che le missioni di SLS si potrebbero prefiggere oltre la LEO (Beyond Earth Orbit o BEO) sono 5: Luna, Marte, Europa, Titano e Urano.

Ipotesi di LUS con 4 motori RL-10 C2. Credits: NASASpaceFlight, NASA, Boeing

Le proposte scaturite dagli studi dell’azienda sono 3 versioni di LUS “che sono identiche eccetto per motori, Thrust Vector Control (TVC), linee di alimentazione e strutture di supporto. Una varietà di peso dei propellenti sono state valutate, ma in questa presentazione i propellenti usabili dal LUS sono stati stabiliti in 105 tonellate (231,483 libbre). Le dimensioni del serbatoio e il peso dei propellenti sono uguali in tutte e tre le varianti.”

Le tre versioni di LUS sono basate su 3 opzioni di motore che includono: una versione con 4 motori RL-10 C2, una versione con 2 motori MB-60 e una con un singolo motore J2X.

Nella versione attuale e nel profilo di missione previsto, l’iCPS con un diametro di 5 metri avrebbe un fairing per il carico di 5 metri e avrebbe a disposizione solo 70 tonnellate di propellente contro le 105 di uno stadio superiore da 8.4 metri.

Ecco uno schema con le prestazioni delle varie versioni verso le destinazioni proposte.

Si può notare che tutte le versioni prevedono un fairing di 5 metri per il carico per tutte le destinazioni oltre Marte.

Le migliori prestazioni si ottengo con la versione che utilizza 2 motori MB-60 tranne per il carico in LEO dove la miglior prestazione è ottenuta dalla versione spinta da un motore J2X.

Bisogna precisare che il motore MB-60 (conosciuto anche come RL-60) è ancora in corso di sviluppo da parte di Pratt and Whitney e non è mai stato utilizzato così come il J2X che è attualmente in corso di sviluppo da parte di Rocketdyne a partire dallo storico J2 utilizzato dal Saturn V.

Non è chiaro se mai qualcuna di queste proposte di stadio superiore vedrà la luce durante lo sviluppo di SLS, ma è chiaro che l’obiettivo primario attuale su cui si cerca di investire, è dare a SLS versatilità di utilizzo per fornirgli il più ampio spettro di missioni possibili.

Come dichiarato da Boeing, “SLS fornisce una capacità cruciale di trasporto pesante che rende disponibili diverse missioni nello spazio profondo”.

Con la capacità di lanciare grandi carichi scientifici più lontano e più velocemente nel sistema solare e oltre, “le aumentate capacità di carico fornite dai nuovi LUS saranno un avanzamento per le future missioni di scienza, astronomia e volo umano” di SLS.

In quest’ottica Boeing si è spinta oltre e, pensando alle future missioni possibili di SLS, ha addirittura incluso la costruzione di un avamposto umano da piazzare nello spazio translunare e da utilizzare sia come base scientifica sia come base di esplorazione: potrebbe fungere da rifornimento per le missioni di Orion verso lo spazio più profondo e da porto di sicurezza in caso di problemi. SLS con uno dei proposti LUS avrebbe maggiore capacità di carico e quindi ridurrebbe significativamente il numero di lanci necessari per la costruzione dell’avamposto translunare con un conseguente abbassamento dei costi e dei rischi.

Fonte: NASASpaceFlight