Nasa difende la sua decisione sui motori di SLS

Nasa sta portando avanti lo sviluppo del suo nuovo vettore pesante SLS destinato, tra le altre cose, al trasporto in orbita sia LEO che BEO della capsula Orion, anch’essa in fase di sviluppo. Com’è noto il programma è nato dalle ceneri del vecchio programma Constellation cancellato nelle prime fasi di sviluppo nonostante un primo lancio di test del vettore Ares I eseguito con successo.
L’agenzia americana nel novembre 2015 ha rilasciato un comunicato ufficiale in cui rendeva nota la selezione del motore RS-25 di Aerojet Rocketdyne, azienda californiana di Sacramento, e la conseguente riapertura delle linee di produzione ma senza fornire ulteriori dettagli. La selezione di questo motore è stata molto travagliata e si intreccia ovviamente con la storia del motore selezionato. Per questo motivo è stato presentato un ulteriore documento, che tecnicamente si chiama “Justification for Other Than Full and Open Competition” (JOFOC) secondo quanto stabilito dalle regole federali sugli acquisti (Federal Acquisition Regulation o FAR), in cui cerca di dare una giustificazione a questa scelta e in particolare al fatto di non aver indetto una piena e aperta gara d’appalto.

Stock di motori RS-25D/SSME
Credits: NASA

Per fornire una spiegazione Nasa è dovuta andare un po’ indietro nel tempo lungo la storia del motore e in particolare alla fine del programma Space Transportation System (STS). Infatti il motore selezionato, nella sua variante riutilizzabile RS-25D, è meglio conosciuto come Space Shuttle Main Engime, ossia il motore principale della navette Shuttle. Quando si decise di chiudere quel programma per i noti problemi di costi di servizio, il futuro era rappresentato dal programma Constellation il cui vettore Ares I avrebbe utilizzato quello stesso motore come propulsore del suo Upper Stage, anche se nella versione non riutilizzabile RS-25E. Le cose cambiarono con la scelta del motore J-2X per questo ruolo e puntuale era arrivata la decisione dell’ufficio incaricato di gestire la transizione, il Transition Control Board (TCB), che stabiliva la chiusura delle capacità di produzione nel 2007, presumendo che sarebbero stati necessari solo altri 4 motori per la conclusione del programma STS. Solo un anno dopo la situazione è cambiata nuovamente con un Authorization Act di Nasa del 2008 a stabilire un temporaneo stop alla completa fermata delle strutture di produzione del RS-25 giustificato principalmente dalla necessità di avere disponibilità di pezzi di ricambio ma anche in relazione alle continue rivalutazioni di possibili estensioni del programma stesso. L’ennesimo colpo di scena si ha con la cancellazione del programma Constellation e quindi anche del suo vettore Ares I equipaggiato con i J-2X. Per la nuova vision di esplorazione spaziale, l’agenzia americana tramite l’Authorization Act del 2010 stabiliva per legge che il futuro mezzo di lancio avrebbe dovuto riutilizzare quanti più componenti possibili facenti parte del programma Shuttle ma anche di quelli proposti per il programma cancellato. A questo punto Nasa spiega che la scelta del motore è stata affrontata attraverso il Requirements Analysis Cycle (RAC) e questo ha stabilito che per il nuovo Heavy Lift Launch Vehicle (SLS) la migliore scelta fra i possibili derivati era appunto il motore RS-25. Si colloca qui il comunicato di novembre 2015 in cui era resa pubblica la scelta e si rendeva pubblico il contratto, del valore di 1,16 miliardi di dollari, in base al quale Aerojet Rocketdyne aggiornerà il motore per renderlo più adatto a SLS che in pratica significa trasformare la versione RS-25D riusabile del programma Space Shuttle nella versione RS-25E a perdere.
Il risultato di questa decisione è che i restanti 15 motori presenti al Kennedy Space Center (KSC), fra i quali erano presenti gli ultimi 9 esemplari che hanno volato nelle missioni finali, sono stati spediti al John Stennis Space Center di Nasa insieme alle parti di ricambio che hanno permesso l’assemblaggio presso questo centro di un sedicesimo esemplare. L’altro risultato del contratto è stato che è iniziata la procedura per far ripartire la capacità di produzione degli impianti con la fornitura del personale di gestione, della manodopera, delle strutture, degli strumenti, delle attrezzature e dei materiali necessari a questo scopo, implementando migliorie e moderni processi di fabbricazione e producendo le attrezzature necessarie allo sviluppo e ai test di certificazione. In questo ultimo documento Nasa puntualizza come il Marshall Space Flight Center (MSFC) abbia proposto di acquisire 6 addizionali motori RS-25 dalla Aerojet Rocketdyne per dare pieno supporto a un totale di 5 missioni di SLS. “L’azione proposta segue direttamente dalla strategia di minimizzazione dei costi attraverso la continuazione dell’uso dello stesso tipo di motore, con minime modifiche, e con la ripartenza di una storicamente provata (anche se attualmente dormiente) linea di produzione,” secondo quanto riportato dal documento.

Rendering del decollo dello SLS. Credit: NASA/MSFC.

La stima totale è indicata in circa 1,5 miliardi di dollari che comprendono i costi per la ripartenza della produzione e la costruzione dei nuovi motori. In più vengono forniti interessanti dettagli sulle meccaniche e i requisiti per la ripartenza della produzione. La riattivazione delle linee di produzione di questi motori richiede diversi passi da compiere. “La prima cosa da fare è la ri-certificazione per il volo del nuovo motore prodotto. Questo tipo di attività coinvolgerà la ripartenza delle linee di produzione dei RS-25, sia del fornitore principale che dei sotto-fornitori, e quindi riguarderà il rigoroso processo di verifica necessario a dimostrare che le componenti nuove prodotte corrispondano ai requisiti del programma SLS e siano consistenti con le aspettative tecniche basate sui dati storici”, si legge nel documento che poi continua affermando: “La fase successiva di tutta la procedura di ripartenza della produzione degli RS-25 sarà la produzione vera e propria di 6 motori RS-25.” Questo processo di riattivazione delle linee di produzione include il dover reimpiantare la produzione interna del fornitore principale, il supporto ingegneristico e i processi di controllo qualità, ma implica delle attività simili sulla catena dei sotto-fornitori con la ri-certificazione di questi fornitori, dei loro processi e dei loro prodotti. “Alcune di queste attività di riavvio potrebbero includere processi di ri-sviluppo e alcune attività di ri-progettazione dovute sia a problemi di obsolescenza sia alla volontà di sfruttare tecnologie di produzione più moderne alla ricerca di costi di produzione più bassi, il tutto mantenendo la forma, le dimensioni, le funzioni e le prestazioni dei componenti e dei sottosistemi storici del RS-25.” La attività sono state principalmente svolte presso i 2 centri di Aerojet Rocketdyne: le lavorazioni a macchina, la saldatura, l’assemblaggio e il test dei componenti saranno eseguiti a Canoga Park presso il California Strategic Fabrication Center nella San Fernando Valley in California; l’assemblaggio delle turbopompe sarà eseguito a West Palm Beach in Florida; i test saranno eseguiti presso il John Stennis Space Center di Hancock County in Mississipi.
I 6 motori nuovi permetteranno di avere a disposizione tutti i set necessari a portare a termine anche il quinto volo, con a disposizione un set di ricambio per la quarta missione se si dovesse rendere necessario, come previsto dalle procedure già in uso durante il programma Space Shuttle. “Per riuscire a rispettare il calendario di volo del programma SLS, la produzione degli RS-25 sarà in parallelo con le procedure di ri-certificazione. Questi 6 nuovi motori corrispondono alle necessità di una missione SLS (che richiede 4 motori) e alle necessità di avere 2 motori completi di riserva per ridurre il rischio sia sui vecchi motori che su quelli nuovi. Questi motori serviranno anche come riduzione del rischio quando gli ultimi 4 RS-25 esistenti in stock saranno usati come supporto della quarta missione di SLS.”

L’equipaggio della missione STS-51-F: (inginocchiati da sinistra a destra) Gordon Fullerton, comandante, e Roy D. Bridges, pilota; (in piedi, da sinistra a destra) specialisti di missione Anthony W. England, Karl G. Henize e F. Story Musgrave; specialisti del carico Loren W. Acton e John-David F. Bartoe.
Credits: NASA

Nell’ultimo documento pubblicato Nasa ha enfatizzato enormemente il patrimonio rappresentato da questi motori e dalle relative conoscenze e linee di produzione mettendo in evidenza che la scelta proposta si è basata nella riapertura di una linea di produzione esistente per un sistema motore con 30 anni di volo umano alle spalle. “Non è uno sforzo per sviluppare un nuovo motore,” sottolinea il documento. I motori hanno fornito il loro supporto allo Shuttle con un solo malfunzionamento grave durante tutta la loro storia di volo, precisamente il motore indicato come ME-1 durante la missione STS-51F che si è risolta comunque con un sicuro Abort To Orbit senza conseguenze per l’equipaggio e la missione che si è svolta normalmente anche se su un’orbita più bassa.
Sempre in quest’ultimo documento l’agenzia passa ad analizzare quelle che potevano essere le alternative a queste scelte e in particolare si evidenzia che i motori rimarranno molto simili a quelli utilizzati sugli Shuttle poiché la possibilità di effettuare grossi cambiamenti al progetto del motore è stata presa in considerazione ma scartata perché i costi, la tempistica, i rischi tecnici e di sicurezza sarebbero stati superiori ai benefici. Un’altra alternativa presa in considerazione riguardava la possibilità di usare un motore diverso nel corso del tempo, una volta esaurita la scorta esistente. Tuttavia anche questa opzione è stata scarta a causa dell’impatto che avrebbe avuto sul progetto del razzo che è incentrato sul RS-25. La spiegazione fornita è molto chiara: “Ogni motore alimentato a liquido ha interfacce, parametri di interfaccia, caratteristiche fisiche e prestazioni specifiche. Queste fattori indirizzano il progetto del sistema di propulsione dello stadio, le dimensioni dei serbatoi, i componenti e le specifiche dei sistemi ausiliari utilizzati per supportare le operazioni del motore come la fornitura di fluidi pneumatici e idraulici, le comunicazioni dati, le forniture elettriche e il controllo vettoriale della spinta. Possono anche influenzare i sistemi di terra inclusi gli equipaggiamenti di gestione e di test e anche i banchi di prova dei motori. Le prestazioni del motore poi influiscono sul progetto delle missioni in termini di progettazione del carico utile, delle traiettorie e degli scenari di annullamento. Così, quando un motore è selezionato per l’architettura di un mezzo di lancio e questo è certificato per il volo, il cambiamento con un altro motore dalle caratteristiche diverse per forme, dimensioni, funzioni o prestazioni, potrebbe richiedere una riprogettazione significativa e una ricertificazione dello stadio e del mezzo stesso.” Un fattore non di poco conto è stata certo anche la paura di un vuoto dopo il quinto volo quando SLS avrebbe subito una riprogettazione per supportare un motore diverso, con i costi associati al nuovo motore nell’ordine dei miliardi di dollari. “Una recente stima eseguita dalla Nasa suggerisce che solo il costo di progettazione per la costruzione e certificazione di un motore equivalente a un RS-25 potrebbe essere di circa 2,23 miliardi di dollari, cifra che è il 40% più grande che il costo totale stimato di questa decisione di acquistare 6 motori RS-25 pronti al volo.”

Ripresa ravvicinata durante un test di uno Shuttle Main Engine during a test firing presso il John C. Stennis Space Center in Hancock County, Mississippi.
Credits: NASA

Il documento usa diverse occasioni per enfatizzare il valore della storia di volo del RS-25, puntualizzando che non ci sono motori alternativi nella sua classe così maturi dal punto di vista tecnico e snocciola quelle che sono le statistiche di tutto rispetto del motore stesso: oltre 1 milione di secondi di accensione accumulati in test e l’equivalente di più di 400 voli umani (3 motori per ogni missione Shuttle) con un solo incidente non catastrofico. In sostanza per Nasa, l’RS-25 rappresenta la unica opzione reale per l’intero ciclo di vita di SLS, e la scelta non cambierebbe anche se “i soldi non fossero un problema”, basandosi quindi solo su tempistiche e sicurezza.
La ratio che ha spinto la compilazione del documento è quelle di fornire “munizioni” contro una possibile obiezione che potrebbe essere sollevata contro la rimozione della competizione dal processo di approvvigionamento: niente come una protesta del genere potrebbe ritardare la prosecuzione del programma. Infatti l’agenzia sottolinea come “anche con la grande esperienza di Aerojet Rocketdyne e le esistenti infrastrutture di produzione relativamente allo sviluppo e alla produzione di motori RS-25 soddisfacente i requisiti di SLS, il corrente calendario è impegnativo. Potrebbe essere un rischio inaccettabile di ritardi per il programma SLS se questo impegnativo programma fosse aggravato dall’aggiunta di un processo di approvvigionamento a gara e se questo programma non si basasse su tutta la conoscenza esistente e l’esperienza risultante dai precedenti contratti tra Nasa e Aerojet Rocketdyne.”
Aerojet Rocketdyne (e la sua precedente compagnia) è stata parte di ogni volo spaziale umano degli USA tramite la produzione di motori per Nasa a partire dagli anni 60. E’ interessante notare come le pagine del documento di elogio a Aerojet Rocketdyne, finalizzate a mitigare ogni potenziale protesta relativa al percorso di fornitura, non erano assolutamente e che ci vogliono 10 pagine del documento prima che si accenni al fatto che “una piccola compagnia (non nominata), che non ha mai prima d’ora sviluppato o prodotto un motore a razzo,” si sia proposta per competere al contratto per il motore. Nasa comunque precisa di essere sensibile alla necessità di competizione e che non ci sono altre manifestazioni di interesse conosciute oltre alle 2 citate ma che qualora “dovessero presentarsi degli altri fornitori, avrebbero l’adeguata considerazione. Tuttavia, con la sua unica conoscenza ed esperienza con i motori RS-25, i suoi componenti e i suoi processi di gestione, Aerojet Rocketdyne è l’unico interlocutore che può rispettare i requisiti del programma SLS per i motori addizionali richiesti. Per le ragioni discusse in precedenza, una aperta e piena competizione con i requisiti di Nasa non è fattibile in questo momento.”
Il documento si conclude in modo perentorio dichiarando: “Quindi, un esame di Nasa delle possibili opzioni da un punto di vista storico, aziendale e come comunicato dalla ricerca di mercato effettuata da RFI, ha determinato che c’è un solo possibile fornitore, Aerojet Rocketdyne, da cui ottenere i motori RS-25 per SLS ottimizzando la sicurezza, i costi e i tempi.”

Fonte: NASA