Dopo il successo della Progress MS-09 Roscosmos punta al rendezvous in una sola orbita

Il 10 luglio scorso, alle 3.51, ora italiana, il cargo Progress MS-09 ha attraccato al modulo Pirs della Stazione Spaziale Internazionale, dopo un viaggio di due orbite durato solo 3 ore e 40 minuti, 3 ore e due orbite in meno rispetto ai tempi più veloci impiegati dai precedenti veicoli russi.

Il risultato, perseguito da diversi mesi, è stato giustamente celebrato dai media russi come la conquista di un primato. Parlando alla stampa, Sergei Romanov, Primo Vice Progettista Generale e Capo Progettista dei Complessi spaziali con equipaggio di RSC Energia, la società statale che costruisce le Progress e le Sojuz, ha sottolineato che si è trattato di una prima volta nella storia del volo spaziale: “Né gli americani né i cinesi hanno ancora fatto nulla di simile”, ha aggiunto.

Lo stesso Putin – che in passato non ha mancato di esprimere severe critiche sui purtroppo frequenti insuccessi dell’industria spaziale della Federazione – ha inviato a Roscosmos un messaggio di congratulazioni:

Un successo così brillante, davvero rivoluzionario, che aumenta seriamente la competitività della cosmonautica russa – ha affermato con enfasi il Presidente – è il risultato del lavoro intenso e creativo di tutti i partecipanti di questo progetto unico, delle loro grandissime professionalità e competenza e dell’uso delle tecnologie più avanzate.

Rendezvous da record?

Con un occhio alla storia, tuttavia, si potrebbe obiettare a tanto entusiasmo che la Progress MS-09 ha sicuramente stabilito un nuovo record, ma solo per quel che riguarda l’attracco alla Stazione Spaziale Internazionale. Se si parla di rendezvous e docking con un veicolo in orbita in generale, occorre ricordare che nei primi anni dell’era spaziale si sono raggiunti tempi assai più brevi. Infatti, se occorsero sei ore nel 1966 per Neil Armstrong e David Scott a raggiungere l’Agena su Gemini 8 (il primo docking della storia), già pochi mesi dopo la Gemini 11, guidata da Pete Conrad e Richard Gordon, arrivò al bersaglio a soli 94 minuti dal liftoff. Ma il vero primato, ancora imbattuto, fu conseguito nel 1968 dai sovietici con due Sojuz senza equipaggio: Kosmos 213 attraccò Kosmos 212 in soli 47 minuti.

A onor del vero si tratta di episodi scarsamente raffrontabili a quello di cui stiamo parlando. In quei casi l’attracco veniva effettuato con un veicolo bersaglio, lanciato appositamente poche ore (o minuti) prima dell’inseguitore, che poteva raggiungerlo con una ascesa diretta. Ben diversa è la situazione di una stazione spaziale permanente, la cui orbita non può essere sempre modificata ad hoc, in modo da trovarsi in fase per il docking. Non è un caso che i tempi per raggiungere lo Skylab o la Salyut fossero sensibilmente maggiori e che proprio per la stazione Mir, nel 1986, fu adottato il rendezvous in 34 orbite, che poi è stato ereditato dalla ISS. Anche dopo l’introduzione, nel 2012 del “profilo breve”, in quattro orbite, l’avvicinamento in due giorni è ancora impiegato dai veicoli cargo e resta per quelli con equipaggio come contingency plan, ossia come soluzione alternativa, in caso di problemi durante il volo o ritardi nella partenza.

Perché abbreviare il viaggio?

In ogni caso, l’attuale ricerca di tempi di volo più brevi non è motivata certamente dal desiderio di nuovi record, né di meri risparmi (per quanto si sia stimato che raggiungendo la ISS in due orbite invece che 34 si consumino 20 kg in meno di propellente), ma è legata alle esigenze del volo umano. Il rendezvous in due orbite è stato infatti testato dalla Progress MS-09, proprio in vista di una prossima applicazione alle Sojuz MS, che condividono gran parte dei sistemi dei cargo russi.

Da un lato, infatti, ci sono evidenti ragioni di comfort che suggeriscono di evitare agli equipaggi una protratta permanenza negli ambienti molto ridotti di una Sojuz, dall’altro vanno considerati anche gli aspetti legati alla salute. È ormai provato che gli effetti negativi dell’assenza di gravità, i sintomi della cosiddetta sindrome di adattamento allo spazio (nausea, vomito, mal di testa, letargia, ecc.) si manifestano dopo le prime ore di permanenza (all’incirca dopo sei/sette orbite), quando cominciano ad esaurirsi le iniziali emozioni legate alle nuove esperienze e il senso di soddisfazione per aver finalmente raggiunto lo spazio dopo mesi o anni di attesa e di training. Completare il docking nella fase di migliore condizione per gli equipaggi permette di affrontare il momento più critico nell’ambiente più confortevole della Stazione Spaziale.

Questo obiettivo viene già raggiunto dal rendezvous in sei orbite, che però crea un altro problema, nel senso che non concede all’equipaggio alcun momento di riposo, prolungando una pesantissima giornata di lavoro (che per gli astronauti inizia molto prima del lancio) fino al massimo tollerabile. Di qui l’esigenza di ridurre ulteriormente la durata del viaggio.

Lo schema di rendezvous “ultra-breve” – ha dichiarato Sergei Romanov – sarà testato ancora su un paio di missioni Progress, prima di essere applicato ai voli con equipaggio e anche la NASA ha confermato che le prossime Sojuz, in programma per ottobre e dicembre eseguiranno l’avvicinamento standard. Nel frattempo, tuttavia, proseguiranno gli studi per un’ulteriore ottimizzazione. Il Progettista capo di Energia ha azzardato come “non inconcepibile” che in un vicino futuro si arrivi al rendezvous in una singola orbita.

Come funziona il nuovo profilo

Ma in che modo è stato possibile ottenere l’avvicinamento in due orbite? Comprenderlo in dettaglio richiede di entrare in complessi concetti di meccanica orbitale, ma gli aspetti di fondo sono accessibili a tutti.

La nuova tecnica non si basa sull’introduzione di manovre aggiuntive rispetto a quelle utilizzate nei precedenti voli, ma, al contrario, sulla riduzione delle correzioni di traiettoria necessarie per avvicinarsi alla Stazione Spaziale. I tecnici russi, infatti, hanno deciso di mantenere inalterata la fase conclusiva di 100 minuti, denominata sequenza automatizzata di rendezvous, che in precedenza iniziava nella terza orbita, anticipandola alla prima.

La “magia” è stata resa possibile da due fattori. Anzitutto i progressi tecnici: il lanciatore Sojuz 2.1a, a differenza dei suoi predecessori per i quali era stata sviluppata la manovra in quattro orbite – U, già ritirato, e FG, che invece sarà utilizzato per i voli con equipaggio fino al 2019 –, è dotato di un sistema di guida più avanzato, capace di garantire una più precisa immissione nell’orbita programmata. Inoltre le navicelle Progress e Sojuz della serie MS sono in grado di stabilire con maggiore esattezza la loro posizione nello spazio e la nuova versione del sistema KURS, che guida il docking automatico, permette ora di gestire e di correggere eventuali deviazioni.

In secondo luogo i tecnici russi hanno elaborato un specifico profilo di volo, denominato Quasi-Coplanar Insertion, che realizza, entro i margini consentiti dalle risorse dei propulsori, un delicato equilibrio tra i principali elementi del gioco, tra i quali il piano dell’orbita della ISS, l’inclinazione dell’orbita di immissione e la distanza angolare tra veicolo inseguitore e bersaglio.

Il prezzo da pagare che consegue dal compromesso è una finestra di lancio molto più restrittiva di quelle adottate per i rendezvous in 34 o in 4 orbite. In concreto, come è avvenuto, con sorprendente puntualità, nell’ottobre 2017 in occasione del lancio della Progress MS-07 e nel febbraio scorso per la Progress MS-08, è sufficiente uno scrub per far sfumare la possibilità del rendezvous “ultra-breve” ed imporre l’adozione del vecchio modello in due giorni, che resta quello più flessibile in termini di condizioni richieste per il lancio.

Il viaggio della Progress MS-09

Al terzo tentativo, però, il lancio di una Progress è finalmente avvenuto nell’istante richiesto e l’esperimento di rendezvous “ultra-breve” si è potuto svolgere come programmato.

Il primo passo nella direzione di questo obiettivo l’aveva compiuto la Stazione Spaziale che, il 23 giugno scorso, attraverso un’accensione di 208 secondi dei motori della Progress MS-08, attraccata in poppa al modulo Zvezda, ha modificato la propria traiettoria, portandosi su un’orbita di 403,7 km perigeo, 421,2 km di apogeo e un’inclinazione 51,66°. Questi parametri le hanno consentito di trovarsi pochi km a Sudovest di Bajkonur quando, alle 23.51.34 del 9 luglio, secondo il nostro fuso orario, la Progress MS-09 è decollata dal pad 31/6.

Il lancio notturno e i cieli nuvolosi sopra il cosmodromo hanno regalato solo poche immagini dell’ascesa – il razzo si è nascosto prima ancora della separazione dei booster – che comunque si è svolta in modo regolare. Dopo 8 minuti e 45 secondi di volo, con lo spegnimento del terzo stadio, il Sojuz 2.1a terminava il suo compito, rilasciando la Progress nell’orbita desiderata, come confermato dalle stazioni di terra.

Video del liftoff della Progress MS-09 ripreso da varie angolazioni. Al termine sono visibili pochi secondi delle riprese della nuova telecamera esterna, non mostrate durante la diretta.

Alla conclusione della prima rotazione attorno al pianeta, un’ora e 24 minuti dopo il liftoff, il computer di bordo attivava la automated rendezvous sequence, iniziando l’avvicinamento alla ISS. Questa, dal canto suo, si disponeva in assetto di docking, mentre, dopo un’altra mezzora, il controllo delle operazioni sulla Stazione passava al Mission Control di Mosca (MCC-M).

È seguita, poco dopo, l’attivazione del sistema di navigazione KURS, sia sul modulo Zvezda che sulla Progress, i cui dati sono stati validati dal Controllo Missione quando i due veicoli si trovavano ad una distanza di 45 km. A quel punto mancava poco più di un’ora al docking.

Dopo un altro “KURS test” a 15 km dalla Stazione, l’equipaggio del segmento russo provvedeva ad accendere il sistema di controllo TORU, che consente il docking manuale telecomandato della Progress in caso di problemi al sistema automatico, e, insieme ai colleghi della sezione USA, verificava che i tutti sistemi radio di bordo in grado di interferire con il rendezvous (comprese le ARISS station) fossero stati disattivati.

La Progress completava il suo avvicinamento allineandosi con il portello di Nadir (ossia rivolto alla terra) del modulo Pirs e mettendosi per alcuni minuti in posizione di stationkeeping, ossia di mantenimento della distanza relativa dalla ISS, di circa 180 metri, a 3 ore e 34 minuti dal lancio. Concluse le ultime verifiche. l’MCC-M autorizzava il docking, che avveniva, come abbiamo detto, a T+3 ore e 40 minuti.

Timelapse, ripreso dalla ISS, del rendezvous. La sequenza accelerata rende più evidente il momento dello stationkeeping e le oscillazioni del cargo all’attracco.

Poco tempo dopo Artemyev e Prokopiev, aprivano il portello del cargo. A bordo si trovavano 2.567 kg di carico tra propellenti (530 kg), ossigeno e aria compressa (52 kg), acqua (420 kg) e altri materiali “solidi” (1,565 kg), tra i quali una nuova tuta Orlan MKS per le attività extraveicolari russe (Оrlan-ISS n. 5) e due cubesat educativi ( SiriusSat-1 e SiriusSat-2) che saranno lanciati dai cosmonauti durante l’EVA prevista per agosto.