Il 2020 dell’esplorazione spaziale: parte I

Il 2020 verrà certamente ricordato per altri avvenimenti, qui sulla Terra. Su AstronautiNEWS e su ForumAstronautico.it abbiamo cercato di alleviare un po’ il tempo passato in casa nelle lunghe giornate in isolamento forzato, riproponendo attività per bambini a tema spaziale preparate alcuni anni fa dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA).

Ma siccome in questo articolo vogliamo parlare soprattutto delle notizie sull’esplorazione umana e robotica dello spazio, partiamo con un anniversario importantissimo che si è celebrato proprio nell’anno appena concluso: sono passati, infatti, 20 anni dall’Expedition 1, il primo equipaggio permanente della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). La missione dei tre astronauti Sergej Krikalëv, Jurij Gidzenko e William Shepherd dette il via a una presenza costante di esseri umani nello spazio che dura ancora oggi. La ISS era ed è tuttora un avamposto scientifico e tecnologico importantissimo, a cui ha contribuito molto anche il nostro paese, sia attraverso l’ESA che con accordi bilaterali con la NASA.

Restando in tema di anniversari, non si può tralasciare quello di una missione storica, che probabilmente conosce anche chi non è appassionato di spazio. Sono infatti passati 50 anni anche dal fallimento più di successo della storia dell’astronautica, cioè Apollo 13. Purtroppo, 50 anni sono tanti per noi esseri umani, e infatti è con tristezza che ci lascia un altro dei grandi esploratori lunari, l’astronauta Al Worden, pilota del modulo di comando di Apollo 15.

In questa prima parte della nostra rassegna spaziale del 2020 ripercorriamo le tappe dei programmi spaziali abitati della NASA e dei loro collaboratori internazionali, compresa la ISS e il programma Artemis. Nei prossimi due articoli ci concentreremo invece sugli altri programmi spaziali, anche senza equipaggio.

La stazione spaziale internazionale

Nel 2020 l’unico programma spaziale con astronauti a bordo è stato quello che coinvolge la Stazione Spaziale Internazionale. Sono stati lanciati quattro voli con equipaggio, 2 capsule Sojuz (Sojuz MS-16 e MS-17) e 2 capsule commerciali Dragon (SpX-DM2 e SpX-USCV-1) di SpaceX. Era da luglio del 2011 che gli astronauti non utilizzavano una navetta diversa rispetto alla Sojuz russa.

Sulla Stazione Spaziale si sono succedute quattro diverse Expedition, da Expedition 61 a 64, con ben 18 astronauti che hanno abitato la ISS nel 2020 (10 americani, 6 russi, 1 italiano e 1 giapponese). Generalmente delle Expedition hanno fatto parte 6 astronauti, come negli anni precedenti, ma anche quest’anno gli avvicendamenti sono stati abbastanza irregolari, con cambi di programma avvenuti durante l’anno soprattutto a causa delle incertezze sul programma di trasporto commerciale americano. Durante l’ultima Expedition l’equipaggio è salito a 7 membri, grazie all’aumento di capacità di trasporto della prima Crew Dragon operativa. I 4 astronauti che arriveranno nel 2021 con Dragon USCV-2, saranno sempre parte della stessa Expedition, ma faranno la staffetta con i 4 di USCV-1.

Proprio l’avvio dei voli della Crew Dragon e l’inizio ufficiale dell’era del Commercial Crew Program sono state le principali novità sulla ISS. Alla festa non ha potuto partecipare Boeing, che ha continuato a lavorare sulla sua capsula CST-100 Starliner, ma che dovrà effettuare un nuovo tentativo di lancio di test nel 2021.

Oltre agli astronauti, 7 navicelle cargo hanno visitato la ISS nel 2020: 2 Cygnus, dell’azienda americana Northrop Grumman (NG-13 e NG-14), 2 Dragon, di SpaceX (SpX-20 e SpX-21), 2 Progress russe (MS-14 e MS-15) e un HTV giapponese (HTV-9). La seconda delle missioni di SpaceX è avvenuta utilizzando la versione 2 della capsula Dragon, analoga alla versione con equipaggio.

Neanche quest’anno è stato lanciato il nuovo modulo scientifico Nauka, che ormai da anni deve andare a espandere il lato russo della stazione. Quest’anno ci sono state novità positive con il completamento del collaudo finale e sembra che le probabilità di vedere un lancio del nuovo modulo nel 2021, o comunque non lontano nel tempo, siano aumentate.

Il motivo principale dell’esistenza della ISS è la ricerca scientifica e, anche quest’anno, le pubblicazioni e i risultati non sono mancati. Tra questi ci sono state importanti novità sulla perdita di massa muscolare e ossea nello spazio, nuove scoperte riguardo agli adattamenti del nostro corpo nello spazio e perfino risultati interessanti su un batterio che è riuscito a sopravvivere per tre anni all’esterno della Stazione.

L’anno sulla ISS si è aperto con Luca Parmitano a bordo come comandante dell’Expedition 61, nella fase finale della sua missione Beyond. È un finale in crescendo, visto che a gennaio vengono effettuate ben 3 attività extra-veicolari (EVA). Le prime due hanno come scopo principale la sostituzione delle batterie all’esterno della ISS (effettuate da Christina Koch e Jessica Meir), mentre nella terza Luca Parmitano e Andrew Morgan riparano l’esperimento di fisica AMS. Il rientro a terra della Sojuz MS-13 avviene il 6 febbraio, concludendo la lunga missione di Parmitano e Aleksandr Skvorcov (200 giorni in orbita) e quella lunghissima di Christina Koch (328 giorni).

Con il rientro della Sojuz MS-13 inizia l’Expedition 62, composta da Oleg Skripočka (comandante), Jessica Meir e Andrew Morgan che rimarranno in 3 per buona parte della durata della missione. Il 20 marzo arriva sulla ISS l’ultima capsula cargo Dragon del contratto di rifornimento CRS-1 con la missione SpX-20. A bordo c’è anche Bartolomeo, una piattaforma per esperimenti esterni alla ISS che verrà montata sul modulo europeo Columbus utilizzando il braccio robotico CanadArm2. Il 9 aprile, i membri dell’Expedition 62 diventano per breve tempo sei, con l’arrivo della Sojuz MS-16 (per la prima volta dal 2010, ci sono solo astronauti americani e russi a bordo). I tre nuovi membri dell’equipaggio sono Christopher Cassidy, Anatolij Ivanišin e Ivan Vagner. La loro missione sarà anche la prima in cui ci sono state restrizioni (soprattutto per il personale a terra) dovute all’epidemia di COVID-19. L’equipaggio a 6 dura solo pochi giorni, fino al 17 aprile, quando la Sojuz MS-15 torna sulla Terra con Skripočka, Meir e Morgan.

L’era dei servizi commerciali sulla ISS

Come al solito il rientro di un equipaggio segna l’inizio di una nuova Expedition. La 63 entrerà però nella storia per essere l’expedition durante la quale avviene con successo la prima missione commerciale con equipaggio. Il programma commerciale americano per la ISS, dopo la conclusione abbastanza negativa del 2019, che ha visto il fallimento della prima missione dimostrativa della capsula CST-100 Starliner di Boeing, comincia con alcune note positive: il test con successo del sistema di aborto in volo della capsula Dragon e l’annuncio dell’assegnazione ad Axiom Space di un contratto per un nuovo modulo abitativo della stazione.

La missione storica di Endeavour (così è stata battezzata la capsula Dragon della missione SpX-DM2) parte il 30 maggio con a bordo gli astronauti Douglas Hurley e Robert Behnken. I due arriveranno sulla ISS il giorno dopo e vi rimarranno per poco più di due mesi, anche se formalmente non hanno fatto parte dell’Expedition 63, essendo una missione dimostrativa. Behnken, comunque, riuscirà a effettuare ben 4 EVA insieme a Cassidy. L’8 giugno la NASA annuncerà anche che permetterà il riutilizzo di capsule Dragon per il trasporto degli astronauti sulla ISS. La missione dimostrativa di SpaceX si conclude il 2 agosto, con l’ammaraggio di Endeavour e il suo equipaggio nel Golfo del Messico.

Le emozioni durante l’Expedition 63 non finiscono qui. Il 26 luglio la capsula cargo Progress MS-15 ha qualche problema durante l’attracco, poi fortunatamente risolto. Ad agosto avviene la scoperta di una piccola perdita d’aria, successivamente riparata, in uno dei moduli russi e, per finire, una bella manovra per evitare detriti orbitali a settembre. Il 14 ottobre l’Expedition diventa brevemente a 6 membri con l’arrivo della Sojuz MS-17, che porta Sergej Ryžikov, Sergej Kud’-Sverčkov e Kathleen Rubins sulla ISS a tempo di record (solo 3 ore e 3 minuti dal lancio).

Il 21 ottobre inizia l’attuale Expedition 64 con il rientro a Terra della Sojuz MS-16. Giusto il tempo di registrare un guasto al generatore di ossigeno russo e, il 16 novembre, attracca la prima missione operativa commerciale, la capsula Dragon SpX-USCV1, per l’occasione ribattezzata Resilience, con 4 nuovi membri di equipaggio a bordo: Michael Hopkins, Victor Glover, Soichi Noguchi e Shannon Walker. Intanto i russi si mettono finalmente al lavoro per lo smantellamento del modulo Pirs, con un’EVA effettuata da Ryžikov e Kud’-Sverčkov. Il posto di Pirs dovrà in futuro essere preso, infatti, dal nuovo modulo Nauka. Altro momento degno di nota è il 6 dicembre, con l’arrivo della navetta cargo Dragon CRS-21, che per la prima volta utilizza lo stesso modello di Dragon utilizzato dai voli abitati. La capsula ha anche un carico importante. Si tratta dell’airlock Bishop, sviluppato dall’azienda americana Nanoracks e costruito in gran parte in Italia da Thales Alenia Space, che permetterà di portare esperimenti all’esterno della stazione spaziale (e riportarli all’interno) senza dover effettuare un’EVA, un po’ come già fa il piccolo airlock sul modulo giapponese Kibo.

Artemis

Il programma Artemis della NASA è stato protagonista di un anno pieno di progressi nel 2020. Iniziamo però la rassegna proprio dalla fine dell’anno e quelle che potrebbero essere alcune note stonate per questo programma che si prefigge di riportare esseri umani sulla Luna entro il 2024. Negli Stati Uniti, infatti, si sono svolte le elezioni presidenziali e, come avviene normalmente a ogni cambio di amministrazione, l’attuale amministratore della NASA, Jim Bridenstine, ha annunciato che lascerà la guida dell’agenzia spaziale. Questo potrebbe essere un problema per Artemis, dato che Bridenstine era un fervido sostenitore del programma e aveva lavorato molto bene in questi anni per difenderne lo sviluppo dai tagli e dai tanti scetticismi che lo circondavano.

Ma veniamo alle note positive. Proprio a dicembre sono anche stati annunciati gli astronauti americani che faranno parte del cosiddetto Team Artemis, cioè coloro che si prepareranno per le missioni del programma. Sono 9 uomini e 9 donne, e a loro si aggiungeranno in futuro i vari astronauti internazionali. Gli astronauti del Team Artemis sono stati messi subito al lavoro per simulare le passeggiate lunari nella grande piscina del Johnson Space Center, a Houston.

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Proprio la collaborazione internazionale è alla base degli Artemis Accords, un’iniziativa che ha l’obiettivo di ridefinire la legislazione spaziale sull’utilizzo delle risorse lunari e spaziali e al tempo stesso regolamentare le collaborazioni con il programma. L’accordo iniziale è stato firmato da 8 agenzie spaziali nazionali: Stati Uniti, Australia, Canada, Giappone, Lussemburgo, Italia, Regno Unito e Emirati Arabi Uniti. A queste nazioni si sono aggiunti successivamente Ucraina e Brasile, mentre la Russia si è dichiarata scettica sull’intera iniziativa.

Ma vediamo che progressi ci sono stati sull’hardware. La missione Artemis 1 è attualmente prevista per la fine del 2021 e vedrà una capsula Orion lanciata in una missione senza equipaggio intorno alla Luna. A febbraio 2020 è stato completato con successo il test ai motori di assetto del Launch Abort System (LAS), il sistema che estrae la capsula dal razzo in caso di anomalie durante il lancio. Poche settimane dopo si sono conclusi anche i lunghi test sulla capsula Orion vera e propria, che successivamente è stata spedita nuovamente al Kennedy Space Center, in Florida, per ultimare i preparativi per il lancio. Ad agosto Orion è stata montata sull’adattatore che servirà per unirla al razzo vettore, lo Space Launch System (SLS), che deve ancora completare tutti i test. Verso la fine dell’anno è arrivata la notizia che i tecnici NASA hanno rilevato un guasto a uno dei sotto-sistemi elettrici della capsula. Essendo un sistema ridondante e non essendoci esseri umani a bordo, in questa prima missione, è stato deciso di ignorare il problema e continuare con la preparazione al lancio.

Qualche aggiornamento che riguarda Orion c’è anche per le missioni successive. In particolare è stato ufficializzato il contratto tra ESA e Airbus per la costruzione del modulo di servizio della capsula per la missione Artemis 3, attualmente prevista per 2024, che è quella che ci dovrà riportare nuovamente sulla superficie lunare. L’agenzia spaziale europea e Airbus si sono occupati della costruzione del modulo di servizio anche per le capsule Orion delle missioni Artemis 1 e 2.

L’altro grande progetto, e grande è proprio la parola giusta, che servirà a portare Orion sulla Luna è quello del lanciatore SLS. Lo stadio centrale, o core stage del razzo vettore per la prima missione è stato completato proprio all’inizio dell’anno e poco dopo è stato trasportato allo Stennis Space Center per iniziare la lunga serie di collaudi finali chiamata Green Run che servirà a certificare il core stage per il volo. Il Green Run è composto da 8 test, l’ultimo dei quali è il cosiddetto hot fire test, in cui vengono accesi tutti e quattro i motori RS-25 per tutta la durata prevista durante il lancio. Ad agosto erano già stati completati i primi 4 test, mentre il quinto si è svolto a settembre. La Green Run è poi proseguita fino a fine anno, quando sono arrivati i primi problemini. Il primo di questi è avvenuto durante il settimo test, la cosiddetta wet-dress rehearsal, in cui si esegue un riempimento completo dei serbatoi criogenici del core stage. Il test è poi stato eseguito con successo qualche giorno dopo, ma ha causato il posticipo dell’ultimo collaudo, l’hot fire test, che è slittato a gennaio. Purtroppo anche l’ultimo test ha avuto qualche problema, ma qui entriamo già nella storia del 2021.

L’SLS, oltre al core stage, include due booster laterali a combustibile solido, come accadeva per il sistema di lancio dello Space Shuttle. I segmenti di cui si compongono i booster per la missione Artemis 1 erano già pronti a giugno, e a novembre sono cominciate le operazioni di assemblaggio. Northrop Grumman, l’azienda che si occupa della costruzione dei booster, ha anche iniziato i test sulla nuova versione che equipaggerà SLS per le missioni Artemis 4 e successive.

Ancora niente hardware, ma fa passi da gigante il progetto del Lunar Gateway, la piccola stazione spaziale che dovrà orbitare nei pressi della Luna e che farà da base di partenza per le escursioni lunari. A inizio anno la NASA ha selezionato il primo pacchetto di strumenti scientifici che verrà installato nel Gateway, tra i quali figura anche una collaborazione con l’ESA. A giugno è stato invece annunciato il contratto con Northrop Grumman per la costruzione di HALO, il modulo abitativo della stazione. Tra le collaborazioni internazionali, da segnalare quella con il Canada per la costruzione di CanadArm3, il braccio robotico del Gateway, e la successiva assegnazione del contratto all’azienda canadese MDA.

Non poteva mancare il contributo europeo. Dopo l’annuncio dello sviluppo del lander lunare HERACLES, ESA e NASA hanno siglato un accordo che prevede la fornitura di altri due moduli di servizio per Orion, la costruzione di un altro modulo abitativo per il Gateway, I-Hab, e un modulo per telecomunicazioni e rifornimento, ESPRIT, il tutto anche in cambio di opportunità di volo per astronauti europei nell’ambito del programma Artemis.

Per finire con gli elementi principali del programma, sono stati selezionati nel 2020 i progetti finalisti per la costruzione del lander lunare. A vincere la competizione preliminare tre proposte: quella del National Team, capeggiato da Blue Origin in collaborazione con Lockheed Martin, Northrop Grumman e Draper Lab; quella di Dynetics con il suo gruppo di 25 sub-appaltatori, tra i quali c’è anche la franco-italiana Thales Alenia Space; e quella di SpaceX con una versione modificata della Starship.

Ma gli aggiornamenti su Artemis per il 2020 non finiscono qui. Ci sono state molte novità, infatti, anche per il programma CLPS (Commercial Lunar Payload Services), che si propone di supportare il programma Artemis con una serie di missioni robotiche assegnate a fornitori di servizi commerciali. Dopo i contratti assegnati nel 2019 a Astrobotic, Intuitive Machines e OrbitBeyond (quest’ultima ha rescisso il contratto dopo poche settimane), il 2020 ha visto l’assegnazione di un nuovo contratto a Masten Space System, che fornirà servizi lunari utilizzando il lander XL-1. L’azienda californiana ha poi annunciato di aver scelto SpaceX e il suo razzo Falcon 9 per i servizi di lancio. Un secondo contratto, dopo quello relativo al piccolo lander Peregrine, è stato assegnato nuovamente ad Astrobotic, che utilizzerà il più capace lander Griffith per portare sulla Luna il rover della NASA, VIPER.

La rassegna degli avvenimenti spaziali del 2020 continua nella seconda e nella terza parte dell’articolo.