ISRO: Individuata la causa del fallimento del lancio di IRNSS-1H

I tecnici di ISRO stanno ultimando le indagini sull’incidente del 31 agosto, che ha impedito l’entrata nell’orbita corretta del satellite del sistema di navigazione indiano IRNSS-1H, rimasto intrappolato all’interno del fairing e condannato ad un rientro distruttivo nell’atmosfera tra circa un paio di mesi.

Il fallimento di un volo perfetto

Il lancio di IRNSS-1H era stato affidato al PLSV, il razzo a propulsione mista, solida e liquida, di cui gli indiani vanno giustamente orgogliosi per l’efficienza e l’affidabilità dimostrata nel corso di due decenni. L’ultimo fallimento, parziale, si era verificato nel 1997, dopo di che il razzo ha inanellato una serie di 36 voli coronati da successo. Questo elemento, insieme ai costi contenuti, hanno determinato un buona affermazione commerciale del veicolo che ha conquistato una quota significativa del mercato dei lanci in orbita polare di piccoli satelliti e cubesat (non a caso con la missione C37, del febbraio scorso, PSLV è diventato il vettore che ha messo in orbita il maggior numero di satelliti – 104! – in un solo lancio).

La missione PSLV C39 aveva però a bordo un solo passeggero, uno degli ultimi componenti della costellazione IRNSS, per il motivo che la meta era dedicata e poco appetibile per altri clienti: un’orbita ellittica di trasferimento (284 x 20.650 km, con un inclinazione di 19,2°), prima tappa verso quella finale geosincrona che il satellite avrebbe dovuto raggiungere autonomamente con il suo propulsore.

Il liftoff dal Satish Dhawan Space Centre di Sriharikota è avvenuto all’orario programmato, quando in Italia erano le 15.30 del 31 agosto scorso. Da lì in poi, fino all’accensione del quarto stadio, tutte le operazioni sono apparse regolari, come sottolineato dai ripetuti performance is nominal, scanditi al microfono dal Range Operations Director, S. Ramakrishnan.

Ecco la registrazione della diretta del lancio di PSLV-C39. Putroppo la trasmissione ha subito varie piccole interruzioni, specialmente attorno al momento dell’incidente.

Allo scadere del countdown si è acceso il motore del primo stadio, seguito, dopo quattro decimi di secondo, dai primi quattro booster laterali. Gli ultimi due propulsori strap-on si sono invece avviati in volo, a T+25 secondi. Dopo un’altra quarantina di secondi la sequenza si è ripetuta per la separazione degli elementi esausti: prima i booster accesi a terra, poi quelli accesi in volo e infine, a T+108,9 secondi, il distacco del primo stadio.

Il compito di accelerare il PSLV e il suo carico passava, per circa due minuti e mezzo, al motore Vikas a propellente liquido (UH25 e N₂O₄) del secondo stadio. Durante questa fase del volo, a T+3 minuti e 23,26 secondi, quando il veicolo, giunto ad una quota di 114,9 km, aveva già superato i confini dello spazio, era programmata la separazione del fairing (che i tecnici di IRSO chiamano più frequentemente heat shield, scudo termico). L’evento veniva annunciato dal commentatore della diretta, trasmessa via web, ma non si verificava: i più attenti tra gli spettatori potevano notare su uno dei monitor a disposizione dei flight controller l’immagine della camera di bordo, che mostrava IRNSS-1H ancora chiuso all’interno dell’involucro protettivo, che si apprestava a diventare la sua “bara”.

Ma intanto veniva dichiarata nominale anche l’accensione del terzo stadio, a propulsione solida, che operava per una settantina di secondi. Tra lo spegnimento del terzo stadio e l’avvio del quarto era prevista una fase di volo inerziale. A questo punto sui monitor cominciava a farsi evidente l’effetto della presenza a bordo di una massa superiore (di circa una tonnellata) a quella prevista; la minore accelerazione guadagnata dal razzo si rifletteva sui valori della quota e della velocità raggiunte che, con il trascorrere dell tempo, apparivano discostarsi sempre di più dai valori programmati. Per quanto nulla di ufficiale venisse detto, durante la diretta, nello space center di Sriharikota i volti dei controllori di volo iniziavano a rabbuiarsi.

Gli 8 minuti 31,66 secondi di spinta forniti dal quarto stadio, a combustibili liquidi (in questo caso MMH e MON-3), permettevano di raggiungere un orbita piuttosto allungata di 167,4 x 6.554,8 km, ma comunque lontana dai margini di errore previsti da ISRO: +/-5km per il perigeo e +/-284km per l’apogeo. Dal momento che sia il quarto stadio che il satellite erano chiusi all’interno del fairing, la separazione di IRNSS-1H, avvenuta a 17 minuti e 56,3 secondi dal lancio non modificava la situazione. Mentre la camera di bordo mostrava il satellite galleggiare dentro al suo guscio intatto, toccava al Direttore Ramakrishnan dare finalmente il laconico annuncio che lo “scudo termico” non si era separato, dopo di che la trasmissione si interrompeva bruscamente.

Solo in una successiva conferenza stampa il presidente di ISRO, A.S. Kiran Kumar, dichiarava apertamente l’insuccesso della missione, aggiungendo che l’unico, ma fatale, aspetto anomalo era stato il mancato funzionamento del meccanismo pirotecnico di separazione. Tutte le altre fasi del volo del PLSV si erano svolte in modo perfetto.

Indagini quasi ultimate

Dal 31 agosto gli ingegneri di ISRO sono al lavoro per identificare le cause dell’anomalia. Rispetto ad altri casi l’indagine è stata facilitato dal fatto che il collegamento con il veicolo non è mai venuto meno e che quindi si dispone dell’intera telemetria. Escluse le cause esterne, l’analisi si è concentrata sui circuiti elettrici che attivano i bulloni esplosivi e su questi ultimi. Si tratta di componenti tecnologicamente banali, rispetto ad altre parti di un veicolo spaziale, ma è fin troppo noto che, in questo campo, non c’è nulla di irrilevante: ogni particolare è essenziale per la riuscita della missione.

E’ stato lo stesso Kuram, il 15 settembre, a margine di un evento dedicato ai 25 anni di Antrix Corporation, il “braccio commerciale” di ISRO, a rivelare ai media che l’inchiesta è prossima alla conclusione: “Abbiamo identificato dove si è verificato problema e stiamo ultimando le simulazioni per assicurarci dell’esattezza delle nostre conclusioni”, ha dichiarato. La commissione di inchiesta sta lavorando alla relazione che sarà pubblicata nei prossimi giorni.

Il presidente non ha fornito altri dettagli, ma ha assicurato che i lanci del PSLV riprenderanno tra novembre e dicembre, probabilmente – aggiungiamo noi – con un volo commerciale che, assieme all’indiano Cartosat 2ER, prevede a bordo un buon numero di piccoli payload secondari.

Angry alligator & affini

Il fallimento di una missione per mancata separazione del fairing è un evento raro, ma purtroppo ricorrente nella storia dei viaggi spaziali. Il caso più famoso risale alla missione Gemini 9A del giugno 1966, quando Stafford e Cernan non poterono completare il docking con il veicolo ATDA, perché la carenatura che proteggeva il meccanismo di attracco non si era staccata completamente. Gli astronauti si limitarono a testare la manovra di rendezvous e a fotografare da vicino l’oggetto che ricordava un animale ostile con le fauci spalancate.

Il veicolo ATDA come apparve agli occhi degli astronauti di Gemini 9A. Credit: NASA

Nonostante la massa aggiuntiva del fairing l’Augmented Target Docking Adapter era un carico relativamente leggero per il vettore Atlas che lo trasportava e fu in grado di giungere nello spazio e di servire parzialmente allo scopo della missione. Nella maggior parte degli altri casi il mancato distacco del fairing si è invece tradotto più tragicamente in un fallito inserimento in orbita. Così è accaduto in due occasioni recenti che, tra l’altro hanno coinvolto il medesimo lanciatore, particolarmente sfortunato, il Taurus XL di Orbital, e lo stesso cliente, la NASA, che nel 2009 perse l’Orbiting Carbon Observatory, del costo di 270 milioni di dollari, e nel 2011 il satellite per la ricerca sui cambiamenti climatici Glory, pagato 424 milioni.

A quando il rientro a terra?

Ma anche a IRNSS-1H, per quanto sia riuscito ad arrivare nello spazio, toccherà presto un analogo destino. L’orbita raggiunta, infatti, ha un perigeo molto basso, attualmente di 157 km, vale a dire in una zona in cui l’effetto del drag atmosferico è piuttosto sensibile. Se si trattasse di un’orbita circolare il decadimento sarebbe questione di pochi giorni, ma l’apogeo alto, oltre i 6.000 km, costituisce una riserva di energia che il satellite dovrà consumare prima di precipitare.

schema che mostra la collocazione del satellite e del quarto stadio (PS4 L2.5) all’interno del fairing. Credit: ISRO

Per quanto possa sembrare poco intuitivo, il rallentamento che il satellite subisce quando si avvicina alla terra, non comporta un abbassarsi del perigeo, ma del punto opposto dell’orbita. Di conseguenza nei prossimi giorni la traiettoria di IRNSS-1H tenderà a circolarizzarsi, secondo un meccanismo di “aerobraking” del tutto analogo a quello utilizzato dalla sonde interplanetarie per modificare la propria orbita senza consumare propellente (è quanto il TGO sta facendo da alcuni mesi intorno a Marte).

Quando avverrà il rientro a terra e dove cadrà? L’insieme di IRNSS-1H e quarto stadio del PSLV racchiusi dentro il fairing non sono più un veicolo spaziale, ma space junk, un’oggetto, catalogato con il codice 2017-051A, che rotola nello spazio in modo del tutto incontrollato. Risulta assai difficile fare previsioni esatte con grande anticipo, ma i tecnici di ISRO cercano di tenere sotto controllo anche questo aspetto. Secondo quanto dichiarato alla stampa da K. Sivan, Direttore del Vikram Sarabhai Space Centre, si pensa che il rientro possa avvenire tra 40 o 60 giorni; le prime stime avvallano l’ipotesi di una caduta degli ultimi frammenti sopra l’Oceano Pacifico, ma l’area esatta non potrà essere localizzata prima di 5/10 giorni dall’evento.

A ISRO si tende inoltre a considerare infondato il timore, espresso da alcuni osservatori, che il fairing, creato per proteggere il satellite dalla pressione aerodinamica in fase di decollo, possa funzionare da “scudo termico”, nel senso abituale del termine, anche durante il rientro. Secondo i loro esperti la gran parte dell’insieme andrà distrutta nell’atmosfera. A loro parere il maggiore pericolo era rappresentato dalla presenza a bordo di IRNSS-1H di propellenti tossici e capaci di esplodere al solo contatto (830 kg tra MMH e MON-3). Lo stesso Sivan, alcuni giorni fa, ha però dichiarato che è stato possibile, grazie alla comunicazione ancora attiva con il satellite, disperdere nello spazio le due sostanze attraverso l’interstizio presente tra il fairing e il quarto stadio.

Rimandiamo chi voglia approfondire il tema del decadimento orbitale di IRNSS-H all’interessante articolo corredato di grafici pubblicati da Marco di Lorenzo su aliveuniverse.today.

I problemi della costellazione IRNSS

Al di là del danno economico, che resta tutto a carico dell’agenzia spaziale indiana – ISRO, ha confessato alla stampa il presidente Kumar, non assicura i lanci che riguardano i propri satelliti – la perdita di IRNSS-1H, non consentirà di rimettere presto in piena efficienza il sistema regionale di navigazione indiano.

IRNSS-1H durante la preparazione. Credit: ISRO

In origine la costellazione IRNSS avrebbe dovuto comporsi di sette satelliti (tre in orbita geostazionaria e quattro in geosincrona) più altri quattro satelliti di riserva. La “squadra titolare” era stata appena completata, con il lancio di IRNSS-1G, nell’aprile scorso, quando si è verificata una avaria a bordo di IRNSS-1A, con il guasto di uno dei sui tre orologi atomici al rubidio. L’analogia con un problema simile che ha interessato i satelliti Galileo non è casuale, dato che il produttore degli orologi è la medesima società svizzera SpectraTime. Nel caso indiano, però, l’anomalia si è manifestata in modo più grave, dal momento che all’inizio di quest’anno anche gli altri due orologi di IRNSS-1A hanno cessato di funzionare, rendendo il satellite inutilizzabile per la parte che riguarda i servizi di navigazione. IRNSS-1H, che era dotato di una versione aggiornata degli orologi, avrebbe dovuto collocarsi nella stessa posizione orbitale, a 55° Est, per sostituirlo.

A questo punto, per ripristinare la costellazione diventa prioritario IRNSS-1I, che avrebbe dovuto essere lanciato entro il 2017. Questa scadenza sembra ormai improbabile, perché per quest’anno sono previsti anche due voli commerciali del PSLV e il presidente Kuram ha sostenuto che, ad oggi, non si sono decise modifiche al programma dei lanci.