Quarant'anni dello Space Shuttle

di Piero Giuseppe Goletto

 Quarant’anni fa, il 12 aprile 1981, la NASA lancia per la prima volta, in via sperimentale, un nuovo veicolo spaziale, il primo ad essere riutilizzabile: lo Space Shuttle.

Lo Space Shuttle nasce nei primi anni ’70, quale seguito del programma Apollo, il cui successo portò dapprima alla realizzazione dello Skylab e poi al progetto di una Stazione Spaziale. All’epoca,  però questo secondo concetto restò del tutto teorico e la NASA si concentrò sullo sviluppo dello Shuttle, considerato indispensabile sia per la successiva realizzazione della stazione spaziale sia per la sostituzione dei lanciatori adoperati per il lancio dei satelliti in orbita. Gli studi fatti prevedevano una drastica diminuzione dei costi di messa in orbita con l’uso della navetta in confronto ai vettori convenzionali.

L’idea della NASA attira l’interesse dell’Esercito statunitense, che interviene nel finanziamento del progetto in cambio della disponibilità di un carico utile (il materiale che viene trasportato) fino a 30 tonnellate. Vennero coinvolte l’Agenzia Spaziale Europea per la costruzione dello spacelab (un laboratorio spaziale integrato nello Shuttle) e l’Agenzia spaziale canadese per la costruzione del braccio robotico, Canadarm.

In fase di progettazione si decide l’abbandono di un sistema completamente riutilizzabile. Si decide che il corpo della navetta sia dotato di un’ala a delta; che la  navetta sia dotata di un serbatoio esterno non riutilizzabile; il lanciatore sarà dotato di due razzi a propellente solido (booster).

Sicché lo Space Shuttle è strutturato in tre sottosistemi: un orbiter, cioè lo spazioplano che entra in orbita e attraccherà alla ISS; alloggia gli astronauti e un vano di trasporto per il carico; è dotato di tre motori di ascesa alimentati ad idrogeno e ossigeno liquido, ciascuno genera 1,8 MN per 450 secondi; il serbatoio esterno contiene il carburante necessario per i tre motori principali (SSME, in gergo. Space Shuttle Main Engines; due booster a combustibile solido servono alla spinta durante la fase di lancio e vengono riutilizzati. L’orbiter è un po’ razzo, un po’ satellite artificiale, un po’ aliante ed è dotato di motori di manovra (tecnicamente: motori di controllo di assetto). Per consentire  il rientro in atmosfera la struttura della navetta è protetta da un rivestimento in ceramica

L’orbiter è controllato da cinque calcolatori (GPC, general purpose computers) ma nel suo complesso sono presenti 200 unità elaborative; per esempio, ogni motore è controllato da un’unità elaborativa.

C’erano sei orbiter: l’Enterprise, utilizzato solo per prove tecniche; il Columbia, che è il primo Shuttle ad entrare in servizio e che è andato distrutto in atmosfera nel 2003; il Challenger venne lanciato per la prima volta nel 1983 e restò distrutto durante la fase di ascesa a gennaio 1986; Discovery, Atlantis, Endeavour invece sono stati ritirati dal servizio. I motori installati su questi ultimi orbiter, ricondizionati, verranno utilizzati sui nuovi vettori NASA.

Come era strutturata una missione Shuttle?

Lo Shuttle veniva sempre lanciato dal complesso di lancio 39 (39A – 39B) del Kennedy Space Center. La fase di lancio prevedeva un conteggio alla rovescia che si innescava a T-43 ore con una serie di controlli tecnici sui sistemi di volo a cui segue a T-27 ore il caricamento dei carburanti criogenici. A T-19 si inizia va il processo di preparazione dei motori. A T-11 ore era prevista una sospensione di 12 ore, per consentire di preparare gli astronauti al lancio. A T-6 ore si caricano i serbatoi di idrogeno e ossigeno liquido. A T-3 ore l’equipaggio entrava nell’orbiter. A T-20 minuti i computer di bordo entravano in configurazione di lancio. La pausa a T-9 minuti consentiva di confermare il lancio (o rinviarlo o annullarlo). A fronte della conferma del lancio questo passava sotto il completo controllo del Ground Launch Sequencer, sistema informatico preposto alla supervisione della fase finale. Se tutto andava bene, i motori principali venivano attivati a T-10 secondi e accesi a T-6,6 secondi. Nel lasso di tempo che serviva a raggiungere il T-0 venivano accesi anche i booster. L’ascesa dura 8 minuti.

All’inizio della fase operativa dello Space Shuttle, non esistendo ancora una stazione spaziale operativa, la navetta veniva usata per lanciare satelliti, riportarli sulla Terra oppure – è il caso del telescopio spaziale Hubble – effettuarne la manutenzione in orbita, cosa fino ad allora considerata fantascientifica. Ugualmente le sonde Magellano, Galileo e Ulysses sono state lanciate dallo Shuttle.

Particolarmente importante l’utilizzo dello Shuttle quale laboratorio di ricerca e soprattutto come veicolo di trasporto dalla Terra alla stazione spaziale russa Mir e viceversa e dalla Terra alla ISS. Questo grazie alla duttilità dello strumento, che si è rivelato essere il mezzo ottimale per l’assemblaggio e il supporto logistico a una stazione spaziale internazionale, incluso il trasporto degli astronauti.

Il rientro dello Shuttle era gestito interamente dai calcolatori di bordo, ponendo lo Shuttle stesso in un assetto angolato a 40° rispetto alla superficie terrestre e manovrandolo in modo da decelerarlo dalla velocità di 27.800 kmh (velocità  orbitale) a 110 kmh (velocità in fase di frenata)

Tutto semplice? No purtroppo. E’ verissimo che il programma Shuttle ha realizzato 135 missioni e che ha contribuito in modo determinante a progetti epocali come la realizzazione della ISS, cosa che si è dimostrato essere estremamente difficile in mancanza di un vettore avente le caratteristiche dello Shuttle.

 Il programma Shuttle è segnato da due tragedie, di cui abbiamo fatto cenno.

Il 28 gennaio 1986 durante la fase di ascesa lo Shuttle Challenger viene distrutto per un guasto a un anello di tenuta dei booster. La rottura di tale anello provocò una fuoriuscita di fuoco che portò alla distruzione del serbatoio esterno e dello Shuttle, a causa delle terribili forze aerodinamiche a cui era sottoposto.

Il 1° febbraio 2003 si disintegrò in fase di atterraggio lo Shuttle Columbia, a causa della rottura di una parte di un’ala indotta dall’impatto di una parte della schiuma del rivestimento del serbatoio esterno. Quest’ultima tragedia portò a un profondissimo ripensamento del programma spaziale americano e al successivo abbandono del programma Shuttle a partire dal 2011.

Il futuro poggia sui principi introdotti dallo Shuttle: riuso dei vettori (è il progetto di SpaceX di Elon Musk); riuso delle tecnologie Shuttle (su cui sta puntando, con non poche difficoltà, la NASA, sul nuovo vettore SLS – Space Launch System). Entrambi i vettori, in realtà, sono concepiti per essere utilizzati con grande flessibilità e, pertanto, consentire diverse applicazioni: lancio di satelliti o sonde e volo umano.

Tuttavia c’è un elemento simbolico che fa immaginare che un oggetto come lo Shuttle possa tornare in futuro a fronte di migliori possibilità tecnologiche. Il primo Shuttle fu battezzato Enterprise grazie alle pressioni dei cultori di Star Trek che riconobbero nello Shuttle l’antenato dell’omonima astronave che si vede nella serie.