STS-114: Discovery torna a volare
Scritto da Luca Frigerio   
Libera traduzione ed adattamento dell?articolo ?Return of the Space Shuttle? di Clive Simpson pubblicato sul numero di Ottobre 2005 Vol.47 della rivista ?Spaceflight? della BIS. Indubbiamente non deve essere stato facile per i sette astronauti del Discovery affrontare la fase del rientro atmosferico dopo il disastro del Columbia del 2003, e nonostante il miliardo e mezzo di dollari spesi per migliorare la sicurezza del sistema di protezione termica dello Shuttle.
Alla fine, comunque, il rientro è avvenuto in maniera perfetta in un’alba californiana di inizio Agosto, portando a termine questa tanto attesa missione mozzafiato, che ha evidenziato sia le forze che le debolezze dell’approccio della NASA.
I nuovi schieramenti di videocamere e di sensori utilizzati hanno fornito senz’altro una pletora di dati che hanno contribuito e contribuiranno a rendere lo Shuttle più sicuro. Tuttavia questi dati, si sono rivelati più preoccupanti che rassicuranti, soprattutto riguardo ai danni causati dai relativamente piccoli pezzi di schiuma che hanno colpito le superfici esterne del Discovery durante il decollo, e ai “fillers” (spessori che servono a tenere separate le piastrelle in alcune zone dello scafo), che sporgevano a tratti dalla “pancia” dell’Orbiter.
Il pilota Jim Kelly ha ammesso di avere avuto “un momento di trepidazione” prima dell’accensione dei motori di manovra dell’Orbiter del 9 Agosto che ha immesso lo Shuttle nell’opportuna traiettoria di rientro verso la Terra. In questa fase, della durata di circa un’ora, in alcune zone della chiglia le temperature hanno raggiunto anche i 1600°C. Poi, egli ha continuato, è venuto “un momento di riflessione. Abbiamo pensato all’equipaggio del Columbia, ovviamente sperando di non ripetere la sua tragica fine.”
I sette astronauti del Discovery sono atterrati a 3000 miglia di distanza dalla torre di lancio dello Shuttle in Florida, dopo che le cattive condizioni meteorologiche avevano costretto la NASA rinunciare all’atterraggio al KSC per due mattine di seguito.
Dopo avere fatto per 219 volte il giro della Terra, nel corso di questa missione lunga 5.8 milioni di miglia, il Comandante dello Shuttle Eileen Collins ha eseguito una avvincente manovra di atterraggio, portando a terra nella massima sicurezza il suo aliante da 100 tonnellate, nel buio della Edwards Air Force Base.
“Eileen ha fatto sembrare tutto molto semplice, in realtà ha svolto un lavoro davvero spettacolare,” ha dichiarato il capo delle operazioni spaziali nonché ex astronauta, Bill Readdy. Il sollievo per tutto lo staff della NASA e per le famiglie degli astronauti è stato palpabile.
Il Discovery ha trascorso due settimane nello spazio, dove l’equipaggio ha dimostrato l’efficacia dei nuovi metodi per l’ispezione e la riparazione dello Shuttle in orbita. Gli uomini di Collins hanno anche portato all’ISS i rifornimenti, ed hanno eseguito diversi lavori di manutenzione sui suoi sistemi e sulle sue strutture. Una parte di questi lavori manutentivi è stata portata a termine nel corso di tre attività extraveicolari. In particolare, durante una di esse, gli spazionauti hanno dovuto rimuovere dei “gap fillers” (spessori) che stavano sporgendo dagli spazi esistenti fra le piastrelle del rivestimento termico della “pancia” della navetta e che avrebbero potuto costituire un pericolo durante la fase di rientro atmosferico. Inoltre, nel corso delle altre attività all’esterno,  gli astronauti hanno installato una piattaforma esterna sulla camera di decompressione americana Quest e hanno sostituito uno dei quattro Control Moment Gyroscopes dell’Avamposto Orbitale.
All’interno dell’ISS, l’equipaggio dell’STS-114 ha lavorato assieme all’equipaggio dell’Expedition 11 per scaricare i rifornimenti dallo Shuttle e dal Multi-Purpose Logistics Module (MPLM) europeo Raffaello. Prima della partenza della navetta, gli astronauti hanno riempito Raffaello con il materiale di rifiuto ed anno riposizionato il modulo logistico nella stiva del Discovery.
L’Orbiter, che è stato lanciato il 26 Luglio 2005 e che ha trascorso quasi 14 giorni in orbita, è scivolato verso la pista di atterraggio della Edwards Air Force Base in California, poco prima dell’alba del 9 Agosto, due giorni dopo il previsto, concludendo un viaggio di 5,8 milioni di miglia toccando il suolo alle 7:11 am CDT (12:11 GMT). Questo è stato il sesto atterraggio notturno avvenuto presso la base californiana, nonché il cinquantesimo assoluto avvenuto lontano dalla Florida.
Il Discovery si è staccato dalla Stazione Spaziale il 6 di Agosto e, con il pilota James Kelly ai comandi, si è spinto via frontalmente rispetto all’ISS, e quindi ha eseguito un sorvolo circolare per una spettacolare ricognizione fotografica del Complesso. In quello che potrebbe essere la più sensazionale ripresa video dell’ISS, le videocamere del Discovery hanno catturato immagini della Stazione Spaziale mentre stava sorvolando tranquillamente l’Asia Centrale, somigliando incredibilmente ad un grande uccello, con i suoi enormi pannelli solari aperti come delle ali, mentre al di sotto di essa la catena dell’Himalaya appariva nella sua imponenza.
In precedenza, durante una breve cerimonia di saluto svoltasi all’interno del Laboratorio Destiny, Collins ha ringraziato i due uomini dell’equipaggio dell’ISS “per essere stati due così grandi ospiti”.

Sulla Terra, nel frattempo, era già incominciato il lavoro del “tiger team”, ovvero del pool di tecnici della NASA e dei vari appaltatori dell’ente spaziale americano, che era stato istituito per indagare sull’intera fase produttiva e di collaudo dell’External Tank utilizzato dal Discovery, alla ricerca delle cause che hanno provocato l’ennesimo pericoloso distacco di pezzi della sua schiuma poliuretanica isolante durante le prime fasi del decollo.
I responsabili dell’ente spaziale americano hanno ammesso che la zona dell’ET dalla quale si era staccata la schiuma, era stata leggermente danneggiata durante le fasi di costruzione del serbatoio, e ciò aveva richiesto una procedura di riparazione standard che di norma viene applicata alle piccole fessurazioni.
L’estensione di questa cricca, comunque, era molto piccola, e non dovrebbe aver avuto a che fare con la perdita dei grossi pezzi di schiuma occorsa durante il decollo del Discovery. Ad ogni modo, se si riuscisse a dimostrare che la perdita di schiuma isolante è stata dovuta all’incidente avvenuto nelle fasi di costruzione del serbatoio, la NASA dovrebbe essere in grado di riportare al volo l’intera flotta degli Space Shuttle in breve tempo, senza dover ricorrere a delle implementazioni generiche su tutta la flotta.
Il tempo comunque corre. La prossima finestra di lancio disponibile che originariamente sarebbe iniziata il 9 Settembre 2005, è stata concentrata in soli quattro giorni (22 – 25 Settembre), per via del ritardo nel lancio del Discovery (lo Space Shuttle Atlantis non sarà ammesso al volo per la seconda missione post-Columbia fino a quando il Discovery non sarà pronto per essere lanciato per un’eventuale missione di soccorso, nell’insorgenza di problemi in orbita).
Come se non bastasse, oltre all’urgenza di dover risolvere il problema del distacco della schiuma poliuretanica, dopo la STS-114 si è verificata anche la complicazione di dover consumare altro tempo e denaro per riportare il Discovery in Florida, dalla base californiana di Edwards, in groppa ad un 747.
Del resto, mentre il Discovery si stava preparando all’atterraggio, l’amministratore della NASA Michael Griffith ha troncato le residue speranze dichiarando: “Fino a quando ci sarà tempo, lavoreremo duro per sfruttare la finestra di Settembre, perché questo è quello che vogliono i contribuenti, se non ce la faremo, ci rimetteremo al lavoro per volare a Novembre.”
Purtroppo, nel corso delle analisi avvenute immediatamente dopo l’atterraggio, le prospettive di ognuna delle due finestre di lancio sono andate via via scemando.
La faccenda del danno subito dalla schiuma dell’ET, è stata esposta per la prima volta durante il riesame post-lancio seguente la perdita di materiale isolante dal serbatoio verificatasi durante la fase di ascesa del Discovery. Pochi secondi dopo la separazione dei due boosters a propellente solido, un grosso pezzo di schiuma poliuretanica si è strappato via da una rampa aerodinamica utilizzata per smorzare il flusso supersonico sulle linee esterne di pressurizzazione e sui cablaggi elettrici.
La rampa di “Protuberance Air Load” (PAL) viene spruzzata di schiuma a mano, e quindi è soggetta a possibili disomogeneità rispetto ad una zona spruzzata dalla macchina apposita. Questa rampa PAL non faceva parte dell’hardware sottoposto alla fase di riprogettazione post-Columbia portata avanti dalla NASA, poiché gli ingegneri ritenevano che il suo disegno fosse solido e poiché l’ultimo incidente rilevato sulla rampa era datato 1983.
Pertanto, nel momento in cui Collins guidava il Discovery verso un docking da manuale con la Stazione Spaziale, il 28 Luglio, la prima missione del Return to Flight era già adombrata, agli occhi dei mass media almeno, da una crisi di fiducia nella NASA, dopo il periodo messa a terra della flotta degli Shuttle per il problema del distacco della schiuma isolante.
Il docking è avvenuto alle 11:18 GMT, mentre i due veicoli spaziali stavano navigando al di sopra dell’Oceano Pacifico. Quest’ultima manovra è seguita a una delle più spettacolari manovre svolte in orbita da uno Space Shuttle: un movimento detto di “back flip” all’indietro in moto tale da permettere agli occupanti della Stazione Spaziale di fotografare il più possibile il sistema del rivestimento termico dell’orbiter.
Collins e Kelly hanno guidato il Discovery  al termine della manovra di rendezvous, circa 600 piedi al di sotto della Stazione, circa un’ora prima del docking, e le foto scattate da Sergei Krikalev e John Phillips sono state trasmesse immediatamente a terra.
Queste foto, quelle scattate da terra ed anche quelle scattate dallo stesso Space Shuttle sono state immediatamente sottoposto ad un accurato esame da parte di un team di circa 200 persone, per assicurare che il sistema di protezione termica dell’Orbiter fosse in buona salute per il rientro.
“We have contact and capture.”  Kelly ha così comunicato a Houston  il contatto delicato fra il docking port dello Shuttle  e la sua controparte in fronte al modulo Laboratorio americano Destiny. Dopo aver atteso lo smorzamento delle oscillazioni post-docking, sono stati serrati i chiavistelli che hanno unito saldamente i due veicoli spaziali.
Il Discovery è stato il primo Shuttle a visitare l’ISS dalla fine del 2002, e dopo i saluti e le strette di mano iniziali, Krikalev ha tenuto il consueto briefing sulle procedure di sicurezza  ai nuovi arrivati Collins, Kelly, e ai mission specialists Soichi Noguchi (della Japanese Aerospace Exploration Agency), Steve Robinson, Andy Thomas, Wendy Lawrence e Charlie Camarda.
Fra i primi lavori svolti dai due equipaggi uniti vi è stata la preparazione del braccio robotico dell’Orbiter per la ricognizione visuale del suo sistema di protezione termica.
I lavori da eseguire nelle tre EVAs pianificate, riguardavano i tests sulle nuove tecniche di riparazione del sistema di protezione termico della navetta, la sostituzione di uno dei quattro giroscopi di controllo attitudinale della Stazione, e il ripristino dell’alimentazione elettrica ad un altro giroscopio. Gli spacewalkers hanno anche installato una piattaforma per i pezzi di ricambio all’esterno dell’airlock Quest.

E’ da notare che nel corso delle prime conferenze stampa tenute dall’orbita, l’equipaggio del Discovery ha manifestato il proprio disappunto nel venire a conoscenza del fatto che anche durante questo lancio si erano ancora verificati dei distacchi di materiale isolante dal serbatoio centrale.
Collins si è detta subito favorevole al blocco dei voli dello Shuttle fino a quando non sarà risolto questo annoso problema: “Non credo che dovremmo volare ancora a meno che non si faccia qualcosa per prevenire questo problema. Voglio comunque sottolineare che ora noi siamo nello Space Shuttle Discovery e che sta funzionando a meraviglia.” Ha concluso il Comandante.
“Mi sarei aspettata diversi malfunzionamenti o guasti con gli equipaggiamenti del Discovery, visto che era da parecchio tempo che non volava, ma ha funzionato tutto magnificamente. Io sono ottimista. Lo Shuttle dovrebbe essere dismesso, alla fine, ma può funzionare ancora per diversi anni, e penso che valga la pena di lavorare assiduamente per risolvere il problema della schiuma dell’ET. Non sono ancora rassegnata a rinunciarci.” Ha dichiarato al termine della missione Collins.

Non è mai stata intenzione della NASA riuscire ad eliminare interamente il problema della perdita dei pezzi di schiuma durante il decollo, e nemmeno lo ha mai ritenuto possibile. Infatti l’impegno principale dell’agenzia è stato quello rendere il più piccoli possibile ed il più innocui possibile i pezzi che si staccano dal serbatoio nella fase di decollo, inoltre essa ha lavorato molto per impedire l’urto di questi ultimi con lo Shuttle. A questo scopo, la NASA è riuscita a ridurre il numero di urti causati dalla schiuma da una media di 150 dei lanci precedenti a circa due dozzine del lancio del Discovery.
Mentre la missione stava entrando nel suo settimo giorno di volo, i managers di Houston si sono accordati per chiedere a Steve Robinson di rimuovere i due pezzi dei gap fillers (spessori) che sporgevano dalla “pancia” dell’Orbiter, nel corso della sua terza EVA.
La notizia di questa ulteriore riparazione ha naturalmente  di nuovo ridestato l’attenzione dei media.
La NASA ha deciso di ordinare la riparazione dopo una lunga riunione, nella quale gli esperti di aerodinamica non hanno potuto garantire un rientro atmosferico esente da complicazioni con i gap fillers che sporgevano in quel modo. Vi era incertezza riguardo alla fase di rientro negli strati atmosferici più alti, riguardo alle aerodinamiche ad alta velocità, e a come le varie turbolenze causate dalle sporgenze potevano influenzare i carichi termici dell’Orbiter.

Wayne Hale, presidente del management team, ha detto che le stime sulle possibili conseguenze di un rientro atmosferico senza l’asportazione delle sporgenze andavano dalla totale assenza di inconvenienti, a problematiche che avrebbero potuto portare lo Shuttle ad oltrepassare i propri limiti progettuali ed i propri margini di sicurezza.  “Sono andato alla riunione di oggi ponendo una domanda molto semplice e diretta: Abbiamo le conoscenze ingegneristiche e le capacità analitiche che ci renderebbero sicuri senza ombra di dubbio e al 100 % che il veicolo rientrerebbe sulla terra in sicurezza?” “Ci abbiamo discusso sopra per diverso tempo,” Ha spiegato. “Il team ci aveva lavorato sopra per tre giorni, ed era giunto alla riunione con un rapporto veramente lungo. I managers di missione hanno fatto loro diverse dettagliate domande, ed alla fine della giornata, la linea di fondo comune era che vi era una grande incertezza.”
“Il risultato finale è stato che l’EVA team ha ideato un piano di lavoro extraveicolare molto semplice ed in buona sicurezza, che porterà un membro dell’equipaggio a recarsi sotto lo Shuttle per rimuovere i due gap fillers.”
A dispetto delle previsioni e di tutte le pianificazioni effettuate, in ultima analisi Robinson ha svolto il lavoro molto facilmente il 3 Agosto, asportando senza fatica i due spessori che sporgevano dalle piastrelle della pancia dello Shuttle. “Sembra proprio che questo grosso paziente sia stato curato!” Ha detto contento Robinson ai controllori di missione.
Il compagno di EVA Soichi Noguchi aveva aiutato Robinson con i preparativi e, salendo su un traliccio della Stazione ha potuto osservare il collega al lavoro agendo anche da ripetitore radio fra Robinson e Andy Thomas a bordo del Discovery.
I gap fillers come quelli asportati da Robinson sono sottili e rivestiti di tessuto Nextel. Essi erano stati identificati nelle fotografie scattate dall’equipaggio della Stazione mentre il Discovery era in fase di avvicinamento.
Nel corso della stessa spacewalk Noguchi e Robinson , aiutati dal  braccio robotico della Stazione, hanno installato una piattaforma di stoccaggio all’esterno dell’ISS, che verrà usata per stivare dei pezzi di ricambio. L’astronauta giapponese ha installato inoltre un’altra piattaforma MISSE (Materials International Space Station Experiment). Come le precedenti piattaforme, la MISSE 5 espone dei campioni di diversi materiali all’ostile ambiente spaziale per diversi mesi.

Riguardo alle altre attività, Kelly ha lavorato con il mission specialist Charlie Camarda nell’ispezione delle mattonelle da riparazione dimostrativa, poste nella cargo bay del Discovery. Usando il braccio dell’Orbiter Boom Sensor System, essi hanno osservato le mattonelle che erano state portate in orbita per essere riparate da Robinson e Noguchi. La riparazione era stata effettuata nel corso della prima EVA.
Il giorno seguente, il 4 Agosto, la NASA sollevato la necessità di svolgere un’altra riparazione, questa volta per sistemare una copertura isolante danneggiata nei pressi di un finestrino della cabina di pilotaggio. Ulteriori analisi hanno poi stabilito che il Discovery avrebbe potuto rientrare in sicurezza anche senza l’esecuzione della suddetta riparazione.
“Abbiamo buone notizie,” ha comunicato l’astronauta Julie Payette dal controllo di missione. “L’MMT è giunto alla conclusione che il rivestimento danneggiato posto sotto il finestrino del comandante può affrontare il rientro in sicurezza. Non ci sono problemi.”
Le preoccupazioni riguardo al danno subito dalla copertura isolante  (circa 20 x 4 pollici), appena sotto il finestrino del Comandante Collins, posto alla sinistra della cabina di pilotaggio, rappresentavano l’ultimo vero punto interrogativo riguardo alle condizioni complessive dello Shuttle prima del rientro.
La copertura in questione forma una specie di interfaccia fra le piastrelle dello scudo termico che circondano i finestrini della cabina, e la copertura termica che protegge la maggior parte della fusoliera superiore dello Shuttle. La preoccupazione principale degli ingegneri era non tanto relativa al surriscaldamento termico durante il rientro, ma piuttosto riguardava la possibilità del distacco di qualche pezzo di copertura che avrebbero potuto colpire le parti posteriori dello Shuttle.

Alcuni pezzi di copertura, deliberatamente danneggiati, e simili a quelli apparsi nei pressi di uno dei finestrini della cabina del Discovery, sono stati testati in una galleria del vento dell’Ames Research Center della NASA in California, per aiutare gli ingegneri e gli esperti di aerodinamica a calcolare se e quando, si potevano staccare dei pezzi durante il rientro, che traiettoria avrebbero seguito e se un impatto avrebbe potuto causare dei seri danni agli elevoni di coda delle ali, al flap verticale di frenata e ai gusci dei propulsori orbitali dello Shuttle. Fortunatamente, risultati di questi tests hanno dimostrato che la copertura sporgente del finestrino del Discovery non rappresentava una minaccia per il rientro in sicurezza dell’Orbiter.
All’inizio di questa giornata, gli astronauti del Discovery  e i loro colleghi dell’ISS hanno osservato un momento di raccoglimento dedicato ai 21 astronauti e cosmonauti che hanno perso la propria vita in incidenti astronautici, dichiarando inoltre che i benefici prodotti dalle imprese spaziali sono ben superiori ai rischi.
Alternandosi nella lettura di testi da loro preparati, mentre inviavano a terra le immagini del loro lento sorvolo dell’Oceano Indiano, essi hanno ricordato gli equipaggi del Columbia, Challenger, Soyuz 1 e 11, e dell’Apollo 1.

Nel frattempo sulla Terra, l’amministratore della NASA Michael Griffin, difendeva strenuamente e ad ogni occasione il Programma Shuttle e il vituperato progetto dell’External Tank.
Riferendosi al numero complessivo di ammaccature, scheggiature, e crateri scoperti sulle piastrelle dello scudo termico dello Shuttle, Griffin ha detto: “Il Discovery è l’uccello più pulito che abbiamo mai visto, almeno sei volte più pulito della media delle 113 missioni precedenti. Abbiamo ancora tre o quattro cose da sistemare rispetto a questo primo volo del Return to Flight, dopo questi due anni e mezzo di sosta forzata, ma dal punto di vista ingegneristico abbiamo lavorato bene.”
Rispondendo alle domande dei giornalisti riguardo a come la NASA sarebbe riuscita ad effettuare un altro lancio entro la fine di quest’anno, Griffin ha risposto “lavorando rapidamente e duramente”.
“Se lavorando così avremo successo, allora cercheremo di sfruttare una delle prossime finestre di lancio, altrimenti, andremo avanti per la nostra strada. Di certo non inizieremo a lavorare partendo già sconfitti.”
E’ stato chiesto inoltre a Griffin se a suo parere i media hanno reagito con troppa enfasi ai problemi del distacco della schiuma dall’ET, durante il lancio del Discovery.
“Essenzialmente questo è stato un volo di prova,” ha detto. “Esso ha fornito dei dati importanti che noi potremo utilizzare per continuare nel nostro lavoro. Le cattive notizie sono relative al fatto di non essere riusciti a raggiungere quei quattro obiettivi, mentre le buone notizie riguardano il fatto che siamo riusciti a ridurre enormemente i danni subiti dall’Orbiter tramite le contromisure attuate per migliorare la sicurezza del serbatoio.”
“Abbiamo dichiarato esplicitamente che la sequenza di voli di prova del programma del Return to Flight consisteva in due voli di test. Ci siamo preparati al peggio sperando per il meglio, e questo è il nostro modo di lavorare.”
 

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