L’italiana AVIO per il nuovo vettore a metano “Vega E (Evolution)”
L’AD di Avio Giulio Ranzo ed il Direttore del trasporto spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea Daniel Neuenschwander hanno sottoscritto un contratto del valore di 118,8 milioni di € per lo sviluppo del lanciatore spaziale Vega dopo il 2025.
Ciò rende possibile lo sviluppo per il 2022 del lanciatore Vega E (Evolution), una versione migliorata e più potente del Vega C.
Il nuovo lanciatore consentirà di aumentare ulteriormente:
- prestazioni,
- flessibilità
- e competitività
del programma Vega grazie ad un forte aumento del carico utile ed alla flessibilità della missione, con la riduzione dei costi di missione anche grazie all’utilizzo di componenti del Vega C.
E’ previsto lo sviluppo di un nuovo motore criogenico per il terzo stadio M10 azionato tramite ossigeno liquido e metano; ciò contribuirà a migliorare l’impronta ambientale del lanciatore grazie alla riduzione delle emissioni e dei residui di combustione.
Il nuovo vettore Vega-E avrà tre stadi (il Vega-C ne ha quattro): due saranno derivati dal Vega-C:
- il motore a razzo solido P120C garantirà la spinta al momento del lancio;
- lo Zefiro-40 allo stato solido sarà il secondo;
- il terzo, quello nuovo, sarà lo stadio superiore criogenico a ossigeno-metano liquido, che, come detto, sarà il fulcro del nuovo Vega-E.
Il lanciatore Vega Evolution
Già a partire dal 2004 fu proposto con il programma “LYRA” lo sviluppo di una versione evoluta del lanciatore che prevedeva un terzo stadio a propellenti liquidi (ossigeno-metano) in sostituzione del terzo e quarto stadio della configurazione iniziale con l’obiettivo di incrementare del 30% le prestazioni del vettore senza impatti significativi sul prezzo del lancio. Una volta definita la versione “consolidata” (Vega C), fu proposta una successiva “evoluzione” (Vega E) con l’obbiettivo di sfruttare al meglio le esperienze ottenute durante il programma di sviluppo Vega utilizzando motori già disponibili o in via di sviluppo come l’inedito stadio superiore a metano ed ossigeno liquido.
Per la realizzazione dopo il 2024, saranno introdotte nuove metodologie produttive quali la stampa 3D e sarà aggiornato il sistema di controllo di assetto con nuovi motori a perossido di idrogeno e nuova avionica. Il 13 novembre 2018 è stata completata con successo la prima prova al banco del prototipo in scala del motore M10 del VUS presso gli stabilimenti Avio di Colleferro.
Durante la fase di valutazione preliminare del sistema di lancio sono emerse due configurazioni principali. La prima (VEGA–E light) è un lanciatore bi-stadio con un carico utile di 400 kg verso l’orbita bassa ed è costituito dal Z40 (attuale secondo stadio del Vega C) e dal VUS. L’altra (VEGA-E heavy) ha prestazioni simili al Vega C ed è composta dal P120C al primo stadio, lo Z40 al secondo ed il VUS come stadio superiore.
Avio è un’azienda aerospaziale italiana che opera nel settore dei lanciatori e della propulsione applicata a sistemi di lancio, missili e satelliti. Svolge attività di:
- progettazione, sviluppo e produzione di lanciatori spaziali (il Vega nelle sue versioni base e potenziate C e E);
- sistemi propulsivi a propellente solido e liquido per lanciatori spaziali (Ariane 5 e Ariane 6);
- sistemi propulsivi a propellente solido per missili tattici (Aster 30, Aspide, Marte e Camm-ER);
- sistemi propulsivi a propellente liquido per satelliti;
- ricerca e sviluppo.
Occupa direttamente in Italia e all’estero più di 800 persone altamente qualificate e per il 15% impiegate in attività di Ricerca e Sviluppo.
In Italia è presente, con oltre 700 persone, nella sede operativa principale di Colleferro (Roma) e in altri insediamenti in Campania e Piemonte; ulteriori sedi operative sono presenti all’estero, in Francia (metropolitana e Guyana Francese).
LANCIATORE VEGA
Vega è un lanciatore spaziale progettato e realizzato per il posizionamento di satelliti in orbita bassa.
Avio ha progettato e sviluppato Vega ed è Primo Contraente per Ariane-space, il più grande operatore di servizi di lancio. Sette nazioni europee partecipano allo sviluppo del Vega, in Italia se ne realizza il 65%. Avio ha sviluppato e produce i motori a propellente solido dei primi 3 stadi del lanciatore e il modulo propulsivo a liquido del quarto.
Avio riveste, inoltre, il ruolo di Primo Contraente per la nuova generazione della famiglia dei lanciatori:
- Vega C, il cui lancio di qualifica è programmato per metà 2019;
- Vega E, per il quale sono iniziate le attività di studio preliminare.
Per questi ultimi Avio sviluppa, e successivamente produrrà, l’intero sistema di lancio, il nuovo secondo stadio (basato sul nuovo motore Z40) e, per quel che riguarda il Vega E, lo stadio superiore criogenico ad ossigeno liquido-metano. Continuerà inoltre a produrre i componenti comuni con la versione attuale del Vega.
Infine, attraverso la joint venture Europropulsion con Ariane Group, è responsabile dello sviluppo del nuovo motore a propellente solido P120C, cuore del primo stadio per i nuovi Vega.
LANCIATORI ARIANE 5 E ARIANE 6
Ariane 5 è un lanciatore spaziale progettato e realizzato per il posizionamento di satelliti in orbita di trasferimento geostazionaria, in cui ASL ricopre il ruolo di Prime Contractor. Avio opera in qualità di sotto-contraente avendo sviluppato e producendo la turbo-pompa ad ossigeno liquido (LOX) per il motore Vulcain 2 e, attraverso la joint venture Europropulsion con ASL, il motore a propellente solido P230.
Ariane 6 sarà il successore di Ariane 5 e Avio opera in qualità di sotto-contraente per il lanciatore il cui volo di qualifica è previsto per il 2020; per Ariane 6 Avio sta sviluppando e successivamente produrrà sia il motore a propellente solido P120C (comune al primo stadio di Vega C), sia la turbopompa ad ossigeno liquido per il motore Vinci, oltre a continuare la produzione della turbopompa ad ossigeno liquido per il motore Vulcain 2.
SISTEMI PROPULSIVI A PROPELLENTE SOLIDO PER MISSILI TATTICI
Avio è sotto-contraente di MBDA per la progettazione, sviluppo e produzione di motori a propellente solido, motori di crociera e sensori/sistemi di guida per Aster 30, un sistema missilistico avanzato ad altissime prestazioni di difesa terra-aria. Sviluppa e realizza, inoltre, la propulsione per i missili Aspide e Marte ed ha recentemente iniziato lo sviluppo del motore per il missile antiaereo Camm-ER a gittata estesa e ad altissime prestazioni che equipaggerà i futuri sistemi di difesa terrestre, marittima e aerea.
SISTEMI PROPULSIVI A PROPELLENTE LIQUIDO PER SATELLITI
Dal 1984, Avio ha sviluppato e prodotto più di 15 sistemi propulsivi a propellenti liquidi per satelliti. Sono attualmente in corso le operazioni di preparazione al lancio di due nuovi satelliti ESA dotati di propulsione a liquido Avio.
RICERCA E SVILUPPO
Avio considera da sempre la ricerca e lo sviluppo indispensabili per la competitività, l’efficienza e la sostenibilità nel tempo del proprio sistema imprenditoriale e dei propri prodotti. Per questo investe in modo significativo in ricerca di base e sviluppo pre-competitivo su materiali, tecnologie innovative, nuovi prodotti e applicazioni. È il caso dei materiali e strutture in composito ad alte prestazioni, dei nuovi propellenti verdi, delle applicazioni orbitali.
Il missile “Vega”, acronimo di Vettore Europeo di Generazione Avanzata, è un vettore operativo in uso dalla Arianespace, sviluppato in collaborazione dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per il lancio in orbita di piccoli satelliti (300 – 1500 kg).
Il Vega, che prende il nome dall’omonima stella della costellazione Lyra, è un vettore a corpo unico, senza booster laterali, con tre stadi a propellente solido P80, Zefiro 23, Zefiro 9 e uno stadio per le manovre orbitali a propellente liquido, l’AVUM.
Sviluppatori
Lo sviluppo tecnico è stato affidato all’italiana ELV, una società partecipata al 70% dall’Avio e al 30% dall’ASI. Il concetto iniziale di partenza del progetto del lanciatore, conosciuto in un primo tempo semplicemente come “Zefiro” dal nome del modello unico di propulsore previsto nella configurazione originaria, era stato presentato dall’allora BPD Difesa Spazio all’ASI, nel 1988, quale successore del vettore Scout (utilizzato dal programma “Progetto San Marco”) di cui si prospettava, ormai, una prossima cessazione della produzione. Il progetto definitivo Vega è stato avviato nel 1998 con l’approvazione finale da parte dell’Agenzia Spaziale Europea. L’Italia è il maggior finanziatore e sviluppatore del programma con una quota del 65%, seguono la Francia (12,43%), il Belgio (5,63%), la Spagna (5%), i Paesi Bassi (3,5%) e infine con quote marginali la Svizzera (1,34%) e la Svezia(0,8%).
Caratteristiche
Il razzo è progettato per il trasporto in orbita di piccoli carichi, tra i 300 e i 1500 kg, in orbite basse o polari, in particolar modo eliosincrone. Una caratteristica particolare e molto apprezzata è la possibilità di trasportare due o tre piccoli carichi contemporaneamente e posizionarli correttamente su orbite diverse, capacità non comune nei lanciatori di così piccole dimensioni.
Il lanciatore è formato da un corpo singolo a quattro stadi, alto circa 30 metri, con un diametro massimo di circa 3 metri e con un peso al decollo di 137 tonnellate. A differenza di molti altri vettori, il Vega è stato costruito in fibra di carbonio.
I 4 stadi del lanciatore
P80
Il primo stadio di Vega in ordine di accensione, detto P80 è il più grande e più potente propulsore a propellente solido monoblocco del mondo. Questo programma è stato guidato dal Centre national d’études spatiales (CNES) di Évry ed è stato finanziato da Francia (66%), Belgio, Paesi Bassi e Italia. Oltre a realizzare il primo stadio di Vega, il progetto P80 puntava anche a sviluppare nuove tecnologie utili per i futuri sviluppi della serie Ariane. La progettazione dello stadio è stata affidata all’italiana Avio (motore) e alla italo-francese Europropulsion (integrazione), oltre a commesse minori alla belga SABCA (sistema di controllo), alla francese Snecma (ugello di scarico) e all’olandese Stork B.V. (sistema di accensione).
Lo stadio è alto 11,20 metri, ha un diametro di 3 metri e un peso di 96,263 tonnellate, di cui 87,710 di propellente. La spinta prodotta dal motore, equivalente a 3 015 kN, viene fornita per 109,9 secondi.
Il P80 è stato sottoposto a due test di accensione, il primo si è svolto a Kourou il 30 novembre 2006 e si è concluso con successo: il motore ha fornito un comportamento molto simile alle previsioni.
Lo sviluppo del progetto si è quindi concluso con una seconda prova di accensione a Kourou il 4 dicembre 2007, durante la quale è stato utilizzato un nuovo ugello orientabile. Il motore ha generato una spinta in linea con le aspettative, permettendo allo stadio di essere dichiarato pronto per i voli.
Zefiro 23 e Zefiro 9
ZEFIRO = ZEro FIrst stage ROcket motor deriva dalla configurazione originaria del VEGA che prevedeva due Zefiri uguali per i primi due stadi del Lanciatore detti stadio zero e primo stadio.
Lo Zefiro 23 e lo Zefiro 9, dove il numero rappresenta il peso in tonnellate previsto all’inizio della progettazione, sono rispettivamente il secondo e il terzo stadio di Vega. Sono stati sviluppati, costruiti e testati da Avio, con la collaborazione della SABCA per il sistema di controllo.
Lo Zefiro 23 è stato sottoposto a due prove di accensione presso il poligono del Salto di Quirra, la prima il 26 giugno 2006, la seconda il 27 marzo 2008. Entrambe si sono svolte con successo e lo Zefiro 23 è stato dichiarato abilitato al volo.
Anche lo Zefiro 9 è stato sottoposto a due prove di accensione al Salto di Quirra. La prima, svoltasi il 20 dicembre 2005 si è risolta in un pieno successo; al contrario durante la seconda, del 27 marzo 2008, che seguiva un lavoro di revisione sulla base dei dati del primo test, il motore ha mostrato un calo anomalo della pressione interna.
L’insuccesso ha provocato un ritardo nello sviluppo del lanciatore, tuttavia il 23 ottobre 2008, in occasione di un nuovo test, il motore ha mostrato prestazioni soddisfacenti, anche grazie ad un nuovo ugello e una maggiore quantità di propellente.
AVUM
Il quarto stadio, denominato Attitude and Vernier Upper Module, ospita il motore responsabile dell’inserimento finale in orbita del carico. Al contrario degli stadi precedenti, che utilizzano propellente solido, il quarto stadio utilizza un propellente liquido, costituito da dimetilidrazina asimmetrica (UDMH) e tetraossido di diazoto come comburente. La regolazione dell’orientamento del modulo è attuata tramite un sistema che fa uso di idrazina. Al di sopra del sistema propulsivo si trova un modulo che ospita i componenti principali dell’avionica del lanciatore.
Lo stadio è alto 2,04 metri, ha un diametro di 2,18 metri e un peso di 1265 chilogrammi, di cui fino a 577 di propellente. La spinta fornita dal motore per 667 secondi equivale a 2,45 kN.
Il modulo è di tecnologia e produzione ucraina e spagnola: il motore è sviluppato dall’azienda Yuzhnoye mentre una controllata spagnola di EADS è responsabile della struttura e della scocca. In passato si è discusso riguardo alla possibilità di sostituire il motore ucraino con uno tedesco in modo da rendere il modulo una produzione totale europea.
Copertura del carico
La copertura del carico, il cosiddetto payload fairing, è stato progettato e prodotto dalla svizzera RUAG Space. Ha un diametro di 2,6 metri, un’altezza di 7,88 metri e una massa di 540 kg.
Lanci
Test di qualifica
Il 26 giugno 2006 è stata portata a termine, presso il Poligono Sperimentale e di Addestramento Interforze di Quirra (Sardegna), la prova di accensione dei motori del secondo stadio Zefiro 23, che ha permesso di raccogliere fondamentali informazioni sulle caratteristiche dello stadio: variazioni di pressione, temperatura e velocità di combustione, profilo di spinta, controllo dell’orientamento della spinta tramite gli attuatori elettromeccanici che azionano l’ugello. I parametri raccolti hanno decretato il pieno successo della prova.
Il 30 novembre 2006 si è svolta con successo presso il centro spaziale della Guyana francese la prova di accensione dei motori del primo stadio P80 del lanciatore. Il 5 dicembre 2007 la versione definitiva del motore P80 è stata collaudata con successo nel centro spaziale di Kourou nella Guiana Francese.
Primo lancio
Il primo volo di Vega, codice volo VV01, inizialmente previsto per il novembre del 2010, è avvenuto il 13 febbraio 2012 dal Centre spatial guyanais di Kourou, portando in orbita nove satelliti, fra cui gli italiani LARES acronimo di LAser Relativity Satellite (satellite ideato per misurare, con una precisione dell’1%, l’effetto Lense-Thirring della relatività generale), costruito con la collaborazione dell’Università La Sapienza, e ALMASat-1, costruito nel polo ingegneristico di Forlì dell’Università di Bologna.
Programma VERTA
Dopo il primo volo l’Agenzia Spaziale Europea aveva previsto cinque lanci, come parte del programma VERTA (VEga Research and Technology Accompaniment) volto a convincere i potenziali utenti della validità del vettore. Durante questi voli, VEGA ha portato in orbita quattro satelliti dell’Agenzia Spaziale Europea: Proba-V (osservazione della Terra), ADM-Aeolus (studio dell’atmosfera), LISA Pathfinder (studio delle onde gravitazionali) e l’Intermediate Experimental Vehicle (IXV). Insieme ai carichi principali sono stati lanciati anche nanosatelliti a scopi didattici come e-st@r del Politecnico di Torino. Il programma VERTA prevedeva una frequenza minima di due lanci per anno, con l’obiettivo di dimostrare le potenzialità di VEGA per lo sfruttamento commerciale e si è concluso con il lancio del dimostratore LISA Pathfinder.
Secondo lancio
Il secondo lancio (primo lancio del programma VERTA), codice volo VV02, è stato effettuato alle 4 (ora italiana) del 7 maggio 2013, trasportando in orbita il satellite Proba-V dell’ESA, in grado di eseguire un rilievo globale della vegetazione, il primo satellite estone, l’ESTCube-1, e un satellite vietnamita il VNREDSAT.
Terzo lancio
Il 30 aprile 2014 alle ore 3.35 (ora italiana) è avvenuto il terzo lancio del vettore, il primo lancio esclusivamente commerciale. Il lancio è avvenuto dalla piattaforma numero 1 del Centre spatial guyanais a Kourou nella Guyana Francese, la stessa usata per i razzi Ariane 1. Con questo lancio si è messo in orbita un satellite, il KazEOSat-1, del peso complessivo di 900 kg che fornirà immagini multispettrali ed in pancromia ad alta risoluzione dell’intero pianeta, che verranno utilizzate per il monitoraggio e la mappatura del pianeta, il supporto alla gestione delle catastrofi naturali e la pura sorveglianza del territorio.
Quarto lancio
Il quarto lancio è avvenuto regolarmente l’11 febbraio 2015 e ha portato in una traiettoria sub-orbitale il veicolo sperimentale europeo IXV. Durante il volo, il quarto stadio AVUM è entrato brevemente in orbita e poi ha eseguito una manovra di de-orbiting come pianificato.
Quinto lancio
Il quinto lancio (il primo del lotto della fornitura Arianespace-ELV) è avvenuto il 23 giugno 2015 alle 3:51 ora italiana dalla base di Kourou per mettere in orbita il satellite Sentinel 2A facente parte del programma europeo Copernicus (messa in orbita di una decina di satelliti). Compito di questo satellite è svelare, per i prossimi 7 anni, i “colori” della terra controllando così lo stato di salute del nostro pianeta, con particolare attenzione alle aree agricole e alle foreste. Il satellite Sentinel 1A è stato lanciato in orbita il 3 aprile 2014 tramite il razzo Soyuz.
Sesto lancio
Il sesto lancio (il quinto ed ultimo del programma VERTA) è avvenuto sempre a Kourou il 3 dicembre 2015 alle 04;04;00 UTC, per mettere in orbita il satellite della Airbus LISA Pathfinder per il quale era stata inizialmente prevista una vita operativa di un anno, in seguito estesa fino al giugno del 2017.
Fornitura Arianespace-ELV
A novembre 2013 è stato firmato un contratto tra Arianespace ed ELV per la fornitura di dieci vettori VEGA, che saranno lanciati nell’arco di tre anni dopo la fine del programma VERTA.
Settimo lancio
Il settimo lancio, avvenuto alle 01:43 UTC del 16 settembre 2016, ha permesso l’immissione in orbita di 4 satelliti della piattaforma di rilevamento della superficie terrestre “Terra Bella” e del satellite di osservazione PeruSAT-1.
Ottavo lancio
Con l’ottavo lancio avvenuto alle ore 13.51 UTC del 5 dicembre 2016 è stato messo in orbita il satellite turco per l’osservazione della terra Gokturk-1.
Nono lancio
Il 7 marzo 2017 alle 01:49 UTC è stato lanciato con successo il satellite Sentinel 2B nell’ambito del progetto europeo Copernicus per il monitoraggio delle terre emerse e delle acque costiere del pianeta.
Decimo lancio
Con il lancio del 2 agosto 2017 sono stati messi in orbita due satelliti per l’osservazione terrestre, l’OPTSAT-3000 per conto del Ministero della difesa italiano e il satellite franco-israeliano VENµS.
Undicesimo lancio
Con la missione VV11 è stato lanciato l’8 novembre del 2017 il satellite Mohammed VI-A per conto del Marocco. Inizialmente era previsto che il carico pagante della missione VV11 fosse il satellite dell’ESA ADM-Aeolus, ma nel corso del 2017 fu deciso di far slittare al 2018 il lancio dell’Aeolus e di assegnare al satellite marocchino l’ultimo lancio del Vega del 2017.
Dodicesimo lancio
Il primo lancio del 2018 del Vega ha visto la messa in orbita del satellite meteorologico ESA ADM-Aeolus per la rilevazione accurata del profilo dei venti. Inizialmente previsto per il 21 agosto, il lancio fu posticipato di un giorno a causa delle avverse condizioni meteo in quota.
Tredicesimo lancio
Il 21 novembre 2018, con la missione VV13, è avvenuto il lancio del secondo satellite Mohammed VI per conto del Marocco. Come l’anno precedente, la natura del carico pagante è rimasta riservata fino a poche settimane prima del lancio. Al suo posto era infatti previsto il satellite PRISMA, poi slittato al marzo 2019.
Sviluppi futuri
Vega C
Lo sviluppo della versione Vega C è stato formalmente approvato il 12 agosto 2015 e prevede l’impiego di un P120C per il primo stadio (una versione maggiorata del P80), un Z40 al secondo stadio, uno Z9 per il terzo e l’AVUM+ (che ha il 20% di propellente in più rispetto all’AVUM standard) per il quarto stadio. Questa versione è in grado di immettere fino a 2200 kg di carico utile in orbita polare a 700 km o 1800 kg in orbita elio sincrona a 800 km. Le prove di tenuta alla pressione di esercizio ed ai carichi strutturali di progetto sul primo prototipo di P120C si sono concluse il 17 giugno 2017 nello stabilimento Avio di Colleferro. A marzo del 2018 è stato provato al banco presso il poligono di Salto Quirra il primo modello di Z40. Il 16 luglio 2018 è stato provato con successo il primo dei tre motori P120C necessari alla certificazione propedeutica al primo lancio del Vega C previsto per i primi mesi del 2020.
Vega C ed è l’ultimo arrivato tra i lanciatori europei, quei razzi che vengono utilizzati per portare in orbita i satelliti. Il suo battesimo del fuoco, il cosiddetto “maiden flight“, avverrà a fine 2019, ma i preparativi continuano a susseguirsi nel Centre spatial guyanais, la base dell’Agenzia spaziale europea (Esa) da cui partono i nostri voli e che abbiamo avuto la possibilità di visitare. Tutti gli sforzi in questo momento sono concentrati sul motore P120, responsabile con la sua potenza della prima fase del viaggio, quella che porta il razzo a staccarsi da terra e arrivare in orbita. Questo motore viene realizzato (insieme alle altre componenti di Vega-C) in Italia, a Colleferro, dalla nostra Avio (in collaborazione con Arianespace), e in un mese e mezzo attraversa in nave l’oceano Atlantico per arrivare sulle coste sudamericane. Il suo firing test (in italiano tiro al banco) è previsto in Guyana nella nostra notte del 12 luglio.
Il lanciatore Vega C fa parte della famiglia dei più piccoli razzi europei (i più grandi sono invece gli Ariane, quasi alla sesta generazione) usati per portare in orbita satelliti ed è composto di diversi stadi: il motore P120rappresenta il primo stadio e, come dicevamo, serve a dare la spinta iniziale e più potente al razzo, per lanciarlo in atmosfera, vincendo la forza di gravità; altri due stadi, che si sganciano come il primo raggiunta una certa altitudine, continuano il viaggio del carico fino alla bassa orbita terrestre, quando entra in azione l’ultimo componente, l’Avum+, dove è racchiuso il contenuto che dovrà essere posizionato in un preciso punto sopra le nostre teste.
A questo serve il motore a combustibile liquido dell’Avum+ che, accendendosi e spegnendosi, potrà far giungere il carico in più posizioni (e quindi trasportare per esempio più di un satellite).
È proprio questa la forza del nuovo Vega C: una maggiore capacità (che passa dai 1.500 chilogrammi di Vega ai 2.200 del nuovo razzo) e la possibilità di trasportare in orbita più di un carico. Con la sua altezza di 35 metri, un diametro di 3,3 metri e una massa di 210 tonnellate, il nuovo razzo europeo promette di essere un nuovo importante giocatore nel viaggio spaziale. Dopo il suo lancio inaugurale nel 2019 (il primo test sul campo, che in realtà sarà un lancio vero e proprio), sono già stati previsti altri due lanci, ci confermano da Avio. “I nostri servizi sono destinati prima di tutto alle agenzie spaziali di qualunque paese ne abbia bisogno“, ci racconta a Kourou l’amministratore delegato di Avio Giulio Ranzo. “Dalla Corea al Giappone, per esempio, ma abbiamo avuto anche paesi dell’America latina, come Perù e Brasile, oltre naturalmente all’Agenzia spaziale europea e ad altre agenzie spaziali nazionali in Europa. E poi, anche ai clienti commerciali, molti dei quali sono negli Stati Uniti, che hanno esigenza di lanciare satelliti di media-piccola dimensione“.
Il P120 è il motore a combustibile solido più grande del mondo
Uno dei diversi cuori italiani di Vega C sarà il motore P120, un grande cilindro alto circa 13 metri e con un diametro di oltre 3,4 metri che possiamo pensare come un gigantesco fuoco d’artificio. Il P120, infatti, è uno di quei motori a propellente solido che si usa una volta e poi deve essere gettato via. All’interno del cilindro di fibra di carbonio che compone la struttura, infatti, nei laboratori Regulus presso il centro spaziale sudamericano vengono colate oltre 140 tonnellate di carburante, una specie di gelatina che con il tempo solidifica come un ghiacciolo attorno al proprio stecco. È da questo spazio centrale che si propagherà l’accensione del propellente, come una miccia che parte dall’asse centrale del motore e si proietta verso le pareti esterne, bruciando in un paio di minuti tutto il suo contenuto.
Il test di accensione del motore P120
Il firing test è la prova del nove, nel senso che il motore lo si progetta, si fanno naturalmente anche delle verifiche durante i primi campioni realizzati per vedere che siano conformi al progetto, poi però a un certo punto bisogna provare se questo motore effettivamente fornisce la spinta, quella che deve fornire, e quindi se l’insieme dell’involucro che hai progettato, l’ugello e tutte le sue componenti insieme al propellente, danno per l’appunto la performance sperata. Così come si fa con i motori delle macchine che si mettono su un banco fermo, si accendono e si vede se funzionano, così si mette il motore attaccato su una struttura fissa, lo si accendee per tutta la sua durata di performance, che sono circa due minuti, si misuria quanta spinta riesce a dare, in modo di essere certi che non ci siano anomalie.
Le settimane successive alla prova saranno altrettanto importanti per il futuro del motore e dei lanciatori. Non appena finito un firing test il motore viene smontato e si controlla l’interno e che non ci siano state usure anomale. Si tratta di informazioni preziose, perché possono servire per mettere a punto il ciclo di produzione o addirittura fare delle modifiche di progetto.
Fatti tre firing test e fatte le analisi a posteriori, si comincia a preparare il dossier per integrare tutto il lanciatore e per avere quindi contezza che tutto il sistema come insieme nei suoi motori, dell’avionica, del software, eccetera sia atto a volare, cioè abbia un’idoneità al volo.
Il battesimo del P120 sarà nel 2019 e riguarderà il Vega C, ma questo non è l’unico lanciatore sul quale questo motore sarà equipaggiato. Anche l’Ariane 6, il cui primo lancio è previsto nel 2020, vedrà l’utilizzo di questo motore, in particolare per i booster laterali della nuova generazione di razzi europei pesanti.
Space Rider
In seguito all’esperienza acquisita con l’Intermediate eXperimental Vehicle, l’ESA decise nel 2016 di procedere con lo sviluppo di un sistema riutilizzabile di accesso all’orbita bassa. Dopo una prima verifica di fattibilità, nel 2018 è iniziata la definizione del progetto preliminare. Per ridurre al minimo i costi di sviluppo e massimizzare il carico utile, lo Space Rider sfrutta elementi derivati dal progetto IXV fondendoli con il progetto del Vega C. Il risultato è uno spazio-plano con un modulo di servizio orbitale (lo stadio superiore del Vega C) e un modulo di rientro in grado di rientrare a terra e volare di nuovo dopo una leggera manutenzione.
VEnUS
Il VEnUS (VEGA Electrical nudge Upper Stage) è una evoluzione del modulo orbitale studiato per lo Space Rider con l’obiettivo di permettere al Vega C una maggiore flessibilità nel collocamento di satelliti fino a 1000 kg in particolari orbite fortemente ellittiche o di fuga, nel trasferimento da orbite di parcheggio ad orbite geostazionarie. Si compone di un modulo contente il sistema di controllo di assetto, quattro serbatoi contenti il gas xeno usato come propellente nei motori elettrici e un modulo per la produzione di energia elettrica mediante pannelli fotovoltaici ripiegabili, computer di navigazione e assetto con sensori stellari, ruote di reazione coadiuvate da sistemi di controllo d’assetto a momento magnetico.
Vettori concorrenti
Nel mercato dei lanci spaziali di piccoli carichi da 1.500 kg ci sono diversi lanciatori che competono con il Vega. Si possono citare il lanciatore indiano PSLV, gli americani Taurus e Falcon 1e (non più in servizio), il cinese Lunga Marcia 2C e i lanciatori russi Soyuz-2-1v, Rokot e Angara 1.1.
Il prezzo commerciale di un lancio del Vega è di 32 milioni di dollari. I costi di fabbricazione sono di 25 milioni di dollari, mentre i costi di commercializzazione (Arianespace) e di lancio (Korou) ammontano a 7 milioni di dollari. Secondo i responsabili del programma, Vega può permettersi di essere il 20% più caro dei suoi concorrenti tenendo conto della qualità delle prestazioni.
La maggior parte dei razzi spaziali sono fatti di metallo. Ma Avio usa fibra di carbonio per il Vega. E lo fa attraverso una tecnica di avvolgimento brevettata. Lo scopo è ottenere il miglior risultato con il minore investimento.
Il parametro fondamentale di tutta questa realizzazione è la leggerezza perché ovviamente per andare in orbita un razzo deve avere tanta potenza ma anche tanta leggerezza.
Basta osservare un lancio per capire cosa può fare Vega. La velocità di un razzo a propellente solido come questo non può essere ridotta una volta lanciato, e questo può essere un limite. Ma in compenso la potenza è enorme: Il Vega è un razzo estremamente veloce da lanciare, è relativamente leggero rispetto alla potenza che sprigiona. Guardarlo è un’esperienza emozionante. I razzi Vega possono essere facilmente lanciati, ma costruirne uno è un processo lungo e complesso. Ci vuole quasi un anno per passare dalla materia prima al lancio. Il primo passo è usare uno stampo gigante a forma di tubo chiamato mandrino.
Per fabbricare un motore in fibra di carbonio si parte da un’attrezzatura chiamata mandrino, fatta di tanti pezzi metallici “assiemati” tutti insieme e su questo mandrino si realizza per avvolgimento il motore in fibra di carbonio.
Durante il funzionamento un motore ha oltre tremila gradi di temperatura, per proteggere la parte strutturale da queste alte temperature viene realizzato un isolante termico in gomma di spessore molto limitato, che viene applicata come prima cosa sul mandrino. Si parte da bobine di materiale pre-impregnato in fibra di carbonio e resina epossidica (è un brevetto tutto Avio) e con questo materiale, circa 5.000 km di filo di questo materiale, si realizza l’avvolgimento della struttura in fibra di carbonio sul mandrino.
Il test del motore P120
Avio ha usato il sistema di avvolgimento in fibra di carbonio per creare il P120C, il più grande motore a propellente solido mai creato. Il P120C è importante poiché costituirà il primo stadio della nuova e più potente versione del Vega, chiamata Vega-C.
Il motore ha superato il firing test al centro dell’Agenzia Spaziale Europea nella Guyana francese.
Lo stesso motore sarà usato per il test sul lanciatore pesante Ariane 6, in una competizione spietata con India, Cina e Stati Uniti.
Il primo lancio di Vega-C è pianificato per il 2019. Prima di allora gli sforzi saranno concentrati sul quarto stadio, ossia la parte del razzo che va effettivamente in orbita, il vero vettore che trasporta i satelliti per i diversi clienti. È l’unico stadio che usa carburante liquido, e che quindi può essere acceso e spento. Diversamente dai motori a propellente solido su Vega-C Avio ha sviluppato un quarto stadio in grado di portare satelliti di un peso assai superiore rispetto a quelli di Vega e in grado anche di riaccendersi più volte. Questo permette un’estrema flessibilità del nuovo lanciatore che potrà portare i satelliti di dimensioni piccolissime come i cubesat di pochi chili, a dimensioni di 2.500 kg, quindi estremamente grandi.
Con il lanciatore leggero Vega, quello medio Soyuz e quello pesante Ariane 5, i lanciatori dell’Agenzia Spaziale Europea possono raggiungere ogni orbita dalla Guyana francese. E il membro più giovane della famiglia, Vega, provoca sempre una grande emozione tra gli ingegneri che lo hanno creato ogni volta che lascia la rampa di lancio.
La potenza che si sente sprigionare dall’interno del motore, sia in termini di fiamme che escono veramente dall’ugello, sia in termini di rumore assordante che circonda il lanciatore e il motore, è qualcosa di eccezionale!
(Web, Google, Ares, Wikipedia, Avio, You Tube)
