I test in tutto il mondo e il traffico della ISS fanno slittare il lancio dell’ATV all’autunno 2007

22 Marzo 2007

Jules Verne, il primo dei cinque Veicoli Automatici di Trasferimento (ATV, Automated Transfer Vehicle) dell’ESA, è alle soglie del lancio. Il sistema hardware e’ assemblato al 100 per cento e pronto a volare nello spazio. La missione inaugurale, prevista per la seconda metà del 2007, corona una campagna di test durata tre anni.

I team del Prime Contractor e dell’ESA stanno lavorando intensamente per completare i test della più complessa navicella spaziale che sia mai stata sviluppata in Europa. Nel corso dei cruciali mesi a venire, questo progetto di frontiera affronta tre obiettivi convergenti: preparare dettagliatamente le operazioni di volo; sintonizzare le interfacce con quelle della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e dei partner della Stazione; e, infine, preparare l’Ariane 5 per il lancio del maggiore carico finora mai eseguito.

Nei mesi passati, la principale sfida dei test di qualifica dell’ATV è stata eseguire campagne di prove parallele, coinvolgenti tante interfacce diverse con differenti partner. L’obiettivo primario di questa strategia complessa e dispendiosa in termini di tempo è stato quello di assicurare che l’hardware e il software dell’ATV potessero gestire tutti i possibili scenari (nominali e non ) che Jules Verne potrebbe dover affrontare nel corso della missione.

ATV rendezvous simulation
Test di qualifica di Jules Verne

Per esempio, da dicembre a marzo presso il GDC (Ground Debugging Complex) dello stabilimento della RSC-Energia di Mosca – il sito di costruzione del meccanismo di attracco dell’ATV, del sistema di rifornimento e dell’elettronica associata – sono state condotte estese simulazioni numeriche. Un potente simulatore ha contemplato di proposito numerosi scenari non nominali e ha creato artificialmente situazioni di difficoltà che il sistema architetturale dell’ATV deve affrontare, nel rispetto degli stretti vincoli richiesti dal volo umano nello spazio.

L’obbiettivo è di testare la versione finale del software usato, in primo luogo per l’interfaccia tra l’ATV e il modulo russo, quando inizia la fase di rendezvous e attracco, ma anche il software che sarà usato in un secondo momento, dopo l’attracco, e che renderà possibile il passaggio al modulo russo del controllo del sistema di propulsione dell’ATV per la spinta e il controllo dell’assetto di volo delle 220 tonnellate che costituiscono l’ISS. I test hanno incluso i reali componenti hardware per la comunicazione e i simulatori GPS.

I test, che stanno finalmente arrivando a una conclusione positiva, hanno subito significativi ritardi a causa di problemi inattesi emersi nel corso della validazione del segmento GPS russo, necessario al corrispondente sistema di navigazione dell’ATV. Le azioni correttive intraprese, che hanno incluso un aggiornamento del software, si sono concluse con un test che ha dato risultati pienamente soddisfacenti.

Successful extension and retraction of docking system probe
Test eseguiti all'ESTEC

Sempre allo stabilimento della RSC-Energia, questa volta presso la Stazione di Controllo e Prove (KIS), è prevista per questa primavera un’altra campagna di test di due mesi, che metterà alla prova le reali interfacce grazie all’utilizzo di una replica del modulo russo di 12,6 metri. Grazie alle vere interfacce fisiche, sarà possibile mettere alla prova i sistemi russi di attracco e rifornimento, utilizzando fluidi reali e serbatoi pressurizzati. Jules Verne, come il veicolo russo Progress, ha la capacità di rifornire la Stazione di 860 kg di propellente e di portar via 840 kg di rifiuti liquidi.

Anche presso il centro dell’ESA a Noordwijk, in Olanda, nel corso del 2006 la Jules Verne era stata sottoposta a due importanti test sulla risposta all’ambiente: il primo era un test acustico per verificare la resistenza della navicella al carico di rumore nel corso del lancio. Il test è stato completato con pieno successo nel luglio scorso.

Il successivo test era un test termico nel vuoto per verificare che Jules Verne, in stato attivo, sia in grado di sostenere le dure condizioni dello spazio, con temperature estreme nel vuoto. Nonostante la navicella fosse in sé pronta per il test, le prove sono state posposte per una sottostima del tempo necessario per la messa a punto delle procedure del test stesso – procedure che devono essere perfettamente definite – in una situazione in cui si coinvolga l’hardware destinato al volo. Alla fine, una settimana prima del Natale scorso, Jules Verne ha superato con successo anche questo test.

Sempre nell’autunno 2006, grazie alla più grande struttura per i test “a scafo di nave” presente in Europa, ad ovest di Parigi, la tecnica per il rendezvous di Jules Verne è stata provata con esito positivo. Per la prima volta il sistema ha lavorato in condizioni di completa auto-consistenza, una situazione nella quale tutti gli aspetti della navicella erano o veri – computer, software, sensori, traiettorie – o simulati, come per esempio l’inerzia dell’ATV, la spinta degli attuatori ecc.

Pronti alla partenza

Fermat Building houses the ATV Control Centre
L’ATV Control Centre (ATV-CC) di Tolosa

Molti scenari di missione richiederanno interazioni complesse e responsabilità condivise fra l’ATV Control Centre (ATV-CC) di Tolosa, Francia, e i Centri di Controllo di Missione russo e statunitense, a Mosca e Houston. Per la prima volta nella storia dell’esplorazione spaziale, tre centri di controllo intorno al globo dovranno lavorare insieme. Per queste attività congiunte, che si riferiscono a quando l’ATV sarà in orbita, sono state messe a punto specifiche procedure di alto livello, le Multi-Element Procedures, che stabiliscono i compiti che devono essere eseguiti in sequenza dai centri coinvolti. Rimangono da realizzare una dozzina di simulazioni, che coinvolgono i tre centri, per sintonizzare perfettamente le procedure per gli scenari nominali e non che Jules Verne potrebbe dover affrontare.

ISS Expedition 16 during ATV training
L’equipaggio 16 della ISS

Nel frattempo, l’equipaggio 16 della ISS, Yuri Malenchenko e Peggy Whitson, ha iniziato un training specifico per l’ATV al Centro Astronautico Europeo di Colonia, in Germania. "Il loro compito durante il rendezvous sarà simile a quello di un equipaggio di un aereo che controlla un atterraggio automatico che coinvolge 14 diversi parametri, senza controlli manuali di back-up se non la possibilità di comandare una manovra di giravolta automatica", racconta l’astronauta dell’ESA Jean-François Clervoy, il senior advisor del programma ATV.

Ora che i numerosi test e le verifiche sono quasi completati, Jules Verne dovrebbe essere pronto per il trasferimento al sito di lancio nell’estate 2007. Occorreranno circa due settimane via mare a bordo della Toucan, la nave di trasporto dell’Ariane 5, per trasferire l’ATV e le sue 400 tonnellate di equipaggiamento per il supporto da terra dal Centro Test dell’ESA in Olanda a Kourou, nella Guaina Francese.

"Ci incoraggia constatare che la maggior parte dei problemi incontrati negli anni passati sono ormai risolti. E anche se siamo ancora pieni di lavoro, prevediamo di essere pronti a trasportare Jules Verne nella Guiana Francese nei prossimi mesi, pronto per il lancio”, osserva John Ellwood, il Project Manager dell’ESA per il programma dell’ATV.

Dato che l’ATV è la più pesante e complessa navicella spaziale mai sviluppata in Europa, e considerati gli stringenti vincoli di sicurezza che riguardano il volo umano nello spazio, la campagna di lancio al Centro Spaziale della Guiana (CSG, Centre Spatial Guyanais) nella Guiana Francese, durerà almeno quattro mesi prima del lancio.

La data del lancio

Size ATV
Le dimensioni dell'ATV

Nel frattempo in Europa, da aprile fino alla metà della prossima estate, sarà condotta un’estesa revisione con la NASA e i partner russi per accertarsi che Jules Verne, le sue strutture e le procedure trilaterali dell’ATV siano pronte per supportare al meglio la missione inaugurale.

La qualifica dell’ATV Control Centre è quasi terminata, gran parte del programma di prove per la validazione è stata completata ed è iniziato il programma di qualifica per le operazioni a regime, in tempo per lanciare l’ATV alla fine di luglio dell’anno in corso.

Oltre alla messa a punto di Jules Verne e del suo Centro di Controllo, sono numerosi i vincoli esterni che limitano le opportunità di attracco di Jules Verne e che, a loro volta, riducono le opportunità di lancio.

Uno dei vincoli naturali principali è dato dall’inclinazione del Sole rispetto alla linea di vista ATV-ISS nel corso dell’avvicinamento finale: questo angolo deve essere abbastanza piccolo da fornire una potenza appropriata alla ISS e abbastanza grande da evitare di confondere i sensori che guidano il rendezvous. Questo vincolo lascia aperte due finestre di lancio, una in settembre, l’altra in novembre.

Altri vincoli di rilievo sono legati al traffico di altri veicoli spaziali per e dalla Stazione Spaziale e la disponibilità della porta di attracco, utilizzata di solito dalla navicella di rifornimento russa Progress.

A complicare la già intricata determinazione della data di lancio di Jules Verne, ci si è ultimamente messo anche uno sfortunato evento atmosferico. Il danno causato dalla recente grandinata al serbatoio esterno dello Space Shuttle già posizionato sulla rampa di lancio in Florida è attualmente in fase di verifica, ma la NASA ha già fatto sapere che causerà un ritardo di un paio di settimane sul calendario dei voli Shuttle previsti per l’autunno.

Considerando da una parte i ritardi incontrati dai team responsabili dei test in Russia e in Europa, causati da problemi imprevisti ma ora risolti, e dall’altra i vincoli esterni aggiuntivi, è ormai chiaro che la prima opportunità di lancio di Jules Verne non può essere prima del prossimo settembre, con una certa probabilità di slittare a novembre, a seconda della revisione del programma dei voli Shuttle e alla priorità riservata al fatto che l’ATV rifornisca la Stazione con un trasporto di beni che può arrivare alle 6 tonnellate.

L’ESA si sta impiegando presso i suoi partner internazionali per assicurare a Jules Verne il volo alla prima occasione possibile e sicura, dimostrando in questo modo che l’Europa possiede le necessarie abilità per fornire una capacità logistica adeguata. É anche un modo che permette all’Europa di pagare la sua quota per la ISS, investendo sull’industria europea invece che trasferire moneta sonante ai suoi partner internazionali.

ATV mission scenario - from launch through to destructive re-entry in the Earth's atmosphere
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