Lo Space Launch System (SLS) è un sistema di lancio orbitale super-pesante non riutilizzabile derivato dallo Space Shuttle, progettato dalla NASA, l’agenzia spaziale governativa degli Stati Uniti d'America.
Si tratta del sistema di lancio principale della NASA per i programmi futuri di esplorazione spaziale, nello specifico i voli lunari con equipaggio del programma Artemis e gli eventuali successivi voli con equipaggio verso Marte.
La sua realizzazione segue la decisione dell'allora Presidente degli Stati Uniti d'America Barack Obama di cancellare il 1º febbraio 2011 il Programma Constellation, per via degli elevati costi di sviluppo. Gli obiettivi di Constellation prevedevano il ritorno dell'uomo sulla Luna in preparazione del primo sbarco con equipaggio su Marte. Di conseguenza i vettori Ares I e Ares V vennero trasformati in un unico veicolo di lancio utilizzabile sia per l'equipaggio sia per il carico, secondo quanto dettato dal NASA Authorization Act del 2010.
Lo Space Launch System è stato lanciato con successo per la prima volta, dopo successivi slittamenti, il 16 Novembre 2022 alle 07:47 ore italiane dal John F. Kennedy Space Center Launch Complex 39B assieme all’Orion Multi-Purpose Crew Vehicle, nell’ambito della Artemis I. Il primo volo con equipaggio è stato invece Artemis II, che ha portato in una traiettoria di ritorno libero trans-lunare un equipaggio di 4 persone a bordo della capsula Orion (anch'essa al suo primo volo con equipaggio). Inoltre è previsto il lancio di missioni di esplorazione dello spazio profondo con e senza equipaggio, con l’obiettivo di mandare uomini in orbita marziana nel 2033.
Descrizione Motivazioni
Il veicolo nasce dalle ceneri del Programma Constellation, avviato dal Presidente George W. Bush nel 2005 per sostituire l’obsoleta flotta degli Space Shuttle con la famiglia di lanciatori Ares e il veicolo spaziale Orion. Nell'ambito di questo Programma era previsto il ritorno dell'uomo sulla Luna nel 2018, seguito dallo sbarco su Marte nel 2030. Tuttavia la Commissione Augustine, istituita dall'allora neo-Presidente Barack Obama, dedusse che diversi ritardi avrebbero rimandato i voli agli anni 2020;Augustine, Norman R.; et al. (October 2009). "SEEKING A HUMAN SPACEFLIGHT PROGRAM WORTHY OF A GREAT NATION" (PDF). Review of U.S. Human Spaceflight Plans Committee. Retrieved 23 October 2014. si decise quindi di ridisegnare i vettori Ares in un unico più potente ed economico, abbandonando l’uso di componenti derivati dagli EELV (come il motore RS-68) e dal Programma Apollo (come il J-2X), e adottando quasi esclusivamente componenti dello Space Shuttle.
Panoramica dello sviluppo Lo Space Launch System venne ufficialmente annunciato il 14 settembre 2011, con l’obiettivo di portare l’uomo sulla superficie di Marte nella metà degli anni ’30.
Originariamente erano state previste 5 configurazioni, cronologicamente: Il Block 0, con 3 motori RS-25D al primo stadio, 2 SRB a 5 segmenti, e uno stadio superiore Delta Cryogenic Second Stage, adattato al Core Stage e denominato Interim Cryogenic Propulsion Stage, con capacità di 70 tonnellate in LEO; Il Block 1, identico al Block 0 ma con 4 RS-25D/E al primo stadio, con capacità di 70 tonnellate in LEO; Il Block 1A, con boosters potenziati e capacità di 105 tonnellate in LEO; Il Block 1B, con i classici SRB a 5 segmenti, ma con uno stadio superiore Exploration Upper Stage alimentato da 4 RL10-C-1 oppure 2 J-2X derivati dal J-2 del Saturn IB e V, con capacità di 105 tonnellate in LEO; Il Block 2, con boosters avanzati e uno stadio EUS dotato di 3 J-2X, con capacità di 130 tonnellate in LEO. Il 31 luglio 2013, l'SLS superò la Preliminary Design Review (PDR). La revisione comprendeva tutti gli aspetti del design del SLS, dal razzo al supporto da terra alla logistica. Grazie al PDR l'SLS ottenne l'approvazione dall'amministrazione NASA per passare dalla fase di progettazione a quella di realizzazione degli articoli strutturali di test (STA).
Nel febbraio 2015 la NASA annunciò di non voler realizzare le configurazioni Block 0 e 1A, considerate non necessarie, preferendo a esse le Block 1, 1B e 2, testando le configurazioni da 70, 95 e 140 tonnellate in galleria del vento. Il 19 ottobre 2015 la NASA pubblicò un'immagine raffigurante tutti gli stadi evolutivi previsti per il vettore.
Disegno
Core Stage
Il primo stadio del SLS è comune a tutte le configurazioni del veicolo e consiste in 5 parti principali: rete superiore (Forward Skin, FS), serbatoio dell'ossigeno liquido (LOX), serbatoio intermedio (IT), serbatoio dell'idrogeno liquido (LH2) e vano motori (Engine Section, ES). La costruzione di ciascuno di questi elementi è affidata a Boeing e avviene nel Michoud Assembly Facility di New Orleans. I test strutturali delle piattaforme, invece, vengono condotti dalla Marshall Space Flight Center Test Laboratory, che gestisce il design dello Structural Test Equipment (STE) e i supporti agli Structural Test Articles (STA). Lo stadio ha un diametro di 8,4 m e un'altezza complessiva di 64,6 m circa. Il vano motori (ES) è costituito da 4 motori RS-25D/E ed è alto 5,24 m. Per le prime 4 missioni EM-1/SLS-1, EM-2/SLS-2, EM-3/SLS-3 ed EM-4/SLS-4 verranno utilizzati tutti i 16 motori RS-25D avanzati dal programma Space Shuttle, mentre da EM-5/SLS-5 verrà utilizzata una versione più leggera denominata RS-25E, progettata per non essere riutilizzata e attualmente in fase di test. Il Block 2 inizialmente doveva utilizzare 5 motori RS-25E, ma poi si è optato per utilizzare la stessa versione per tutti i Block, onde favorire il raffreddamento del vano.Per la EM-1 è previsto l'impiego dei motori ME-2045 (15 missioni precedenti, tra cui STS-135), ME-2056 (9 missioni precedenti, tra cui STS-114, ritorno al volo dopo il disastro del Columbia), ME-2058 (6 missioni precedenti, tra cui STS-133) ed ME-2060 (3 missioni precedenti, tra cui STS-135); nell'ambito di EM-2 i motori confermati per l'impiego sono il ME-2062 e ME-2063 (totalmente nuovi e costruiti sulla base dei pezzi di ricambio degli altri RS-25D, costituendo di fatto i primi RS-25E), il ME-2059 (5 missioni precedenti, tra cui STS-125 e STS-134) e il ME-2047 (15 missioni precedenti, tra cui STS-134). Per EM-3 verranno utilizzati i ME-2048 (4 missioni precedenti), ME-2054 (14 missioni precedenti, tra cui STS-114), ME-2057 (9 missioni precedenti, tra cui STS-125) e ME-2061 (3 missioni precedenti, tra cui STS-135), e infine per EM-4 i ME-2044 (13 missioni precedenti, tra cui STS-88), ME-2050 (11 missioni precedenti), ME-2051 (10 missioni precedenti) e ME-2052 (13 missioni precedenti, tra cui), esaurendo tutte le riserve attuali.
Tutti i motori RS-25E operano a bordo del SLS con una spinta del 111% rispetto al motore RS-25 originale, progettato negli anni settanta del secolo scorso prima di STS-1. Inoltre sono dotati di nuove Engine Control Unit (ECU) e nuovi software di controllo e insolazioni degli ugelli per ottimizzare il riscaldamento alla base del vettore.
Nel gennaio 2015 la NASA avviò i test di accensione dei motori RS-25 in preparazione all'uso sull'SLS, che vennero conclusi a settembre dello stesso anno, dimostrando allo stand A-1 dello Stennis Space Center un tempo di accensione massimo di 535 secondi a temperature ambientali comprese tra i 32 °C e i -1 °C, qualificandone definitivamente l'utilizzo a bordo del Core Stage.
Le sezioni LOX, IT ed LH2 sono sostanzialmente identiche a quelle del serbatoio esterno dello Space Shuttle; il serbatoio dell'ossigeno liquido, posizionato nella parte immediatamente inferiore rispetto alla rete di aggancio dello stadio superiore, contiene 144 t di ossidante a una temperatura media di circa -183 °C. Il serbatoio dell'idrogeno liquido, invece, è molto più lungo rispetto a quello dell'ossigeno liquido per contenere 820 t di propellente mantenuto ad una temperatura media di circa -253 °C. Le strutture dei serbatoi LH2/LOX, in una lega di alluminio 2219 ultraleggero, sono tenute insieme da un serbatoio intermedio che contiene collegamenti elettrici. Infine, tutte queste strutture vengono ancorate all'interstadio attraverso una rete metallica nella parte superiore.
In cima al Core Stage del Block 1 si trova l'interstadio, denominato Launch Vehicle Stage Adapter (LVSA), che costituisce l'elemento di contatto tra il Core Stage e lo stadio ICPS.
Per trasportare in modo ottimale il Core Stage dal Michoud Assembly Facility agli altri centri della NASA viene utilizzata la stessa Pegasus Barge proveniente dallo Space Shuttle, ma revisionata e allungata per poter ospitare il nuovo stadio; le dimensioni finali del traghetto sono di 94,4 m di lunghezza (di cui 73,15 m utilizzabili), 15,24 m di larghezza (di cui 10,97 m utilizzabili) e 12,49 m di altezza. Inoltre, durante i viaggi, lunghi dai 7 ai 10 giorni, al suo interno vengono eseguiti test strutturali sul Core Stage.
Stadio superiore Interim Cryogenic Propulsion Stage
Lo Space Launch System Block 1 comprende uno stadio superiore denominato Interim Cryogenic Propulsion Stage, prodotto da Boeing, fondamentalmente identico al Delta Cryogenic Second Stage utilizzato sul Delta IV e alimentato da un singolo motore RL10-B-2 a idrogeno e ossigeno liquidi, con una spinta complessiva di 106,8 kN circa. La scelta di questo stadio preesistente risiede nella sua relativamente facile adattabilità all'hardware dell'SLS e alla sua affidabilità testata negli anni di servizio sulla famiglia Delta IV, rispettando la tabella di marcia per i primi 2 voli di Orion. Le modifiche richieste per incontrare i parametri e le caratteristiche necessarie alla NASA nell'ambito di EM-1 consistono nell'allungamento del serbatoio dell'idrogeno, l'aggiunta di serbatoi di idrazina per il Controllo di assetto e modifiche minori all'avionica.
Nell'ambito della Exploration Mission 1 l'ICPS fornirà la grande spinta necessaria all'Orion per volare oltre la Luna prima di tornare verso la Terra. Per le missioni successive a lunga durata nello spazio profondo, questo stadio verrà sostituito da un altro più potente, in modo da permettere a un equipaggio o una sonda di raggiungere luoghi del Sistema solare mai esplorati prima, come gli asteroidi e Marte. Nell'ambito della stessa missione l'adattatore dello stadio al veicolo Orion sarà capace di trasportare 13 satelliti del tipo CubeSat in scompartimenti presenti ai suoi lati vuoti interni, dalle dimensioni non superiori a 4,4” × 9,4” × 14,4” l'uno.
Il 27 luglio 2017 l'Interim Cryogenic Second Stage previsto per il volo inaugurale del SLS è stato spostato dal Delta Operations Center della United Launch Alliance per lo spostamento verso la Space Station Processing Facility, dove verrà pulito e mantenuto in una camera bianca fino all'arrivo degli altri componenti dell'Exploration Mission 1, quando verrà integrato nel Vehicle Assembly Building. Essendo l'unico volo previsto per questo stadio, non è stato certificato per il volo umano, e anche se l'Orion EM-1 è completo dei sistemi di supporto vitale la missione non trasporterà equipaggio.
Exploration Upper Stage