La NASA distrugge il serbatoio del razzo SLS: uno stress test riuscito

Punto di rottura, stress a fatica, forze da milioni di netwon: ecco come e perchè è stato eseguito il test sul serbatoio del razzo SLS.

La NASA distrugge il serbatoio del razzo SLS: uno stress test riuscito
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All'inizio di quest'anno un team di test della NASA, in collaborazione con Boeing, ha sottoposto una versione di prova del serbatoio di idrogeno liquido che sarà parte integrante del nuovo Space Launch System (SLS) ad una serie di test: l'obbiettivo era simulare le sollecitazioni di decollo e volo utilizzando grandi pistoni idraulici con milioni di newton di forza.
L'elemento in questione ha superato queste prove e non ha mostrato segni di crepe, cedimenti o rotture, confermando la sua idoneità per il volo. Qualche giorno fa, il 5 dicembre scorso, la NASA ci ha riprovato. In questo articolo, approfondiremo le modalità e i risultati ricavati da questo test, senza addentrarci nel programma SLS.

Quando si rompe il razzo

Gli ingegneri del Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, hanno deliberatamente spinto il più grande serbatoio di carburante per missili del mondo oltre i suoi limiti di progettazione per analizzarne il punto di rottura come mai accaduto prima d'ora. La versione di prova del serbatoio di idrogeno liquido del razzo Space Launch System ha resistito a oltre il 260% dei carichi di volo applicati per cinque ore, prima che gli ingegneri rilevassero un punto di instabilità, che poi è degenerato in una rottura a fatica.

L'esplorazione dello spazio comporta sempre dei rischi e il compito degli ingegneri è cercare di limitare quanto più possibile questi rischi e di riuscire a gestire eventuali errori. Con un occhio più ampio, anche questa fase progettuale è parte integrante del processo di esplorazione, soltanto che essa avviene prima del lancio vero e proprio.

Uno stress test del più grande serbatoio di idrogeno liquido mai prodotto si è reso necessario per poter osservare e analizzare le meccaniche che si manifestano in una ipotetica situazione simile ma nello spazio, e la raccolta di questi dati è fondamentale per ampliare le conoscenze per garantire una buona sicurezza e le massime prestazioni del razzo in questione. Questo serbatoio si occuperà di inviare astronauti e grandi carichi nello Spazio in direzione Luna, e nel prossimo futuro anche su Marte.

Cosa si è rotto

Il serbatoio di idrogeno fa parte dello stadio principale dell'SLS. Misura oltre 40 metri di altezza e circa 9 metri di diametro, immagazzina circa un milione di litri di idrogeno liquido super raffreddato per aiutare ad alimentare i quattro motori RS-25 dello stadio principale, il tutto per completare la fase di salita dalla durata di 8 minuti.
In questa tipologia di test, volta a ricreare quanto più fedelmente le reali condizioni cui andrà incontro l'oggetto protagonista della prova, il serbatoio è praticamente identico a quello dell'hardware di volo. Può sembrare uno spreco di risorse, considerando gli svariati milioni di dollari necessari per costruire il serbatoio, eppure sono niente in confronto alla perdita, sia in termini di vite umane che economiche, in caso di fallimento della missione a seguito di malfunzionamenti o rottura della struttura.

Costruito da Boeing presso il Michoud Assembly Facility della NASA a New Orleans, questo enorme serbatoio di idrogeno è stato dotato di migliaia di sensori di misurazione, stress, pressione e temperatura, mentre telecamere ad alta velocità e microfoni ispezionano ogni centimetro della struttura per poter raccogliere quanti più dati possibili in seguito alla fase di stress cui è stato sottoposto, durante la quale è andato incontro ad una prima fase di deformazione, cui è seguita una fase di rottura dovuta alla formazione di cricche nella struttura principale.
Questo tipo di prove servono a confermare se queste fasi, calcolate tramite teorie di costruzione aerospaziale, si manifestano anche nella realtà. Inoltre, questi test sono stati progettati per dimostrare che ogni componente sarà in grado di sopravvivere alla serie di sollecitazioni dovute a condizioni ambientali estreme durante il decollo, la salita e il volo.

Un test da Record

Quello effettuato nella giornata di ieri è stato il più grande "failure test" mai eseguito su di un serbatoio di carburante per missili della NASA. Il meccanismo di rottura di un così esile stadio di un razzo non è tutt'ora ben compreso, e dunque l'unico modo per conoscere cosa accade alla struttura è il portare l'elemento di prova fino alla sua "failure", ovvero fino al momento in cui le forze esterne generano sull'elemento una perdita delle sue proprietà di stabilità e di assorbimento delle sollecitazioni.

Gli ingegneri aerospaziali possono utilizzare programmi di calcolo e simulazione al computer capaci di prevedere quando, dove e come i rinforzi del serbatoio possono deformarsi e rompersi. Ma senza un test attentamente pianificato non lo si può dire con certezza e c'è dunque bisogno di "vedere dal vivo".
Questa differenza è importante ed è da tenere sempre a mente. Inutile dire che questo test andrà a beneficio di tutti i progettisti di missili, fornendo dati preziosi per i loro progetti dei serbatoi di propellente per le future missioni missilistiche. Nel video che vi proponiamo di seguito, si può apprezzare a pieno l'intero test, con particolare enfasi sul momento della rottura, evidenziata da un boato che è stato possibile udire fino ad un paio di chilometri di distanza.

Niente reso su Amazon

"Nel volo spaziale, in particolare il volo spaziale umano, lavoriamo sempre al confine tra prestazioni e sicurezza", spiega Neil Otte, ingegnere capo dell'ufficio SLS Stages. "Voleremo sullo Space Launch System per decenni a venire e dobbiamo cogliere tutte le opportunità che abbiamo per massimizzare la nostra comprensione delle strutture in modo da poterle evolvere in modo sicuro ed efficiente man mano che le nostre missioni procedono".
La fase di "failure" e l'inizio del cedimento del serbatoio si è verificato nella stesso punto che era stato previsto dal team di analisi della Boeing ed è iniziato entro il 3% del carico previsto per il guasto, stando a quanto dichiarato da Luke Denney, responsabile del test di qualificazione per il gruppo di test della Boeing. L'accuratezza di queste previsioni rispetto ai test nella vita reale ha confermato quindi gli attuali modelli strutturali e fornisce un'elevata accuratezza nella progettazione del serbatoio.

Un applauso alla NASA dunque, che con SLS e Orion, insieme al Lunar Gateway in orbita attorno alla Luna, sta costruendo i mezzi attraverso i quali spingerà l'essere umano verso un'era extraterrestre, per un futuro da protagonista nell'esplorazione dello spazio profondo.