La nuova capsula Orion (Multi-Purpose Crew Vehicle)

La capsula equipaggio Multi-Purpose Crew Vehicle Orion (MPCV Orion) sarà la nuova navicella spaziale, che la NASA sta sviluppando per consentire agli astronauti di raggiungere destinazioni oltre l'orbita terrestre bassa.

Basata sul design della capsula Apollo, che ha portato l'uomo sulla Luna, è stata progettata per essere più grande, sicura e confortevole per l'equipaggio, potrà trasportare 4 astronauti in missioni di esplorazione o fino a 7 astronauti verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Modulo pressurizzato della capsula

Capsula Orion in fase di assemblaggio

Assieme al modulo di servizio avrà un'autonomia di 21 giorni in volo libero o 210 giorni se attraccata alla ISS.
La capsula, inoltre, sarà riutilizzabile per circa 10 missioni; oltre agli articoli consumabili (propellente, elio, azoto, ossigeno, acqua etc..) i principali elementi, che dovranno essere sostituiti dopo ogni missione sono: il sistema dei paracadute e lo scudo termico. 

Lo scudo termico della capsula

Rispetto allo Space Shuttle, Orion possiede un nuovo scudo termico di tipo ablativo derivato da quello delle capsule Apollo, infatti la navetta spaziale doveva rientrare dall'orbita bassa (LEO: Low Earth Orbit) con una velocità di circa 7,8 km/s, la nuova capsula invece, dovrà sopportare l'attrito atmosferico del rientro da un'orbita lunare e oltre, con una velocità di circa 11 Km/s.
L'intera struttura, inoltre, è progettata per sopportare l'intenso flusso di particelle cariche quando si troverà ad attraversare le fasce di Van Allen.

Le Origini

Il progetto di Orion inizò in seno al programma Costellation; allora la capsula era chiamata Crew Exploration Vehicle (CEV Orion) e il suo sviluppo era guidato da specifiche precise per un ben definito profilo di missione, l'obiettivo era il trasporto dell'equipaggio dalla superficie terrestre all'orbita lunare e ritorno.

Immagine artistica di come sarebbe dovuta apparire la capsula CEV Orion con il modulo di servizio in orbita lunare.

Alla cancellazione del programma Costellation ll modulo di servizio (SM) era nella fase iniziale di sviluppo e prevedeva la capacità di fornire: propulsione per le manovre orbitali, energia elettrica da pannelli solari, acqua, ossigeno e azoto per la sopravvivenza dell'equipaggio.

A differenza del modulo di servizio della capsula Apollo, il motore principale non sarebbe servito per l'immissione in orbita lunare (era stato previsto di utilizzare i motori del modulo lunare Altair), per questo motivo il motore principale doveva avere solo 26 kN di spinta, rispetto ai 98 kN del motore principale del modulo di servizio Apollo, ed era costituito da un motore AJ-10, lo stesso usato dall'OMS (Orbital Maneuvering System) dello Space Shuttle.

Un'altra importante differenza riguarda il sistema di generazione dell'energia elettrica: il nuovo modulo di servizio doveva utilizzare due pannelli solari, simili a quelli montati sul lander marziano Phoenix; un grande cambiamento per la NASA dato che in tutti i programmi con equipaggio precedenti aveva sempre optato per l'utilizzo di celle a combustibile.

NOTA: La tecnologia delle celle a combustibile utilizza la reazione di combustione controllata di idrogeno e ossigeno per generare energia elettrica con produzione di acqua.

L'assenza delle celle a combustibile rende inutile il serbatoio di idrogeno ma allo stesso tempo si rende necessario un serbatoio di acqua che prima veniva generata dalle celle a combustibile come prodotto di scarto e utilizzata dagli astronauti per bere e reidratare gli alimenti.

La cancellazione del programma Costellation arresta il lavoro di progettazione della capsula.

Lo Space Launch System e la nuova capsula equipaggio 

L'avvio del programma SLS vede anche la ripresa del progetto Orion; dopo una rivalutazione globale del lavoro svolto fino a qual momento, si decide di proseguire con poche modifiche al modulo di comando ma sostituendo in-toto il modulo di servizio.

La nuova capsula equipaggio viene rinominata Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV Orion) e dovrà essere in grado di portare a termine diversi profili di missione, dal trasporto di astronauti in orbita bassa verso la Stazione Spaziale, al volo di andata e ritorno verso lo spazio cis-lunare, fino al viaggio verso Marte attraccata ad un qualche tipo di modulo abitativo.

MPCV Orion con il modulo di servizio europeo 

In un'ottica di risparmio la NASA coinvolge nel progetto ESA (Agenzia Spaziale Europea) affidandogli lo sviluppo del nuovo modulo di servizio.

Il nuovo modulo di servizio europeo (ESM) si basa sul modulo propulsivo del veicolo automatico di rifornimento europeo: Automated Transfer Vehicle (ATV)

Automated Transfer Vahicle (ATV) europeo, in alto il modulo propulsivo su cui si basa il nuovo modulo di servizio europeo per la capsula Orion.

Un altro importante cambiamento nelle consuetudini dell'agenzia spaziale americana è l'introduzione di un sistema di attracco automatico. Fino ad ora tutti i veicoli progettati dalla NASA, dalle capsule Gemini allo Space Shuttle, dovevano essere guidate manualmente durante le manovre di attracco (docking) con un altro veicolo o con la stazione spaziale, mentre i veicoli russi dispongono fin dagli anni '80 di un sistema di attracco automatico che, in caso di emergenza, può comunque essere svolta in modalità manuale.

Battesimo del fuoco

Il primo volo di test senza equipaggio della capsula Orion è stato effettuato il 5 dicembre 2014, lanciata da un razzo Delta IV Heavy (il più potente razzo attualmente in produzione), la capsula Orion con un simulatore di massa al posto del modulo di servizio e della torre di fuga ha eseguito due orbite attorno alla Terra, raggiungendo la quota di 5800 km prima di rientrare nell'atmosfera; a titolo di confronto la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è posta in un'orbita a circa 400 km di quota.

Il video seguente mostra le fasi più significative del volo di test eseguito dalla capsula.

Al termine del test, il veicolo è stato completamente smontato e verificato in ogni sua parte.

Tra le cose che si è deciso di modificare, vi è la copertura esterna del cono; il sistema di isolamento con mattonelle nere è stata giudicata insufficiente e nel prossimo volo la capsula avrà un rivestimento riflettente; anche lo scudo termico è stato modificato, implementando un nuovo sistema di fabbricazione che non includerà il riempimento delle migliaia di cellette della struttura a nido d'ape con il materiale ablativo; questa procedura si è rivelata infatti poco accurata e molto lenta.

Il prossimo volo della capsula Orion, completa del modulo di servizio europeo (ESM) è previsto per Novembre 2018 per mezzo del primo razzo SLS Block 1.
Sarà il secondo e ultimo test nello spazio senza equipaggio prima di iniziare le missioni di esplorazione con equipaggio.

alla Prossima.