L3Harris Technologies ha completato la consegna alla NASA dei quattro motori RS-25 destinati al core stage dello Space Launch System che sarà utilizzato per la missione Artemis III. I propulsori rappresentano uno degli elementi principali del sistema di lancio e saranno integrati nello stadio centrale costruito da Boeing presso il Kennedy Space Center, in Florida.
La consegna conclude una fase di preparazione che ha incluso attività di revisione, aggiornamento e certificazione dei motori provenienti dal programma Space Shuttle. Gli esemplari assegnati ad Artemis III sono stati modificati per operare con lo Space Launch System, un veicolo caratterizzato da una configurazione, da carichi strutturali e da condizioni termiche differenti rispetto a quelle affrontate durante le missioni Shuttle.
I quattro motori lavoreranno insieme ai due booster a propellente solido prodotti da Northrop Grumman. Durante il decollo, il sistema combinato genererà la spinta necessaria per sollevare lo Space Launch System, la capsula Orion sviluppata da Lockheed Martin e il modulo di servizio europeo costruito da Airbus Defence and Space per l’Agenzia Spaziale Europea.
Motori con una lunga esperienza nel programma Space Shuttle
Gli RS-25 consegnati per Artemis III non sono motori di nuova costruzione. Si tratta di propulsori utilizzati in precedenza durante il programma Space Shuttle e conservati dalla NASA al termine delle operazioni degli orbiter.
Secondo L3Harris Technologies, i quattro motori hanno partecipato complessivamente a 36 missioni. Alcuni di questi voli hanno contribuito alla costruzione e al rifornimento della Stazione Spaziale Internazionale, mentre uno dei propulsori è stato utilizzato durante STS-95, la missione del 1998 che riportò John Glenn nello spazio a bordo dello Shuttle Discovery.
L’impiego di motori provenienti dal programma Shuttle consente alla NASA di utilizzare una tecnologia che dispone di una vasta esperienza operativa. La famiglia RS-25, precedentemente conosciuta come Space Shuttle Main Engine, ha sostenuto l’intero programma degli orbiter statunitensi, partecipando a 135 missioni tra il 1981 e il 2011.
La progettazione originaria era stata sviluppata da Rocketdyne. Le successive attività industriali sono state gestite da Aerojet Rocketdyne, società acquisita nel 2023 da L3Harris Technologies. L3Harris Technologies è quindi oggi responsabile della preparazione dei motori esistenti e della produzione dei nuovi esemplari destinati alle future missioni Artemis.
Come funzionano i propulsori RS-25
L’RS-25 è un motore criogenico alimentato con idrogeno liquido e ossigeno liquido. Utilizza un ciclo a combustione stadiata, una configurazione nella quale parte dei propellenti viene bruciata in appositi prebruciatori per azionare le turbopompe prima di raggiungere la camera di combustione principale.
Le turbopompe devono trasferire grandi quantità di idrogeno e ossigeno dai serbatoi dello stadio centrale al motore, mantenendo pressioni e portate compatibili con le condizioni richieste durante il volo. La combinazione tra idrogeno e ossigeno permette di ottenere un impulso specifico elevato, caratteristica importante per un lanciatore destinato a missioni oltre l’orbita terrestre bassa.
Ogni motore può produrre più di 2,2 meganewton di spinta nel vuoto. I quattro RS-25 installati sullo Space Launch System generano insieme oltre due milioni di libbre di spinta e rimangono attivi per circa otto minuti.
Durante questo intervallo, i propulsori consumano l’idrogeno liquido e l’ossigeno liquido contenuti nei serbatoi del core stage costruito da Boeing. Lo stadio centrale è alto circa 65 metri e costituisce la struttura principale del lanciatore.
Una configurazione diversa rispetto allo Space Shuttle
Sul programma Space Shuttle, tre motori RS-25 erano installati nella parte posteriore dell’orbiter. Dopo il rientro atmosferico e l’atterraggio, i propulsori potevano essere ispezionati, revisionati e utilizzati in altre missioni.
Lo Space Launch System impiega invece quattro RS-25 montati direttamente sul core stage. Lo stadio non viene recuperato al termine della missione e i motori sono quindi utilizzati una sola volta.
Questa differenza modifica l’intero approccio industriale. I motori dello Shuttle erano stati progettati considerando numerosi cicli di volo, revisioni e nuove accensioni. Gli esemplari destinati allo Space Launch System devono mantenere gli standard richiesti per il trasporto di astronauti, ma non necessitano delle caratteristiche associate al riutilizzo.
Il passaggio a una configurazione monouso ha permesso a L3Harris Technologies e alla NASA di studiare processi produttivi meno complessi per i nuovi RS-25. L’obiettivo è ridurre il numero di componenti, le operazioni di saldatura, i tempi di assemblaggio e i costi di produzione.
Più potenza per lo Space Launch System
Gli RS-25 utilizzati sullo Space Launch System operano a un livello di potenza superiore rispetto a quello adottato nella maggior parte delle missioni Shuttle.
La scala percentuale utilizzata per indicare la potenza del motore deriva dai valori stabiliti durante le prime fasi dello sviluppo. Il 100% non rappresenta quindi il limite massimo del propulsore, ma un valore di riferimento definito nel progetto originario.
Durante le missioni dello Space Shuttle, i motori lavoravano normalmente intorno al 104,5% della potenza nominale. Gli RS-25 provenienti dall’inventario Shuttle e adattati allo Space Launch System possono raggiungere il 109%, mentre i nuovi motori saranno progettati per operare fino al 111%.
L’aumento della spinta è necessario per rispondere alle caratteristiche dello Space Launch System, che deve trasportare carichi elevati e raggiungere traiettorie dirette verso la Luna. I quattro motori lavorano in combinazione con i booster a cinque segmenti prodotti da Northrop Grumman, responsabili della maggior parte della spinta durante i primi minuti di volo.
Nuovi controllori elettronici e protezioni termiche
L3Harris Technologies ha aggiornato tutti i motori provenienti dal programma Shuttle destinati ai primi voli Artemis. Una delle modifiche principali riguarda l’installazione di un nuovo controllore elettronico.
Il controllore gestisce le valvole, la miscela dei propellenti, la regolazione della spinta e numerosi parametri operativi. Il dispositivo comunica con i computer di volo dello Space Launch System e trasmette informazioni relative a pressioni, temperature, portate e condizioni dei diversi componenti.
I motori hanno ricevuto anche sistemi di isolamento aggiuntivi. Nella configurazione dello Space Launch System, gli RS-25 sono collocati più vicino ai booster di Northrop Grumman rispetto a quanto avveniva sullo Space Shuttle.
Questa posizione espone i propulsori a temperature, vibrazioni e livelli acustici elevati. Le protezioni supplementari sono state quindi progettate per difendere i componenti più sensibili durante l’accensione e la prima fase della salita.
L’integrazione verticale presso il Kennedy Space Center
Per Artemis III, la NASA e Boeing hanno adottato una nuova procedura di assemblaggio del core stage. I quattro motori saranno installati con lo stadio disposto verticalmente all’interno del Vehicle Assembly Building del Kennedy Space Center.
Durante le precedenti missioni Artemis, una parte maggiore delle operazioni veniva svolta presso il Michoud Assembly Facility di New Orleans, dove Boeing costruisce le principali strutture dello stadio centrale.
Il nuovo processo trasferisce in Florida alcune attività finali, comprese l’unione della sezione motori con il resto del core stage e l’installazione degli RS-25. La parte superiore dello stadio è stata trasportata dalla Louisiana al Kennedy Space Center utilizzando la chiatta Pegasus della NASA.
L’assemblaggio verticale consente ai tecnici di accedere allo stadio da diverse piattaforme e di svolgere più operazioni contemporaneamente. Boeing prevede che questa organizzazione possa contribuire a ridurre i tempi necessari per la produzione e l’integrazione dei futuri core stage.
L’installazione dei motori richiede operazioni di sollevamento e posizionamento precise. Ogni RS-25 deve essere collegato alle linee dei propellenti, ai sistemi elettrici, alle apparecchiature di controllo e ai meccanismi utilizzati per orientare l’ugello durante il volo.
Le aziende coinvolte nella preparazione di Artemis III
La missione Artemis III dipende dal contributo di numerose aziende statunitensi ed europee.
Boeing è responsabile del core stage dello Space Launch System e dell’integrazione delle sue principali strutture. L3Harris Technologies fornisce i motori RS-25, mentre Northrop Grumman produce i due booster laterali a propellente solido.
Lockheed Martin costruisce la capsula Orion, destinata al trasporto degli astronauti. Airbus Defence and Space realizza il modulo di servizio europeo per conto dell’Agenzia Spaziale Europea.
Il modulo di servizio fornisce a Orion energia elettrica, propulsione, controllo termico, acqua e ossigeno. Le sue funzioni sono indispensabili per sostenere l’equipaggio e controllare la traiettoria della capsula durante la missione.
SpaceX e Blue Origin partecipano invece allo sviluppo dei sistemi di atterraggio lunare selezionati dalla NASA. SpaceX sta lavorando a una versione lunare di Starship, mentre Blue Origin guida il gruppo industriale impegnato nello sviluppo del lander Blue Moon.
Il ruolo della manifattura additiva nei nuovi RS-25
I quattro motori destinati ad Artemis III appartengono alla generazione costruita per il programma Space Shuttle. La manifattura additiva avrà un ruolo più esteso negli RS-25 di nuova produzione previsti per le missioni successive.
La NASA ha ordinato a L3Harris Technologies 24 nuovi motori per sostenere la prosecuzione del programma Artemis dopo l’esaurimento dell’inventario proveniente dallo Shuttle.
Il progetto utilizza componenti prodotti mediante selective laser melting, un processo nel quale un laser fonde strati successivi di polvere metallica seguendo un modello digitale tridimensionale.
La manifattura additiva permette di realizzare componenti caratterizzati da geometrie complesse e di sostituire gruppi composti da numerose parti con strutture integrate. La riduzione del numero di componenti può diminuire le operazioni di saldatura, i controlli intermedi e i tempi di assemblaggio.
Tra gli elementi interessati dai nuovi processi produttivi figurano componenti del sistema di alimentazione, della camera di combustione, dell’ugello e il pogo accumulator, un dispositivo utilizzato per limitare le oscillazioni di pressione che possono propagarsi tra il motore e la struttura del lanciatore.
L3Harris Technologies e la NASA puntano a ridurre il costo di produzione dei nuovi RS-25 rispetto agli esemplari costruiti durante il programma Shuttle. La semplificazione industriale dovrà essere accompagnata da prove a caldo, controlli non distruttivi e verifiche dei materiali.
Ogni nuovo motore sarà sottoposto a un’accensione completa prima di essere assegnato a una missione.
Dall’inventario Shuttle a una nuova linea produttiva
La consegna dei motori di Artemis III rappresenta una fase intermedia nella trasformazione del programma RS-25.
Le prime quattro missioni dello Space Launch System utilizzeranno i sedici propulsori rimasti dal programma Space Shuttle. Una volta completato questo ciclo, la NASA dovrà affidarsi ai motori prodotti dalla nuova linea industriale di L3Harris Technologies.
La ricostruzione della capacità produttiva richiede la qualificazione di nuovi fornitori, l’aggiornamento dei processi, la verifica dei materiali e la formazione di personale specializzato. Alcuni componenti utilizzati durante il programma Shuttle non sono più disponibili oppure devono essere riprogettati per rispettare le esigenze produttive attuali.
La manifattura additiva, l’automazione delle ispezioni e la digitalizzazione delle procedure rappresentano strumenti importanti per sostenere questa transizione. Il risultato dovrà mantenere i livelli di affidabilità richiesti per un sistema di lancio destinato al trasporto di equipaggi.
Con la consegna dei quattro RS-25, L3Harris Technologies ha completato uno degli elementi principali del sistema propulsivo di Artemis III. Le prossime attività comprenderanno l’installazione sul core stage di Boeing, il collegamento con i sistemi dello Space Launch System e le verifiche necessarie prima dell’integrazione finale con i booster di Northrop Grumman e la capsula Orion di Lockheed Martin.
