Spiegazione: perché il razzo GSLV Mk-III di Chandrayaan-2 ha sviluppato un problema tecnico

Lancio di Chandrayaan-2 oggi: ISRO intende utilizzare il razzo, un prodotto di oltre tre decenni di ricerca e sviluppo, per tutte le future missioni di esplorazione dello spazio profondo, tra cui Gaganyaan, la prima missione umana dell'India, il cui lancio è previsto prima del 2022.

Il Geosynchronous Satellite Launch Vehicle (GSLV) MkIII dell'Indian Space Research Organisation (ISRO) che trasporta Chandrayaan-2 si trova al Satish Dhawan Space Center dopo che la missione è stata interrotta all'ultimo minuto a Sriharikota.

Il lancio di Chandrayaan -2, il primo tentativo indiano di far atterrare un veicolo spaziale sulla Luna, è stato interrotto a meno di un'ora dal decollo lunedì mattina dopo che gli scienziati hanno rilevato un problema tecnico nel sistema del veicolo di lancio. Il veicolo della missione era un razzo GSLV Mk-III, un'acquisizione relativamente nuova che è fondamentale per le future missioni dell'ISRO.

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Cosa rende cruciale il nuovo razzo?

ISRO intende utilizzare il razzo, un prodotto di oltre tre decenni di ricerca e sviluppo, per tutte le future missioni di esplorazione dello spazio profondo, tra cui Gaganyaan, la prima missione umana dell'India, il cui lancio è previsto prima del 2022. Il veicolo, che può lanciare satelliti commerciali più pesanti , si prevede inoltre che sarà un grande generatore di entrate per ISRO.

Tuttavia, il pilastro dei lanci dell'ISRO negli ultimi tre decenni è stato il Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV), un razzo che ha fallito solo due dei suoi 48 lanci dall'inizio degli anni '90. Anche Chandrayaan-1 e Mangalyaan sono stati lanciati dal PSLV.

Perché il PSLV non è stato utilizzato per Chandrayaan- Due?

PSLV ha i suoi limiti. Non ha abbastanza potenza per trasportare satelliti più pesanti o per andare più in profondità nello spazio. PSLV può fornire un carico utile di circa 1750 kg per orbite terrestri inferiori, fino a un'altitudine di 600 km dalla superficie terrestre. Può andare qualche centinaio di chilometri più in alto in Geostationary Transfer Orbit (GTO), ma solo con un carico utile ridotto. Chandrayaan-1 pesava 1380 kg, mentre Mangalyaan aveva una massa al decollo di 1337 kg.

Molti dei comuni satelliti commerciali utilizzati per il telerilevamento, la trasmissione o la navigazione sono ben al di sotto dei 1.500 kg e devono essere inseriti in orbite basse della Terra. Il PSLV si è dimostrato un veicolo ideale per farlo, sia per i satelliti commerciali indiani che per quelli stranieri.

Tuttavia, ci sono satelliti che sono molto più pesanti - nell'intervallo di 4.000-6.000 kg o più - e devono essere inseriti in orbite geostazionarie a più di 30.000 km dalla Terra. I razzi che trasportano satelliti così massicci devono avere sostanzialmente più potenza.

Costruito come il razzo per il futuro, poiché ISRO mira a mettere carichi sempre più grandi e sondare più in profondità nello spazio, GSLV Mk-III ha una storia interessante e una storia di tre decenni di duro lavoro nel domare la tecnologia criogenica. (Fonte: ISRO)

E i razzi GSLV hanno questo potere?

I razzi GSLV (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle) utilizzano un carburante diverso e hanno una spinta molto maggiore di quelli PSLV. Possono, quindi, trasportare carichi utili più pesanti e viaggiare più in profondità nello spazio. Chandrayaan-2, ad esempio, aveva una massa totale vicina a 4.000 kg.

Tra i razzi GSLV di ISRO, GSLV Mk-III è l'ultimo e il più potente. Finora ha avuto due voli di successo: ha trasportato e dispiegato il satellite per le comunicazioni GSAT-19 il 5 giugno 2017 e poi il satellite per le comunicazioni GSAT-29 il 14 novembre dello scorso anno. Ha fatto un volo sperimentale nel 2014.

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GSLV Mk-III è alimentato da un motore a liquido centrale, ha due booster solidi che vengono utilizzati per fornire la massiccia spinta richiesta durante il decollo e un motore criogenico nella fase superiore.

Cos'è un motore criogenico?

La criogenia è la scienza relativa al comportamento dei materiali a temperature molto basse. La tecnologia criogenica è difficile da padroneggiare, ma essenziale per un razzo come GSLV Mk-III. Tra tutti i combustibili per missili, è noto che l'idrogeno fornisce la spinta maggiore. Ma l'idrogeno nella sua forma gassosa naturale è difficile da gestire e, quindi, non viene utilizzato nei normali motori di razzi come il PSLV. L'idrogeno può essere utilizzato in forma liquida, ma diventa liquido a una temperatura molto bassa, quasi 250 °C sotto lo zero. Per bruciare questo combustibile, anche l'ossigeno deve essere in forma liquida, e ciò avviene a circa 90°C sotto zero. Creare un'atmosfera con temperature così basse nel razzo è difficile: crea problemi per altri materiali.

Spettatori se ne vanno dopo l'interruzione della missione Chandrayaan-2 a Sriharikota (AP)

Quando e come ha fatto l'India a progredire in tale tecnologia?

Lo sviluppo del GSLV Mk-III è la storia di tre decenni di duro lavoro sulla tecnologia criogenica. La tecnologia è stata negata all'India dagli Stati Uniti nei primi anni '90, costringendola a ricorrere all'indigenizzazione.

L'ISRO aveva pianificato lo sviluppo di un motore criogenico a metà degli anni '80, quando solo una manciata di paesi - gli Stati Uniti, l'ex URSS, la Francia e il Giappone - disponevano di questa tecnologia. Per accelerare lo sviluppo dei veicoli di lancio di prossima generazione - il programma GSLV era già stato previsto - ISRO ha deciso di importare alcuni di questi motori. Ha tenuto discussioni con Giappone, Stati Uniti e Francia prima di accontentarsi dei motori russi. Nel 1991, ISRO e l'agenzia spaziale russa, Glavkosmos, hanno firmato un accordo per la fornitura di due di questi motori insieme al trasferimento di tecnologia, in modo che gli scienziati indiani potessero costruirli in futuro.

Tuttavia, gli Stati Uniti, che avevano perso il contratto del motore, si sono opposti alla vendita russa, citando le disposizioni del Missile Technology Control Regime (MTCR), di cui né l'India né la Russia facevano parte. MTCR cerca di controllare la proliferazione della tecnologia missilistica. La Russia, che si stava ancora riprendendo dal crollo dell'URSS, cedette alle pressioni degli Stati Uniti e annullò l'accordo nel 1993. In un accordo alternativo, alla Russia fu permesso di vendere sette, invece dei due originali, motori criogenici, ma non poteva trasferire la tecnologia all'India. Questi motori russi sono stati utilizzati nei voli iniziali dei GSLV di prima e seconda generazione (Mk-I e Mk-II). L'ultimo di questi è stato utilizzato nel lancio di INSAT-4CR nel settembre 2007.

Dopo che l'accordo originale con la Russia è stato annullato, ISRO ha iniziato a sviluppare la propria tecnologia criogenica presso il Liquid Propulsion Systems Center di Thiruvananthapuram. Ci sono voluti più di un decennio per costruire i motori. Nel 2010, due lanci di razzi GSLV di seconda generazione, uno con motore russo e l'altro sviluppato internamente, si sono conclusi con un fallimento.

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Il grande successo è arrivato nel dicembre 2014, con il volo sperimentale del GSLV di terza generazione (Mk-III), contenente un motore criogenico indigeno. Questa missione trasportava anche un carico utile di rientro sperimentale che è stato espulso dopo aver raggiunto un'altezza di 126 km ed è atterrato in sicurezza nel Golfo del Bengala.

Seguirono altri due lanci di successo di GSLV Mk-III. Chandrayaan-2 è stato il suo lancio più grande e più atteso.

Allora, cosa è andato storto?

L'ISRO non ha ancora fornito la natura o i dettagli del problema tecnico nel razzo. Il problema è stato osservato dopo che ogni operazione principale era stata completata. Uno degli ultimi compiti prima del lancio è il caricamento del combustibile criogenico, dell'idrogeno e dell'ossigeno. Questo è stato completato circa mezz'ora prima che il conto alla rovescia venisse interrotto lunedì mattina. La valutazione della gravità del problema potrebbe richiedere diversi giorni.

Quanto è grande questa battuta d'arresto?

L'impatto immediato è sul programma di Chandrayaan-2. L'ISRO aveva affermato che l'attuale finestra di opportunità per lanciare Chandrayaan-2 era disponibile solo tra il 9 e il 16 luglio. Ora sembra che questa opportunità sia stata persa. Ciò potrebbe potenzialmente ritardare la missione di diversi mesi. L'ISRO non ha detto quando si aprirà la prossima finestra di opportunità.

Fino a quando l'ISRO non renderà pubblica la sua valutazione del problema, non è possibile prevedere l'impatto sulle missioni future, in particolare Gaganyaan, che ha una scadenza ravvicinata.

Tuttavia, i fallimenti del lancio nello spazio non sono insoliti. Le missioni lunari, in particolare, hanno avuto un alto tasso di fallimento. Ben il 52% di tutte le missioni lunari non ha avuto successo, il più recente è il caso dell'israeliano Beresheet Lander, che ha sviluppato problemi dopo essere entrato nell'orbita lunare ed è atterrato sulla superficie della Luna.

Tecnicamente, Chandrayaan-2 non ha fallito. La missione è stata interrotta prima di essere lanciata dopo che è stato rilevato un problema.

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