26 giugno 2022: Domenica, la NASA ha annunciato un ritardo di almeno un giorno per il lancio di CAPSTONE per consentire più tempo per i controlli finali dei sistemi. L’articolo è stato aggiornato.

Nei prossimi anni, la NASA sarà impegnata sulla luna.

Un razzo gigante supera una capsula senza astronauti intorno alla luna e ritorno, forse prima della fine dell’estate. Una parata di lander robotici lascerà esperimenti sulla luna per raccogliere risme di dati scientifici, in particolare sul ghiaccio d’acqua intrappolato nelle regioni polari. Tra qualche anno, gli astronauti torneranno lì, più di mezzo secolo dopo l’ultimo sbarco sulla Luna dell’Apollo.

Questi fanno tutti parte del 21st Century Moon Program della NASA intitolato ad Artemide, che nella mitologia greca era la sorella gemella di Apollo.

Non appena questa settimana, un veicolo spaziale chiamato CAPSTONE sarà lanciato come primo pezzo di Artemis diretto sulla luna. Rispetto a ciò che seguirà, è di dimensioni e portata modeste.

Non ci saranno astronauti a bordo di CAPSTONE. L’astronave è molto piccola, all’incirca delle dimensioni di un forno a microonde. Questa sonda robotica non atterrerà sulla luna.

Ma differisce in molti modi da qualsiasi precedente missione lunare. Potrebbe servire da modello per le partnership pubblico-private che la NASA può intraprendere in futuro per avere un impatto migliore sui suoi voli interplanetari.

“La NASA è già stata sulla luna, ma non sono sicuro che sia stata messa insieme in quel modo”, ha affermato Bradley Cheetham, CEO e presidente di Advanced Space, la società che gestisce la missione della NASA.

Il lancio era previsto per lunedì, ma domenica il lancio è stato posticipato di almeno un giorno per dare a Rocket Lab, Società americana e neozelandese Ciò consente di risparmiare il volo di CAPSTONE in orbita e più tempo per i controlli finali del sistema.

“I team stanno valutando il tempo e altri fattori per determinare quando sarà il prossimo tentativo di lancio”, ha affermato la NASA. In un post sul blog. “La prossima opportunità di lancio durante il periodo corrente è il 28 giugno”.

Il nome completo della missione è Cislunar Autonomous GPS Technology Operations and Navigation Experience. Servirà come un esploratore dell’orbita lunare dove verrà infine costruita una stazione spaziale con equipaggio come parte di Artemis. Questo avamposto, chiamato Gateway, fungerà da stazione stradale dove i futuri equipaggi si fermeranno prima di proseguire verso la superficie lunare.

CAPSTONE è insolito per la NASA in molti modi. Ad esempio, si trova su una rampa di lancio non in Florida ma in Nuova Zelanda. In secondo luogo, la NASA non ha progettato né costruito CAPSTONE, né lo farà funzionare. L’agenzia non lo possiede nemmeno. CAPSTONE appartiene ad Advanced Space, una società con 45 dipendenti nella periferia di Denver.

Il veicolo spaziale sta prendendo un percorso lento ma efficiente verso la luna. Ci sono opportunità di lancio giornaliere fino al 27 luglio. Se la navicella spaziale è già decollata dalla Terra, indipendentemente dal giorno in cui decollerà, raggiungerà l’orbita attorno alla Luna lo stesso giorno: il 13 novembre.

La missione CAPSTONE continua gli sforzi della NASA per collaborare in nuovi modi con aziende private nella speranza di ottenere più rapidamente capacità aggiuntive a un costo inferiore.

“È un altro modo per la NASA di capire di cosa ha bisogno per scoprire e ridurre i costi”, ha affermato Bill Nelson, amministratore della NASA.

Il costo del contratto Advance Space con la NASA per CAPSTONE, firmato nel 2019, è di 20 milioni di dollari. Anche il viaggio di CAPSTONE nello spazio è piccolo ed economico: poco meno di 10 milioni di dollari per lanciare il Rocket Lab.

“Saranno meno di 30 milioni di dollari in meno di tre anni”, ha affermato Christopher Baker, direttore esecutivo del Small Spacecraft Technology Program della NASA. “Relativamente veloce e relativamente a basso costo.”

Fino a Beresheet, uno sforzo minimo di un’organizzazione no-profit israeliana per sbarcare sulla luna Nel 2019, con un costo di 100 milioni di dollari.

“Vedo questo come un fattore determinante per come possiamo aiutare a facilitare le missioni commerciali al di fuori della Terra”, ha affermato Baker.

Mr. Cheatham ha affermato che la missione principale di CAPSTONE è di durare sei mesi, con la possibilità di un anno aggiuntivo.

I dati raccolti aiuteranno i pianificatori dell’avamposto lunare noto come Gateway.

Quando il presidente Donald J.

Ciò ha spinto la NASA a fare di una stazione spaziale attorno alla luna una parte essenziale del modo in cui gli astronauti raggiungono la superficie lunare. Una posizione così graduale renderebbe più facile per loro raggiungere diverse parti della luna.

Gateway non utilizzerà la prima missione di atterraggio di Artemis, che è attualmente prevista per il 2025 ma sarà probabilmente ritardata. Ma le missioni successive lo faranno.

La NASA ha stabilito che il posto migliore per posizionare questo avamposto sarebbe in quella che è conosciuta come l’orbita semi-diritta di Halo.

Le orbite della corona sono quelle che risentono della gravità di due oggetti, in questo caso la Terra e la Luna. L’impatto dei due corpi aiuta a rendere l’orbita molto stabile, riducendo la quantità di carburante necessaria per mantenere il veicolo spaziale in orbita attorno alla luna.

Le interazioni gravitazionali mantengono anche l’orbita a un angolo di circa 90 gradi quando si osserva la linea di vista dalla Terra. (Questa è la parte semi-diritta del nome.) Quindi, un veicolo spaziale in questa orbita non passa mai dietro la Luna dove le comunicazioni saranno interrotte.

L’orbita che percorrerà il cancello si trova a circa 2.200 miglia dal polo nord della luna e orbita a 44.000 miglia mentre passa sopra il polo sud. Un viaggio intorno alla luna richiederebbe circa una settimana.

In termini di matematica di base, i percorsi esotici come l’orbita di un alone vicino al rettilineo sono ben compresi. Ma questa è anche un’orbita che nessun veicolo spaziale ha mai percorso prima.

Quindi, CAPSTONE.

“Pensiamo di avere ottimi vantaggi”, ha affermato Dan Hartmann, direttore del programma presso Gateway. “Ma con il set di carico utile CAPSTONE, possiamo aiutare a convalidare i nostri modelli”.

In pratica, senza alcun satellite GPS attorno alla luna per un posizionamento preciso, potrebbero essere necessari alcuni tentativi ed errori per capire come mantenere al meglio il veicolo spaziale nell’orbita desiderata.

“La più grande incertezza è sapere dove ti trovi effettivamente”, ha detto il signor Cheetham. “Non sai mai veramente dove ti trovi nello spazio. Quindi apprezzi sempre dove si trova con qualche incertezza attorno ad esso.”

Come altre missioni della NASA, CAPSTONE triangola la sua stima della posizione utilizzando Segnali dal Deep Space Network della NASA dalle antenne della parabola radiofonica e poi, se necessario, si spinge indietro verso l’orbita desiderata dopo aver superato il punto più lontano dalla Luna.

CAPSTONE testerà anche un modo alternativo per trovare la sua posizione. È improbabile che qualcuno spenda tempo e denaro per costruire una rete GPS attorno alla Luna. Ma ci sono altri veicoli spaziali, tra cui Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA, in orbita attorno alla Luna e con maggiori probabilità di arrivare nei prossimi anni. Comunicando tra loro, una flotta di veicoli spaziali in orbite disparate può in sostanza creare un sistema GPS (Global Positioning System) personalizzato.

Advanced Space ha sviluppato questa tecnologia per più di sette anni e ora testerà il concetto con CAPSTONE per inviare segnali avanti e indietro utilizzando il Lunar Reconnaissance Orbiter. “Saremo in grado di localizzare entrambi i veicoli spaziali nel tempo”, ha affermato Cheetham.

Quando ho iniziato a sviluppare CAPSTONE, Advanced Space ha anche deciso di aggiungere un orologio atomico in scala di un chip di computer al veicolo spaziale e di confrontare quel tempo con quello che viene trasmesso dalla Terra. Questi dati possono anche aiutare a determinare la posizione del veicolo spaziale.

Poiché Advanced Space possiede CAPSTONE, ha avuto la flessibilità di apportare questa modifica senza il permesso della NASA. E mentre l’agenzia collabora ancora strettamente a tali progetti, questa flessibilità potrebbe essere un vantaggio per entrambe le società private come Advanced Space e la NASA.

“Poiché avevamo un contratto commerciale con i nostri fornitori, quando dovevamo cambiare qualcosa, non dovevamo passare attraverso un audit importante degli ufficiali appaltatori del governo”, ha affermato Cheetham. “Ha aiutato dal punto di vista della velocità.”

Il rovescio della medaglia è che, poiché Advanced Space aveva negoziato una tariffa fissa per la missione, la società non è stata in grado di rivolgersi alla NASA per richiedere fondi aggiuntivi (anche se ha ricevuto pagamenti aggiuntivi a causa dei ritardi della catena di approvvigionamento dovuti alla pandemia di Covid-19). I tradizionali contratti della NASA noti come “sovrapprezzo dei costi” rimborsano le aziende per ciò che spendono e quindi aggiungono commissioni – ricevute come profitti – oltre a ciò, fornendo loro pochi incentivi per tenere sotto controllo i costi.

“Alla fine delle cose, dovevamo capire come gestirlo in modo molto efficiente”, ha affermato Cheetham.

Questo è simile alla strategia di successo della NASA di utilizzare contratti a prezzo fisso con la società SpaceX di Elon Musk, che ora trasporta merci e astronauti da e verso la Stazione Spaziale Internazionale a un costo molto inferiore rispetto alle precedenti navette spaziali dell’agenzia. Per SpaceX, gli investimenti della NASA le hanno consentito di attirare in orbita clienti non NASA interessati a lanciare carichi utili e astronauti privati.

Fino a CAPSTONE, il lavoro di Advanced Space era principalmente teorico, analizzando le orbite e scrivendo programmi per GPS personalizzati, piuttosto che costruire e far funzionare veicoli spaziali.

L’azienda non è ancora nel settore della costruzione di veicoli spaziali. “Abbiamo comprato la navicella spaziale”, ha detto il signor Cheatham. “Dico alla gente che le uniche macchine che costruiamo qui in Advanced sono i Lego. Abbiamo una vasta collezione di Lego”.

Negli ultimi due decenni, Piccoli satelliti conosciuti come CubeSats sono proliferati, consentendo a più aziende di costruire rapidamente veicoli spaziali basati su un design standardizzato con ogni cubo che misura 10 centimetri o quattro pollici. CAPSTONE è tra i più grandi, con un volume di 12 cubi, ma Advanced Space è stata in grado di acquistarlo, grosso modo, da Tyvak Nano-Satellite Systems a Irvine, in California.

Ciò richiede ancora un sacco di risoluzione dei problemi. Per esempio, La maggior parte dei CubeSat In orbita terrestre bassa, a poche centinaia di miglia sopra la superficie. La luna è a quasi un quarto di milione di miglia di distanza.

“Nessuno ha mai volato con la tazza sulla luna”, ha detto il signor Cheatham. “Quindi ha senso che nessuno abbia costruito radio per far volare CubeSat sulla luna. E quindi abbiamo dovuto immergerci davvero in molti di questi dettagli e impegnarci effettivamente con un gruppo di persone diverse per ottenere i sistemi che potessero funzionare”.

Il signor Hartmann, direttore del programma Gateway, è entusiasta di CAPSTONE ma afferma che non è necessario andare avanti con l’avamposto lunare. La NASA ha già assegnato contratti per la costruzione delle prime due unità Gateway. L’ESA contribuisce anche a due unità.

“Possiamo volare senza?” Il signor Hartmann ha detto di CAPSTONE. “Sì. E’ obbligatorio? No.”

Ma ha aggiunto: “Ogni volta che puoi ridurre le barre di errore sui tuoi modelli è sempre una buona cosa”.

Il signor Cheetham sta valutando cosa potrebbe venire dopo, forse più missioni sulla Luna, per la NASA o altri partner commerciali. Pensa anche oltre.

“Sono molto affascinato dal pensiero di come possiamo fare qualcosa di simile a Marte”, ha detto. “Personalmente sono molto interessato anche a Venere. Penso che non riceva abbastanza attenzioni.”