La missione Artemis II che porterà di nuovo degli astronauti a volare intorno alla Luna dopo oltre cinquant’anni di pausa potrebbe decollare già ai primi di febbraio. Al termine dei dieci giorni di volo, i quattro membri del suo equipaggio torneranno sulla Terra protetti dallo scudo termico della loro capsula Orion. Ma questo scudo ha manifestato alcuni problemi che hanno imposto una modifica prudenziale ai piani di volo.
Come consueto in campo spaziale, i veicoli che tornano sulla Terra sfruttano la resistenza aerodinamica dell’atmosfera terrestre per frenare. La loro velocità viene convertita in calore. L’enorme quantità di energia termica che si genera viene smaltita scaricandola nell’atmosfera e proteggendo il veicolo con uno scudo realizzato in materiali speciali estremamente resistenti al calore.
La capsula Orion della missione senza equipaggio Artemis I, nel 2022, rientrò da un volo intorno alla Luna usando il proprio scudo termico per dissipare l’elevatissima velocità di ritorno, circa 40.000 km/h. Gli astronauti di Artemis II rientreranno alla stessa velocità di Artemis I.
Nel caso della capsula Orion, lo scudo è composto da materiali ablativi, ossia che si consumano progressivamente man mano che vengono aggrediti dal muro d’aria rovente che si forma davanti alla capsula durante il rientro. Il nome tecnico di questo materiale per Orion è Avcoat. Fu sviluppato negli anni Sessanta e usato per le missioni Apollo. Si tratta di un materiale a base di resina rinforzato con fibre di silice, fabbricato dalla Textron Defense Systems e incorporato in una struttura a nido d’ape fissata all’esterno del veicolo spaziale. Questa struttura trattiene l’Avcoat e gli conferisce resistenza strutturale durante il rientro, proteggendo il veicolo e i suoi eventuali occupanti da temperature che possono raggiungere i 2700 °C.
Durante la missione Artemis I questo scudo si è sfaldato molto più del previsto.
Per il rientro di Artemis I è stata usata una tecnica particolare, un cosiddetto skip entry, nel quale il veicolo non entra una sola volta nell’atmosfera, con una traiettoria inclinata discendente, ma vi entra due volte: la prima con un angolo quasi radente, che smaltisce parte della velocità e fa “rimbalzare” la capsula di nuovo nello spazio (grazie alla forma bombata del fondo della capsula, che crea portanza). È un effetto simile a quello di un sasso piatto, lanciato orizzontalmente su uno stagno, che rimbalza sul pelo dell’acqua invece di affondare. La seconda volta che la capsula entra nell’atmosfera lo fa con un angolo maggiore, che le consente di rallentare ulteriormente e la fa scendere e rientrare definitivamente.
Questa tecnica riduce le forti decelerazioni subite dagli astronauti durante i rientri tradizionali (non si superano mai i 4 g) e consente un rientro più lungo, preciso e controllato, che ha un grande vantaggio: permette a Orion di ammarare in un sito specifico (al largo di San Diego, in California) indipendentemente dal suo punto e momento di rientro in atmosfera.
Questo offre alle missioni più flessibilità, e quindi più sicurezza in caso di emergenze, e riduce le risorse navali necessarie per garantire il recupero della capsula e degli astronauti. Per fare un confronto, come mostrato dal grafico qui sopra, le capsule Apollo avevano la capacità di planare fino a 1500 miglia nautiche (2780 km) dal punto di rientro in atmosfera, mentre le capsule Orion, se usano la tecnica di skip entry, possono planare fino a 4800 miglia nautiche (8900 km) dal punto di rientro.
La tecnica di skip entry è resa possibile dai progressi tecnologici effettuati in questi decenni in termini di potenza di calcolo e sistemi di navigazione a bordo, ma ha un problema: espone lo scudo termico a un periodo di riscaldamento molto più prolungato. Questo ha causato una considerevole generazione di gas all’interno dello scudo. La pressione interna del gas ha prodotto crepe e ha fatto sfaldare alcune porzioni dello scudo molto più del previsto. La capsula è rientrata intatta e la temperatura interna è rimasta a 24 °C, ma i margini di sicurezza sono risultati più esigui del previsto, e questo non è mai un bene, soprattutto quando ci sono di mezzo le vite degli astronauti.
Come spiega Link2Universe, la NASA ha tenuto secretato il problema per circa un anno e mezzo. Solo ad aprile 2024 è stato composto un team di riesame indipendente, e a dicembre 2024 l’ente spaziale ha deciso di procedere con il lancio di Artemis II utilizzando lo scudo così com’è ma cambiando la tecnica di rientro: gli astronauti rientreranno nell’atmosfera terrestre con un angolo maggiore e quindi esporranno lo scudo a una sollecitazione termica intensa ma più breve. Il rapporto di questo team è stato pubblicato solo in versione notevolmente censurata, e questa scelta non è stata interpretata come un gesto rassicurante, spingendo numerosi esperti a criticare apertamente la decisione di continuare a usare lo scudo attuale [Ars Technica].
Nel corso degli oltre 100 test effettuati, il fondo della capsula, ossia lo strato situato fra il titanio del suo guscio esterno e lo scudo termico vero e proprio, è stato sottoposto a condizioni termiche simili a quelle del rientro per un tempo più lungo di quello previsto per il rientro. Il risultato del test indica che Orion proteggerebbe l’equipaggio anche qualora lo scudo dovesse fallire.
A gennaio 2026 il nuovo direttore della NASA, Jared Isaacman, ha riunito un gruppo di esperti per una nuova analisi, svolta alla presenza di giornalisti, che ha confermato la scelta di rientro senza skip entry. Isaacman ha espresso “piena fiducia” nei piani previsti dalla NASA per Artemis II [Ars Technica].
Per Artemis III lo scudo termico verrà modificato per gestire meglio il degassamento, ma Artemis II volerà con lo scudo attuale. Modificarlo o sostituirlo avrebbe comportato ulteriori rinvii lunghissimi di un programma di ritorno sulla Luna che soffre già di anni di ritardo.
Fonti aggiuntive
NASA Identifies Cause of Artemis I Orion Heat Shield Char Loss, Nasa.gov, 2024/12/05
NASA Shares Orion Heat Shield Findings, Updates Artemis Moon Missions, Nasa.gov, 2024/12/05
NASA finds Orion heatshield cracks won’t cook Artemis II crew, The Register, 2024/12/06
NASA’s Readiness for the Artemis II Crewed Mission to Lunar Orbit, IG-24-011, Nasa Office of Inspector General, 2024/05/01 (che documenta anche i 26 milioni di dollari di danni causati alla rampa e torre di lancio durante il decollo di Artemis I).
L’atmosfera diventa da rarefatta a densa durante il rientro, quindi immaginavo che le decelerazioni fossero abbastanza dolci e progressive, ovviamente sbagliavo clamorosamente.
Interessante che anche dopo decenni di progressi gli scudi termici siano sempre e comunque una sfida continua.
Ottimo articolo, Paolo! Forse aggiungerei che il controllo di assetto verrà effettuato usando i jet del Reaction Control system (RCS) durante tutta la fase di rientro, eccetto per il pitch che è controllato aerodinamicamente.
Le tecnologie richieste per uno skip reentry hanno fatto passi da gigante rispetto alle missioni Apollo. Ai tempi lo skip entry era una possibilità ma era impossibile controllare con precisione il range.
Il risultato è ancora più spettacolare se si pensa che il “drag to lift ratio”, ovvero il rapporto tra portanza e resistenza aerodinamica di Orion è 0.30 – 0.35. Per confronto lo Space Shuttle aveva un L/D variabile da 1:1 a 4.5:1 (a velocità subsoniche in atmosfera, praticamente in fase di atterraggio), mentre un Airbus 380 (o un Albatross!) hanno 20:1.
Aggiungo appena ho tempo, grazie!
Aggiungo: ma tu (o chiunque qui) lo sapevi che il concetto di skip-entry, seguenti alle prime evidenze sperimentali (indesiderate ai tempi) risalgono alla II Guerra Mondiale e allo stesso gruppo che a Peenemunde sviluppò le V2, e che sviluppò anche un wind tunnel in cui riuscivano a simulare mach 8.5…??
da https://warhistory.org/@msw/article/first-steps-in-hypersonic-research, ma molte fonti ne parlano.
Certo: il mitico bombardiere nazista per raggiungere gli USA è un classico.
Ma alla fine non c’è stato bisogno di costruire bombardieri per portare il nazismo in America.
ammetto che non ne sapevo niente.
Comunque a me la storia, almeno come la racconta Arstecnica, mi ricorda assai la situazione ante disastro del Challenger.
Spero di sbagliarmi, ma è quello che dicevo in un altro intervento su Artemis II: che la pressione politica, anora una volta, unita ai tagli di personale e critico, potrebbero avere effetti nefasti sulla sicurezza. Scenario deja vu.
Sono combattuto… da un lato sembra che non ci siano pericoli e che i margini di sicurezza siano presenti, dall’altro quando manca la trasparenza è perchè c’è qlcs da nascondere…
E’ mai stato testato un rientro direct entry con questa capsula?
Sono impaziente di vedere questa missione, e capisco gli anni di ritardo, ma il “safety first” dovrebbe essere ancora un mantra
È stato testato nel 2014 con la missione EFT-1 https://en.wikipedia.org/wiki/Exploration_Flight_Test-1
Comunque sembrerebbe esserci qualche malumore anche tra ex-astronauti riguardo almeno alla trasparenza con cui è stata gestita la faccenda: https://www.scientificamerican.com/article/nasas-artemis-ii-moon-mission-engulfed-by-debate-over-its-controversial-heat/
Però lo scudo termico di EFT-1 era costruito in maniera diversa. Il materiale ablativo, AVCOAT, era lo stesso, ma era stato applicato su un supporto metallico lavorato a nido d’ape, mentre per la missione EM-1 (Artemis 1) e per Artemis 2 è stato realizzando incollando dei blocchi parallelepipedi di materiale su una struttura metallica. Vero che EFT-1 ha testato la traiettoria di rientro diretta, ma su un supporto diverso. Certamente NASA avrà fatto tutte le valutazioni del caso per correlare i risultati di EFT-1 e EM-1, ma capisco i dubbi che sono sorti anche in esperti del settore come Jordan Bimm e Charles Camarda, che avrebbero giustamente preferito far volare un equipaggio dopo aver testato la stessa traiettoria di rientro sullo scudo termico configurato come EM-1. Ovviamente questo avrebbe significato altri ritardi, forse uno o due anni almeno.
Qui un documento tecnico,la missione EFT-1 utilizzava una diversa configurazione per il materiale ablativo, da qui le perplessità espresse da alcuni ex astronauti: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001310/downloads/20190001310.pdf
Grazie per le fonti!
L’ansia e la preoccupazione che provo oggi per Artemis e il suo equipaggio mi erano completamente sconosciute quando si seguivano le missioni Apollo. Ero un bambino e le conoscenze erano limitate dall’età e l’effetto Wow era il sentimento piu ricorrente.
Oggi mi rendo conto che gli astronauti rischiamo davvero tanto e che quelli delle missioni Apollo sono stati dei veri eroi!
Sembra un’opera di Alberto Burri, quasi un “Grande Cretto” spaziale 😉
Sarò un “facilone”, ma dopo il disastro del Columbia disintegratosi al rientro in atmosfera non prenderei questi problemi sottogamba: lo scudo termico deve essere perfetto e basta.
Ho la netta impressione, come si dice dalle mie parti, di “insegnare ad un gatto ad arrampicarsi”, ma ti segnalo ugualmente questo articolo (primo di una serie): https://spectrum.ieee.org/artemis-ii-launch-nasa-orion
Scusa Paolo, mi sfugge qualcosa, tu hai detto: A gennaio 2026 il nuovo direttore della NASA, Jared Isaacman, ha riunito un gruppo di esperti per una nuova analisi, svolta alla presenza di giornalisti, che ha confermato la scelta di rientro senza skip entry.
(il grassetto l’ho messo io) Allora usano o no lo skyp entry? A me risulta che sia confermato nel profilo misisone.
Non lo usano. Dove l’hai trovato indicato nel profilo missione? Occhio che molta documentazione online è obsoleta e non è stata corretta.
Hai ragione, scusami, era previsto inizialmente