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Cygnus (veicolo spaziale)

veicolo spaziale da rifornimento senza equipaggio
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Il veicolo spaziale Cygnus è un veicolo da rifornimento senza equipaggio, privo della capacità di rientro nell'atmosfera terrestre, sviluppato della Orbital Sciences Corporation e attualmente costruito e lanciato da Northrop Grumman nell'ambito del programma Commercial Resupply Services (CRS) di NASA per il rifornimento della Stazione Spaziale Internazionale. La navetta viene lanciata attraverso vettori come Antares di Northrop Grumman o Atlas V della United Launch Alliance. Dall'agosto 2000 le missioni di rifornimento verso la ISS sono effettuate regolarmente dal veicolo spaziale russo Progress, come dal veicolo Automated Transfer Vehicle dell'ESA e del H-II Transfer Vehicle dell'agenzia spaziale giapponese. Con il Cygnus la NASA sta cercando di incrementare la propria partnership con le industrie statunitensi del settore aerospaziale.[1].

Cygnus
La navetta Cygnus nella variante Enhanced in avvicinamento alla ISS
Dati generali
NazioneStati Uniti (bandiera) Stati Uniti
Principale costruttoreNorthrop Grumman
Orbitaorbita terrestre bassa (LEO)
Equipaggio0
Operatività
StatusIn servizio
Primo lancio18 settembre 2013
Ultimo lancio20 febbraio 2021
Esemplari costruiti11
Esemplari lanciati10
Le due versioni previste del Cygnus.
La Cygnus in avvicinamento alla ISS.

Sviluppo

 
L'amministratore della NASA Charles Bolden (terzo da sinistra) di fronte alla navetta Cygnus nel maggio 2012

Quando l'azienda Rocketplane Kistler non riuscì ad adempiere agli obblighi contrattuali del programma Commercial Orbital Transportation Services (COTS), la NASA terminò il contratto con l'azienda e riassegnò il suo contratto dopo una selezione[2]. Il 19 febbraio 2008, la NASA annunciò di aver scelto Orbital Sciences[3], assegnando un contratto da 1,9 miliardi di dollari nel programma Commercial Resupply Services, per trasportare fino a 20000 kg di rifornimenti in otto lanci, fino al 2016[4].

Il primo volo della navetta Cygnus era inizialmente previsto per dicembre 2010[5][6], ma la missione dimostrativa venne lanciata con successo il 18 settembre 2013[7] e il primo volo di rifornimento arrivò alla stazione spaziale il 12 gennaio 2014[7].

La missione Cygnus CRS Orb-4, lanciata nel dicembre 2015 tramite il lanciatore Atlas V è stata la prima ad impiegare una versione migliorata della navetta Cygnus. Inizialmente era previsto che il volo inaugurale di questa versione fosse nella quinta missione, ma il fallimento della missione Cygnus CRS Orb-3 e il passaggio al lancitore Atlas V causarono dei ritardi. L'impiego della versione migliorata e la maggiore capacità di carico dell'Atlas hanno permesso di aumentare il carico utile a 3500 kg[8].

Design

 
Disegno in scala comparativo tra la versione standard della navetta (sinistra) e la versione migliorata (destra)

La navetta Cygnus è costituita da due componenti principali: il modulo per il carico pressurizzato (Pressurized Cargo Module - PCM) e il modulo di servizio (Service Module - SM). Il modulo per il carico è costruito da Thales Alenia Space a Torino. I primi moduli avevano una massa a vuoto di 1500 kg[9], e un volume di 18 m³[10]. Il modulo di servizio è costruito da Orbital ATK ed è basato sulla piattaforma satellitare GEOStar e LEOStar, e alcuni componenti derivano dalla sonda Dawn. Il modulo di servizio ha una massa di 1800 kg, fornisce propulsione tramite motori che impiegano idrazina e tetrossido di diazoto e produce fino a 4 kW di energia elettrica tramite due pannelli fotovoltatici multigiunzione ad arseniuro di gallio (GaAs)[10], costruiti da Dutch Space[11].

 
La navetta Cygnus viene sganciata dal modulo Harmony

La quarta e tutte le successive navette Cygnus appartengono alla variante migliorata (enhanced), e la versione standard è stata ritirata[12]. Nella variante migliorata viene impiegato un modulo per il carico pressurizzato con peso a vuoto di 1800 kg che aumenta il volume interno a 27 m³, mentre il modulo di servizio è equipaggiato con pannelli fotovoltaici che forniscono la stessa potenza ma con una massa inferiore rispetto alla variante standard[10][12]. La versione migliorata ha impiegato un nuovo stadio superiore chiamato Castor 30XL, costruito da Orbital ATK. La maggiore spinta di questo stadio e il minor peso dei pannelli fotovoltaici hanno permesso di aumentare il carico utile per la stazione spaziale di 700 kg[13].

Durante una normale missione del programma Commercial Resupply Services (CRS), la navetta Cygnus si avvicina alla stazione spaziale e successivamente viene agganciata dal braccio robotico della stazione tramite un dispositivo di aggancio presente sulla navetta. Il braccio robotico sposta la navetta agganciandola al modulo Harmony tramite il sistema Common Berthing Mechanism. Questo sistema di aggancio avviene anche con le altre navette impiegate nel programma CRS, come la H-II Transfer Vehicle e la navetta Dragon 1[10]. Normalmente la navetta Cygnus resta agganciata alla stazione per circa 30 giorni[14].

La navetta Cygnus, analogamente alla navetta Progress non ha la capacità di rientrare a Terra, ma può essere caricata con equipaggiamento non più utile e rifiuti che vengono distrutti assieme alla navetta stessa durante il rientro atmosferico[15].

Tra le varianti pianificate ma non realizzate, era prevista una variante con un modulo non pressurizzato al posto del modulo pressurizzato, basato sull'ExPRESS Logistics Carrier della NASA, per il trasporto di parti di ricambio per la stazione spaziale, chiamate anche Orbital Replacement Unit (ORU)[5][16]. Un'altra variante non realizzata possedeva un modulo per il ritorno del cargo (Return Cargo Module), che avrebbe permesso alla navetta di riportare a Terra dell'equipaggiamento in modo non distruttivo.

Versioni CRS-2

 
Caricamento di equipaggiamento nel modulo cargo della navetta Cygnus

Il 10 aprile 2014 la NASA ha annunciato la seconda fase del programma Commercial Resupply Services (CRS-2), per il trasporto di rifornimenti ed equipaggiamento sulla stazione spaziale. Per rispettare i nuovi requisiti NASA, Orbital ATK studiò tre nuove varianti della navetta. Il 14 gennaio 2016 la NASA assegnò ad Orbital ATK un nuovo contratto per il programma CRS-2[17].

La prima sarebbe stata una versione aggiornata della Cygnus migliorata (Cygnus Enhanced) in grado di trasportare dal 10% al 15% di carico in più rispetto alla versione impiegata nella prima fase del programma CRS, da utilizzare con il lanciatore Antares

La seconda versione avrebbe impiegato un modulo pressurizzato per il carico (PCM) più grande da impiegare con il lanciatore Atlas V.

La terza versione avrebbe impiegato un modulo non pressurizzato per il carico (Unpressurized Cargo Module - UCM), basato sull'ExPRESS Logistics Carrier, che sostituiva il modulo pressurizzato CSM, con un sistema di aggancio standard Common Berthing Mechanism.

Riassumendo, Orbital ATK propose una variante meno capiente basata sul lanciatore Antares, e una variante basata sul lanciatore Atlas V.

La missione Cygnus NG-12 è stata la prima del programma CRS-2 ed è stata svolta con un lanciatore Antares 230.

Variante per il Lunar Gateway

Nell'agosto 2019, la NASA decise di affidare alla Northrop Grumman Innovation Systems il modulo Habitation and Logistics Outpost (HALO) del Lunar Gateway. L'azienda ha proposto un modulo abitativo di 6,1 m per 3 m basato sulla versione migliorata della navetta Cygnus e un secondo progetto di un modulo di 7 m per 4,4 m, anch'esso basato sul progetto della navetta Cygnus[18][19]. Il modulo prevede l'installazione sulla parte esterna di portelli di aggancio, radiatori termici, batterie e antenne per le comunicazioni. Il progetto è di tipo modulare per migliorare la compatibilità dei componenti e avere test più veloci dei sistemi di supporto vitale[20][21]. Il modulo ospiterà l'equipaggio della missione Artemis 3 e dello Human Landing System nel 2024. Il 5 giugno 2020, NASA ha assegnato un contratto da 187 miliori di dollari alla Northrop Grumman Innovation Systems per completare il progetto preliminare del modulo HALO. La NASA utilizzerà un secondo contratto per la costruzione del modulo HALO e la sua integrazione con il componente Power and Propulsion Element (PPE), costruito da Maxar[20][21]

Lista delle missioni

Il modulo pressurizzato di ogni navetta è chiamato in onore di una persona che ha lavorato con l'agenzia spaziale statunitense (principalmente un astronauta).

Missione Stemma Navetta Data di lancio Lanciatore Note Risultato
Antares A-ONE N.D. Cygnus Payload Simulator 21 aprile 2013 21:00 UTC Antares 110 Primo lancio dell'Antares, per la verificare delle performance e le capacità del lanciatore. Il carico era costituito da un modulo che simulava il peso e le dimensioni della navetta Cygnus[22]. Riuscito
Cygnus CRS Orb-D1 N.D. Cygnus standard
George Low 		18 settembre 2013 14:58 UTC Antares 110 Prima missione Cygnus, prima missione ad agganciarsi con la stazione spaziale. Secondo volo dell'Antares. L'aggancio è stato ritardato da un piccolo problema di connessione dati con i computer di bordo, che è stato risolto[23]. Riuscito
Cygnus CRS Orb-1   Cygnus standard
Gordon Fullerton 		9 gennaio 2014 18:07 UTC Antares 120 Prima missione del programma Commercial Resupply Service (CRS), prima missione ad utilizzare lo stadio superiore Castor 30B[24][25][26][27] Riuscito
Cygnus CRS Orb-2   Cygnus standard
Janice Voss 		13 luglio 2014 16:52 UTC Antares 120 Seconda missione del programma Commercial Resupply Service (CRS)[25][27] Riuscito
Cygnus CRS Orb-3   Cygnus standard
Deke Slayton 		28 ottobre 2014 22:22 UTC Antares 130 Prima missione ad impiegare lo stadio superiore Castor 30XL, ha subìto un guasto catastrofico che ha causato un'esplosione del lanciatore poco dopo il lancio[27]. Fallito
Cygnus CRS OA-4   Cygnus enhanced
Deke Slayton II 		6 dicembre 2015 21:44 UTC Atlas V 401 Prima missione ad utilizzare la variante migliorata (enhanced) della navetta Cygnus. La Orbital Sciences ha effettuato un contratto con la United Launch Alliance per utilizzare il lanciatore Atlas V[27][28] Riuscito
Cygnus CRS OA-6   Cygnus enhanced
Rick Husband 		23 marzo 2016 03:05 UTC Atlas V 401 Seconda missione a volare con il lanciatore Atlas V. La Orbital Sciences ha effettuato un contratto con la United Launch Alliance per utilizzare il lanciatore Atlas V[27][28][29][30]. Riuscito
Cygnus CRS OA-5   Cygnus enhanced
Alan Poindexter 		17 ottobre 2016 23:45 UTC Antares 230 Prima missione ad impiegare il lanciatore Antares 230 Riuscito
Cygnus CRS OA-7   Cygnus enhanced
John Glenn 		18 aprile 2017 15:11 UTC Atlas V 401 [27][28][30][31][32] Riuscito
Cygnus CRS OA-8E   Cygnus enhanced
Gene Cernan 		12 novembre 2017 12:19 UTC Antares 230 Riuscito
Cygnus CRS OA-9E   Cygnus enhanced
J.R. Thompson 		21 maggio 2018 08:44 UTC Antares 230 [33] Riuscito
Cygnus NG-10   Cygnus enhanced
John Young 		17 novembre 2018 09:01 UTC Antares 230 [34] Riuscito
Cygnus NG-11   Cygnus enhanced
Roger Chaffee 		17 aprile 2019 20:46 UTC Antares 230 [35] Riuscito
Cygnus NG-12   Cygnus enhanced
Alan Bean 		2 novembre 2019 13:59 UTC Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-13   Cygnus enhanced
Robert Lawrence Jr. 		15 febbraio 2020 20:21 UTC Antares 230+ Il 9 febbraio 2020 il lancio è stato rinviato a meno di tre minuti dal decollo a causa della lettura anomala di un sensore[36]. Riuscito
Cygnus NG-14   Cygnus enhanced
Kalpana Chawla 		3 ottobre 2020 01:16 UTC Antares 230+ [37] Riuscito
Cygnus NG-15   Cygnus enhanced
Katherine Johnson 		20 febbraio 2021 17:36 UTC Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-16   Cygnus enhanced 1 luglio 2021 (programmato) Antares 230+ Programmato
Cygnus NG-17 N.D. Cygnus enhanced febbraio 2022 (programmato) Antares 230+ Programmato
Cygnus NG-18 N.D. Cygnus enhanced 2023 (programmato) Antares 230+ Programmato
Cygnus NG-19 N.D. Cygnus enhanced 2023 (programmato) Antares 230+ Programmato

Note

  1. ^ (EN) NASA Taps SpaceX, Orbital Sciences to Haul Cargo to Space Station, su space.com, Space.com, 23 dicembre 2008. URL consultato il 1º marzo 2011.
  2. ^ Time Runs out for RpK; New COTS Competition Starts Immediately, su space.com, 19 ottobre 2007. URL consultato il 1º marzo 2011.
  3. ^ Chris Bergin, Orbital beat a dozen competitors to win NASA COTS contract, su nasaspaceflight.com, 19 febbraio 2008. URL consultato il 14 agosto 2015.
  4. ^ NASA Taps SpaceX, Orbital Sciences to Haul Cargo to Space Station, su space.com, 23 dicembre 2008. URL consultato il 1º marzo 2011.
  5. ^ a b Space Act Agreement with NASA and Orbital for COTS (PDF), su nasa.gov, NASA, 27 febbraio 2008. URL consultato il 30 marzo 2012.
  6. ^ Orbital Sciences To Build Taurus II (XML), su AviationWeek.com. URL consultato il 1º marzo 2011.
  7. ^ a b Josh Byerly e Trent J. Perrotto, NASA Partner Orbital Sciences Launches Demonstration Mission to Space Station, su nasa.gov, NASA, settembre 2013. URL consultato il 19 settembre 2013.
  8. ^ Chris Gebhardt, Enhanced Cygnus to help Orbital ATK meet CRS contract by 2017, su nasaspaceflight.com, 31 agosto 2015. URL consultato il 31 agosto 2015.
  9. ^ ISS Utilization: Cygnus COTS/CRS (Commercial Orbital Transportation Services/Cargo Resupply Service), su earth.esa.int, ESA Earth Online.
  10. ^ a b c d ISS Payload Opportunities on Cygnus (PDF), su orbitalatk.com, Orbital Sciences Corporation, 2015. URL consultato il 9 luglio 2016.
  11. ^ Peter B. de Selding, Dutch Space to Build Solar Arrays for Orbital's Cygnus Cargo Tug [collegamento interrotto], su spacenews.com, Space News, 12 novembre 2009.
  12. ^ a b Cygnus Enhanced Spacecraft to Use Ultraflex Solar Arrays, su orbital.com, Orbital Sciences, novembre 2011. URL consultato il 30 marzo 2012.
  13. ^ Chris Bergin, Space industry giants Orbital upbeat ahead of Antares debut, su nasaspaceflight.com, NasaSpaceflight, 22 febbraio 2012. URL consultato il 29 marzo 2012.
  14. ^ NASA Advisory Council Space Operations Committee (PDF), su nasa.gov, NASA, luglio 2010. URL consultato il 15 aprile 2012.
  15. ^ Cygnus Advanced Manoeuvring Spacecraft Fact Sheet (PDF), su wsn.spaceflight.esa.int, European Space Agency, 1º settembre 2010. URL consultato il 2 aprile 2012.
  16. ^ Loretta Whitesides, Orbital Sciences Scores NASA's Commercial Orbital Transportation Services (COTS) Award Worth $170M, su wired.com, Wired, 20 febbraio 2008. URL consultato il 30 marzo 2012.
  17. ^ Chris Gebhardt, Orbital ATK highlights advancements to Cygnus for CRS-2 contract flights, su nasaspaceflight.com, NASASpaceflight, 26 aprile 2017.
  18. ^ Jeff Foust, NASA to sole source Gateway habitation module to Northrop Grumman, su spacenews.com, SpaceNews, 23 luglio 2019. URL consultato l'11 dicembre 2019.
  19. ^ Doug Messier, NASA Awards Contract to Northrop Grumman for Gateway Habitat Module, su parabolicarc.com, Parabolic Arc, 23 luglio 2019. URL consultato l'11 dicembre 2019.
  20. ^ a b NASA signs Gateway habitat design contract with Northrop Grumman, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 9 giugno 2020. URL consultato il 13 agosto 2020.
  21. ^ a b Chris Gebhardt, Northrop Grumman outlines HALO plans for Gateway's central module, su nasaspaceflight.com. URL consultato il 13 agosto 2020.
  22. ^ Stephen Clark, Antares test launch paves new highway to space station, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 21 aprile 2013. URL consultato il 4 giugno 2018.
  23. ^ Chris Bergin, Orbital's Cygnus successfully berthed on the ISS, su nasaspaceflight.com, NASASpaceFlight, 28 settembre 2013. URL consultato l'8 ottobre 2013.
  24. ^ Robert Z. Pearlman, Orbital Sciences Names Next Private Space Station Freighter for NASA Astronaut, su space.com, collectSpace.com. URL consultato il 9 dicembre 2013.
  25. ^ a b Worldwide launch schedule, su spaceflightnow.com. URL consultato il 9 agosto 2013 (archiviato dall'url originale l'11 settembre 2013).
  26. ^ ISS Commercial Resupply Services Mission (Orb-1), su orbital.com, Orbital Sciences. URL consultato l'8 gennaio 2014.
  27. ^ a b c d e f Justin Ray, Atlas 5 rocket to launch space station cargo delivery mission in March, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 4 novembre 2016. URL consultato il 5 novembre 2016.
  28. ^ a b c Orbital ATK Team on Track for Fall 2015 Cygnus Mission and Antares Return to Flight in 2016, su orbitalatk.com, Orbital ATK, 12 agosto 2015. URL consultato il 12 agosto 2015.
  29. ^ Miriam Kramer, Private Cargo Spacecraft Gets New Rocket Ride After Accident, su space.com, 9 dicembre 2014. URL consultato il 12 agosto 2015.
  30. ^ a b Orbital ATK Updates Progress on International Space Station Cargo Delivery Program for NASA, su orbitalatk.com, Orbital ATK, 12 agosto 2015. URL consultato il 12 agosto 2015.
  31. ^ Cargo Resupply Services, su orbital.com, Orbital Sciences. URL consultato l'8 dicembre 2013 (archiviato dall'url originale l'11 dicembre 2013).
  32. ^ Orbital ATK Orders Second Atlas 5, Leaves Door Open for More, su spacenews.com, 12 agosto 2015. URL consultato il 12 agosto 2015.
  33. ^ Stephen Clark, Cygnus cargo ship released from space station, heads for extended mission, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 15 luglio 2018. URL consultato il 14 agosto 2018.
  34. ^ Dan Leone, NASA Orders Two More ISS Cargo Missions From Orbital ATK, su spacenews.com, 17 agosto 2015. URL consultato il 17 agosto 2015.
  35. ^ Stephen Clark, Live coverage: Countdown begins for Antares launch from Virginia – Spaceflight Now, su spaceflightnow.com. URL consultato il 17 aprile 2019.
  36. ^ Meghan Bartels e Tariq Malik, Northrop Grumman aborts Cygnus cargo launch to space station, su space.com, 9 febbraio 2020.
  37. ^ Malik, Tariq, Northrop Grumman aborts launch of Antares rocket carrying NASA cargo minutes before liftoff, su space.com, 2 ottobre 2020. URL consultato il 3 ottobre 2020.

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