Il dilemma dello spazioporto per Starship

Il 20 Aprile 2023, SpaceX ha eseguito il primo volo di prova orbitale dello Starship, il più grande razzo mai costruito, dal suo spazioporto Starbase di Boca Chica, in Texas (1). Il volo senza equipaggio è terminato quattro minuti dopo il decollo, quando il veicolo ha iniziato a precipitare ed è stato distrutto. I residenti e ricercatori stanno cercando di valutare l'impatto dell'esplosione sulle comunità locali, la loro salute, l'habitat e la fauna selvatica, comprese le specie in via di estinzione. Di primaria preoccupazione è la grande quantità di particolato simile a sabbia e cenere e detriti più pesanti sollevati dal lancio. Le emissioni di particolato si sono diffuse ben oltre quanto previsto nella valutazione di impatto ambientale presentata dalla compagnia spaziale. Le immagini catturate durante il volo di prova mostrano, infatti, che la piattaforma di lancio di SpaceX è esplosa, con pezzi di cemento che volavano in più direzioni, lasciando dietro di sé un gigantesco cratere. Secondo Dave Cortez, direttore del gruppo di difesa ambientale Sierra Club, gli enormi detriti di cemento sono finiti nell'oceano e alcuni pezzi hanno persino rischiato di colpire i serbatoi di stoccaggio del carburante, ossia i silos adiacenti alla rampa di lancio. A seguito dell'esplosione, la Federal Aviation Administration (FAA) ha bloccato il programma di lancio della Starship Super Heavy della compagnia in attesa dei risultati di una indagine sull'incidente. Nessun ferito o danno alla proprietà pubblica è stato segnalato all'agenzia governativa (2). Questo test è stato parzialmente un successo e una fonte importante di informazioni. La navicella spaziale Starship di SpaceX in cima al booster del primo stadio Super Heavy è il razzo più alto e potente mai volato, con il doppio della spinta del veicolo di lancio Saturn V sviluppato negli anni '60 dagli americani, e ancora più potente del N1/L3 concepito dai sovietici nello stesso periodo, il cui primo stadio, è stato il più potente stadio di un razzo mai volato per oltre 50 anni, generando 45,4 MN di spinta. A confronto, Starship di SpaceX ha generato una spinta 75,9 MN. È curioso come ciascuno dei quattro tentativi di lancio del N1 sia fallito, con il secondo tentativo che ha provocato lo schianto del veicolo sulla piattaforma di lancio poco dopo il decollo. Considerare come SpaceX stia quindi solo contemplando un foro sulla sua piattaforma di lancio e non l’intera distruzione del suo spazioporto, aiuta a mettere in prospettiva la difficoltà dal punto di vista ingegneristico nel lanciare un razzo integrato di quelle dimensioni, e del successo di aver sollevato in volo un velivolo e raggiunto un’altitudine che in cinquant’anni nessuno aveva più provato ad raggiungere o anche solo oltrepassare. La navicella spaziale Starship doveva compiere quasi un'orbita intorno alla Terra prima di rientrare nell'atmosfera ed eseguire un ammaraggio mirato nell'Oceano Pacifico vicino alle Hawaii. Il Super Heavy Booster invece avrebbe dovuto eseguire un atterraggio controllato sulla superficie del Golfo del Messico a circa 20 miglia (30 km) dalla costa del Texas 8 minuti dopo il decollo. Il razzo è decollato alle 15:33 CEST (13:33 UTC) dallo spazioporto di Boca Chica, causando danni imprevisti alla piattaforma di lancio e alle infrastrutture circostanti. Più motori si sono guastati durante e dopo il decollo. Il veicolo ha superato il punto di massima pressione dinamica (max q) ed è entrato nel volo supersonico, ma il veicolo spaziale non è riuscito a separarsi dal booster. Lo Starship integrato è quindi salito a un'altitudine massima di 39 km (24 miglia) prima che i problemi con ben otto dei 33 motori Raptor 2 del razzo causassero il ribaltamento. L'astronave è quindi caduta fino a quando il sistema di terminazione del volo autonomo ha distrutto il veicolo dopo quasi 4 minuti dall'inizio del volo. È irrealistico che SpaceX possa tornare a testare nei prossimi due mesi il vettore che promette porterà gli esseri umani sulla Luna e poi su Marte. Philippe Battiste, presidente della CNES (Centre national d'études spatiales, in italiano Centro Nazionale sugli Studi Spaziali), responsabile del Centro Spaziale Guyanese ossia il principale centro di lancio europeo, ha sottolineato come le immagini dei danni causati alla base di Boca Chica siano un monito di come un lancio sia un evento rischioso in cui tutti i parametri, compresa la sicurezza di merci e persone e l'impatto ambientale, sono fondamentali. Il presidente della CNES ha reiterato come l'agenzia spaziale francese e l'ESA facciano ogni sforzo per ridurre i rischi, fin dalla progettazione dei set di lancio(3). Ad esempio, si è scelto di realizzare condotti di evacuazione dei gas di combustione e deflettori di getto, il cui ruolo è quello di convogliare i gas provenienti dai motori lontano dal lanciatore e dalle installazioni. Per l'ELA-4, il complesso di lancio del futuro Ariane 6, il cantiere nel suo complesso ha soddisfatto criteri molto severi in termini di sicurezza e impatto ambientale. Ad ogni lancio vengono analizzati più di 600 parametri ambientali da Kourou a Sinnamary, ribandendo come la CNES studia l'impatto delle attività sull'ambiente con i suoi partner da quasi 30 anni. Il presidente della CNES ha ragione perché la legislazione francese pone una enorme importanza all’ambiente, alle persone e ai beni (4). Un’attenzione giusta e adeguata ad una tecnologia tuttavia obsoleta se paragonata a quella a disposizione degli americani. L'Europa deve infatti riacquistare competitività sul mercato dei lanciatori che, al momento della scrittura di questo articolo, non esiste(5). Basta solo ricordare il fallimento del VEGA-C nuovo razzo europeo di medie dimensioni prodotto dall'italiana AVIO nel suo secondo volo. Il secondo stadio del razzo, un motore solido chiamato Zefiro-40, ha funzionato male pochi minuti dopo il decollo(6). Non parliamo nemmeno di riusabilità del secondo stadio, e nemmeno di uno spazioporto gestito da privati. Il commento del presidente della CNES non aggiunge molto alla sfida che la compagnia americana si è posta, ossia quella di aiutare l’umanità ad essere una specie multi-planetaria, e questo prevede la riusabilità del vettore spaziale, la sua affidabilità e non ultimo la sua sostenibilità ambientale ed economica. Lo spazioporto Starbase e il Centro Spaziale Guyana rispondono a due approcci molto diversi. Il Centro Spaziale Guyana è un centro non attrezzato per lanciare astronauti ed è principalmente governato dal presidente della CNES. Il sito è fortemente regolato dalla Repubblica Francese e dall’Unione Europea, in un settore come quello dello spazio che è pesantemente influenzato dalle agenzie governative spaziali europee nell’ESA e dal finanziamento pubblico delle missioni. Starbase segue invece un approccio più commerciale. In quanto porto spaziale privato, è soggetto a determinati regolamenti e permessi di varie agenzie governative, tra cui la Federal Aviation Administration (FAA), la United States Coast Guard (USCG) e il Texas Department of Transportation (TxDOT). La FAA è responsabile della concessione di licenze di lancio e permessi per lanci spaziali e rientri. SpaceX ha ottenuto diverse licenze e permessi dalla FAA per condurre lanci e voli di prova dallo spazioporto di Boca Chica. Queste licenze e permessi vengono rilasciati caso per caso e includono condizioni e requisiti specifici che SpaceX deve seguire per garantire la sicurezza del pubblico e dell'ambiente. L'USCG è responsabile del mantenimento della sicurezza marittima intorno al sito di lancio e lavora a stretto contatto con SpaceX per stabilire zone di sicurezza e coordinare le attività di lancio. Il TxDOT è responsabile della gestione delle strade e delle infrastrutture intorno al sito di lancio e collabora con SpaceX per garantire che le strade e le strutture siano mantenute e aggiornate secondo necessità. Oltre a queste agenzie di regolamentazione, SpaceX lavora anche a stretto contatto con le autorità locali e statali per garantire che rispettino tutte le leggi e i regolamenti applicabili. Ciò include l'ottenimento di permessi per valutazioni di impatto ambientale, uso del suolo e altri requisiti normativi. Nel complesso, la legislazione e i regolamenti per lo spazioporto di Boca Chica sono complessi e sfaccettati e coinvolgono più agenzie governative e parti interessate. SpaceX deve rispettare tutte queste normative per garantire il funzionamento sicuro e di successo dello spazioporto. Starbase deve essere quindi all’altezza di ospitare un veicolo spaziale che rappresenti queste ambizioni e questo non può essere raggiunto se non attraverso prove ed errori. Uno spazioporto non deve essere progettato solo per la messa in orbita di satelliti, ma occorre pensare ai futuri passeggeri, alle norme di sicurezza per proteggere persone, propellenti e l’intera struttura.
A differenza di altri siti di lancio per razzi di grandi dimensioni, Starbase è privo sia di un sistema di inondazione della piattaforma di lancio con grandi portate d’acqua sopprimere le onde d'urto, sia un deviatore di fiamma o una trincea per reindirizzare in sicurezza i gas di scarico del razzo. La mancanza di questi elementi aveva già sollevato qualche dubbio ad Elon Musk, fondatore di SpaceX, già nel 2020. All’epoca Musk ritenne potesse essere un errore. Pochi giorni prima del lancio, lo stesso Musk ha rivelato che SpaceX aveva in effetti già iniziato a costruire un'enorme piastra d'acciaio raffreddata ad acqua da mettere sotto la piattaforma di lancio tre mesi fa. La piastra, tuttavia, non è stata pronta in tempo per il debutto della Starship, e SpaceX è andata avanti comunque, immaginando che il cemento della struttura composto in fondag (un materiale estremamente resistente alle alte temperature) potesse sopravvivere ad un decollo. Ebbene, così non è stato. Starship non ha raggiunto il suo obiettivo di padroneggiare la salita di un volo spaziale, ma supponendo che i suoi ingegneri raggiungano tale obiettivo al prossimo tentativo, dovranno comunque risolvere l'altra parte del suo approccio rivoluzionario: ottenere tutte le parti di il veicolo spaziale a terra in modo sicuro in modo che possano essere riutilizzati. L'indagine sull'incidente della FAA è una pratica standard quando i razzi esplodono. L'indagine della FAA dovrà concludere che Starship non pregiudica la sicurezza pubblica prima che possa essere lanciato di nuovo. Poiché i detriti si sono diffusi molto più del previsto(7), è entrato in vigore anche il piano di risposta alle anomalie della FAA, il che significa che SpaceX deve completare ulteriori mitigazioni ambientali prima di richiedere nuovamente la sua licenza di lancio.

BIBLIOGRAFIA

1) SpaceX Starship Super Heavy Project at the Boca Chica Launch Site
https://www.faa.gov/space/stakeholder_engagement/spacex_starship

2) FAA, NEWSROOM, STATEMENTS, APRIL 20. 2023
Space Operations / SpaceX Starship Super Heavy / Boca Chica, Texas 
https://www.faa.gov/newsroom/statements

3 ) Philippe Baptiste’s comment on LinkedIN
https://www.linkedin.com/posts/philippe-baptiste-0bb0b76_le-lancement-de-starship-par-spacex-et-les-activity-7056998603466133504-AKuB?utm_source=share&utm_medium=member_desktop

4) Loi no 2008-518 du 3 juin 2008 relative aux opérations spatiales
https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000018931380

5) Europe’s independent access to space is at risk, says space agency chief
https://www.ft.com/content/14b060df-4cfc-4494-a3d2-2af57dc6fa2a

6) AVIO, PERDITA MISSIONE VV22
https://www.avio.com/it/comunicati-stampa/volo-vv22-interruzione-prematura-della-missione

7) FAA, FINAL PROGRAMMATIC ENVIRONMENTAL ASSESSMENT (PEA), EXECUTIVE SUMMARY
https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/2022-06/Final_PEA_Executive_Summary.pdf