Lunedì un motore a razzo di lunga tradizione ha segnato una grande pietra miliare. Sono passati 60 anni da quando il motore RL10 alimentato a idrogeno ha debuttato a bordo dello stadio superiore Centaur lanciato da Cape Canaveral il 27 novembre 1963.

Con quel primo lancio, il motore RL10, attualmente prodotto da Aerojet Rocketdyne, divenne il primo motore alimentato da una combinazione di idrogeno liquido e ossigeno liquido ad essere lanciato nello spazio. Questo traguardo giunse in un momento cruciale per gli Stati Uniti, poiché erano trascorsi appena cinque giorni dall’assassinio dell’ex presidente John F. Kennedy.

Da quel momento, 60 anni fa, 522 motori RL10 hanno volato nello spazio, con la parte del leone di questi voli a bordo dei razzi Delta e Atlas della United Launch Alliance (ULA). Questi motori alimentano rispettivamente il secondo stadio criogenico Delta e lo stadio superiore Centaur.

"Centaur e l'RL10 ci hanno permesso di lanciare veicoli spaziali di dimensioni e peso maggiori rispetto a qualsiasi altro progetto di stadio superiore in uso", ha affermato Gary Wentz, vicepresidente dei programmi governativi e commerciali dell'ULA, durante un evento mediatico che celebra il pietra miliare. “Ha realizzato missioni fantastiche sul Sole, sulla Luna, sugli asteroidi e su ogni pianeta del sistema [solare]”.

Il motore è stato sviluppato da Pratt & Whitney alla fine degli anni '1950 sotto la supervisione del Lewis Research Center della NASA, che è stato ribattezzato NASA John H. Glenn Research Center a Lewis Field nel 1999. Centaur è stato originariamente sviluppato da General Dynamics.

La combinazione ha contribuito a dimostrare la fattibilità dell’ossigeno liquido e dell’idrogeno liquido come combinazione propellente per i futuri veicoli di lancio. Gli stessi RL10 sarebbero stati utilizzati a bordo dei razzi Saturn 1, Atlas, Titan e Delta.

Il motore è stato utilizzato anche a bordo del veicolo suborbitale sperimentale, il DC-X, utilizzato dalla NASA e dal Dipartimento della Difesa per dimostrare l'atterraggio verticale di un razzo. 

“È molto emozionante compiere 60 anni ed è una testimonianza dell'incredibile lavoro di squadra che è avvenuto tra Aerojet Rocketdyne e ULA in tutti questi anni, una testimonianza di tutte le persone che hanno lavorato su questo prodotto in tutti questi anni e di un design incredibile che è stato originariamente progettato alla fine degli anni '1950", ha affermato Jim Maus, vicepresidente dell'esecuzione e integrazione del programma Aerojet Rocketdyne.

Maus ha affermato che, nonostante i successi ottenuti su centinaia di voli con motori, continuano ad appoggiarsi al motto di ULA di concentrarsi sul lancio uno alla volta.

"Quando arriviamo al giorno del lancio, siamo molto concentrati sul lancio di quel giorno", ha detto Maus. “E così, quando arrivi a un grande traguardo, in un certo senso fai un passo indietro e riconosci, sai, guarda tutto quello che abbiamo fatto. Quindi, è fantastico far parte del team che fa questo e siamo davvero entusiasti di arrivare a 60 anni”.

L'evoluzione della RL10

Attualmente, ci sono due varianti dell'RL10 in uso: l'RL10C-1-1 sui razzi Atlas dell'ULA e l'RL10B-2, che viene utilizzato sui razzi ULA Delta 4 Heavy e NASA Space Launch System (SLS).

Quest'ultima variante ha però una durata limitata poiché esiste solo un altro razzo Delta 4 Heavy, il cui lancio è previsto nel 2024 in missione per il National Reconnaissance Office (NRO). Un singolo RL10B-2 viene utilizzato anche sullo stadio di propulsione criogenica (ICPS) dell’SLS per le prime tre missioni Artemis sulla Luna. 

Le versioni successive dell'SLS utilizzeranno l'Exploration Upper Stage, progettato da Boeing. Sarà alimentato da quattro motori RL10C-3, che insieme forniranno una spinta di oltre 97,000 libbre (431 kN). Per fare un confronto, il singolo RL10B-2 dell'Artemis 1 ICPS ha prodotto circa 24,750 libbre (110 kN) di spinta.

Ad oggi, Maus ha affermato che sono stati apportati otto importanti aggiornamenti al motore RL10. La prossima importante iterazione del motore, l’RL10C-X, che è ancora in fase di sviluppo, alimenterà la futura versione del prossimo razzo Vulcan di ULA.

Il cambiamento più grande osservato con questa versione del motore deriva dall’uso di tecniche di produzione additiva, più comunemente note come stampa 3D.

"Stiamo già facendo volare l'RL10 con un iniettore prodotto con la produzione additiva, ma ora stiamo realizzando una camera di spinta prodotta con la produzione additiva e stiamo eseguendo quella certificazione proprio adesso", ha detto Maus. "Quel motore fornirà le prestazioni più elevate di quanto abbiamo a disposizione in termini di protezione oggi e prolungherà la vita dell'RL10 in futuro."

Maus ha aggiunto che le nuove tecniche di produzione porteranno anche ad un risparmio sui costi, ma non ha voluto entrare nei dettagli sui fattori che determinano la riduzione dei costi.

“Si è verificato un miglioramento significativo dei costi della camera del motore. Stiamo anche inserendo un grande ugello in silicone al carbonio, che spinge verso l’alto l’ISP per darci buone prestazioni”, ha detto Maus. “E poi, il macchinario turbo e quello che chiamerò la powerhead e la spina dorsale del motore sono identici a quelli su cui abbiamo volato a bilancio dell’inventario. Quindi, continuerà a garantire l’altissima affidabilità fin dal primo giorno, il primo lancio”.

La data specifica del lancio rimane ancora da definire, ma Maus ha detto che mirano a far debuttare l'RL10C-X nel 2025 su un razzo ULA Vulcan. Detto questo, Maus ha osservato che hanno ordini per gli attuali motori RL10C-1-1 fino al 2026.

Sia la NASA che l’ULA stanno guidando quello che Maus ha descritto come un arretrato di oltre 150 motori, che sono una combinazione delle versioni legacy e delle varianti X-C con le caratteristiche di produzione additiva. Ha detto che la NASA sta ancora decidendo se acquistare più motori legacy o iniziare ad acquistare motori utilizzando la tecnologia di produzione additiva per le future missioni Artemis.

In un anno tipico, Maus ha affermato che Aerojet Rocketdyne produce tra 16 e 18 motori, ma con l’incorporazione di una maggiore produzione additiva nella loro linea di produzione, stanno aumentando fino a 40 motori all’anno.

“Abbiamo subito riconosciuto che stampando in 3D la camera di combustione avremmo potuto davvero apportare un grande cambiamento al costo del motore e alla dipendenza dai fabbricanti manuali”, ha affermato Maus. “Quindi, passando dalla fabbricazione dell’acciaio inossidabile al rame stampato in 3D, ora siamo in grado di costruire geometrie che altrimenti non avremmo potuto realizzare con la produzione additiva. E poi, ora siamo in grado di produrre il motore con i volumi elevati e le velocità elevate di cui ULA ha bisogno”.

Motore classico, nuovo razzo

Tra meno di un mese, ULA prevede di far debuttare il suo razzo Vulcan. La missione, denominata Vulcan Cert-1, utilizzerà una coppia di motori RL10C-1-1A per alimentare lo stadio superiore Centaur 5 e inviare il lander lunare Peregrine di Astrobotic nel suo viaggio verso la Luna.

Dopo aver spedito un Centaur 5 aggiornato dalla sua fabbrica a Decatur, in Alabama, ULA ha integrato lo stadio superiore sul booster Vulcan il 19 novembre. La missione è prevista per volare non prima del 24 dicembre 2023.

L'ULA si sta preparando per una prova generale nella prima metà di dicembre durante la quale il razzo Vulcan completamente integrato verrà lanciato sulla rampa di lancio e alimentato come se fosse in fase di lancio. Maus ha detto che gli ingegneri dell'Aerojet Rocketdyne utilizzeranno le cuffie durante il test di rifornimento per monitorare il Centaur e il modo in cui il motore viene raffreddato e condizionato come sarà il giorno del lancio.

"Abbiamo ingegneri che esaminano tutti i dati provenienti dal motore durante le prove sul bagnato e possiamo praticamente capire in tempo reale che tutto sta andando bene", ha detto Maus. "Ma poi, ovviamente, verrà effettuata una revisione dei dati per garantire che tutto funzioni come richiesto."

Ron Fortson, direttore e direttore generale delle operazioni di lancio dell'ULA, ha detto che il razzo verrà lanciato sulla piattaforma di lancio il giorno prima del decollo e salirà sulla console per iniziare il conto alla rovescia con circa 12 ore di anticipo.

Fortson ha affermato che l'integrazione dell'RL10C-1-1A con il veicolo Vulcan è avvenuta senza intoppi.

"Tutto è andato bene nel nostro impianto di produzione e poi qui, è già completamente assemblato e lo abbiamo semplicemente accoppiato con il nostro razzo e siamo pronti a partire", ha detto Fortson. "Quindi è stata una grande attività."

Fortson ha detto che lui e il team dell'ULA hanno lavorato a stretto contatto con Aerojet Rocketdyne mentre lavorano per il debutto del motore RL10C-X tra un paio d'anni.

“Stiamo lavorando a stretto contatto con loro sulla progettazione e sui test. Una volta che tutto sarà completato, non vedremo l’ora di integrarlo effettivamente sul nostro razzo Vulcan”, ha detto Fortson. "E poi, ovviamente, esamineremo tutte le nostre missioni future in termini di quali siano tali requisiti e ci assicureremo di poterli soddisfare con questo nuovo motore."

Ha detto che probabilmente non ci sarà un profilo di volo particolare richiesto per il debutto dell'RL10C-X su Vulcano, aggiungendo che "questo motore sarà in grado di fare tutto ciò di cui abbiamo bisogno".

"Penso che qualunque siano i requisiti che abbiamo per questo, siamo fiduciosi che questo motore sarà in grado di soddisfarli", ha detto Fortson.

"Abbiamo una filosofia di test come se volassi, il che significa che il motore vedrà in volo solo ciò che ha sperimentato a terra entro i limiti di ciò che possiamo testare o analizzare", ha detto Maus. "Quindi, abbiamo svolto tutti questi test negli ultimi anni per capire come funziona il motore nello schema Vulcan."

Maus ha detto che mentre non vedono l'ora di far volare l'RL10 su nuovi razzi e in nuove iterazioni, attendono con impazienza un'altra pietra miliare chiave: far volare esseri umani attraverso i programmi Commercial Crew e Artemis.

"Abbiamo portato gli astronauti a West Palm Beach, nella nostra struttura, per parlare al nostro team della realtà di ciò che forniamo ed è molto motivante per noi vedere i nostri passeggeri in piedi davanti alla stanza, raccontandoci quanto contano su di noi”, ha detto Maus. "Ma la realtà è che progettiamo e costruiamo un prodotto altamente affidabile e ha dimostrato la sua affidabilità."

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• Fonte: https://spaceflightnow.com/2023/11/28/aerojet-rocketdyne-ula-mark-60th-anniversary-of-rl10-rocket-engine/