La Stazione Spaziale Internazionale compie 20 anni: il contributo di Thales Alenia Space

È il più grande e ambizioso progetto spaziale concepito dall’uomo, quarant’anni dopo la conquista della Luna: la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), un avamposto orbitale per la ricerca e la conquista di nuove conoscenze, nuove capacità e nuove opportunità nello Spazio.

La Stazione è il frutto di uno sforzo congiunto di Stati Uniti, Russia, Canada, Giappone e delle Agenzie Spaziali di 11 Paesi membri della Comunità Europea. La grande stazione spaziale americana, progettata e avviata a metà degli anni Ottanta del secolo scorso, divenne un progetto veramente internazionale nel 1988. L’assemblaggio in orbita iniziò nel 1998, con il lancio del blocco funzionale cargo russo Zarya (“alba”) che divenne uno dei capisaldi della ISS.

La Stazione orbita a un’altitudine media di 340 km dal nostro pianeta e viaggia a una velocità media di 27, 700 km/h, completando ben 15 orbite al giorno. Ad oggi  la Stazione ha un peso di oltre 400 tonnellate e occupa un’area pari a quella di un campo da calcio e, con un volume abitabile superiore ai 1.200 m3 rappresenta l’oggetto più complesso progettato a oggi. Più di 50 voli con diversi vettori (Shuttle, Soyuz, etc.) sono stati necessari per assemblare le numerose parti (più di 100) che la compongono.

Grazie ai sofisticati strumenti messi a punto, e ad altri in fase di sviluppo, la Stazione Spaziale consente agli scienziati di operare in condizioni di microgravità, per condurre ricerche mediche, fisiche, biologiche, per mettere a punto nuovi materiali e collaudare tecnologie. Ma l’esperimento più importante cui sta contribuendo la ISS è la sua stessa esistenza: una testimonianza delle possibilità di sviluppo della vita umana in ambienti orbitanti. La costruzione di questo innovativo “avamposto tra le stelle” dimostra le straordinarie potenzialità del comparto spaziale quando istituzioni e industrie cooperano insieme ai massimi livelli.

Thales Alenia Space, coinvolta nella progettazione e costruzione di moduli pressurizzati da oltre 40 anni, fornisce un contributo produttivo di riconosciuto prestigio internazionale, contribuendo per oltre il 40% al volume pressurizzato, quindi abitabile, dell’intera Stazione. Oggi il suo contributo industriale, in termini quantitativi, alla costruzione della ISS è veramente elevato e la società risulta seconda  all’americana Boeing, primo contraente industriale del complesso orbitale.

Il contributo di Thales Alenia Space alla ISS

  • Primo contraente per il progetto, sviluppo, qualifica e integrazione dei Nodi 2 e 3 e fornisce inoltre il necessario supporto alla NASA nelle verifiche finali e nella preparazione al lancio al KSC-Cape Canaveral.
  • Primo contraente per lo sviluppo, integrazione e test della Cupola, alla guida di un team di industrie spaziali europee.
  • Primo contraente nei confronti dell’ASI/Nasa per la progettazione e costruzione dei tre moduli logistici MPLM, e fornitore di supporto alla NASA per il loro utilizzo durante l’intero periodo operativo della Stazione Spaziale.
  • Ruolo chiave per la realizzazione del laboratorio Columbus. Responsabile per la definizione, lo sviluppo e la pre-integrazione dell’intera parte termomeccanica del sistema, del controllo termico attivo e passivo (TCS), del controllo ambientale (ECLSS) e dei cablaggi. Principale protagonista nella fase finale di integrazione e test.
  • Principale contraente per la progettazione, la costruzione, l’integrazione e le prove di 6 unità  “cargo carrier” (ATV-ICC) del veicolo automatico di rientro ATV.
  • Contraente di Orbital Sciences Corporation per il disegno, lo sviluppo, integrazione e test di 9 + 9  moduli pressurizzati PCM’s (Pressurized Cargo Modules), per il trasporto cargo alla Stazione.
  • Primo contraente per PMM – Permanent Multipurpose Module – un elemento pressurizzato derivato dall’aggiornamento e dalla trasformazione di un modulo MPLM allo scopo di un più ampio supporto alla ISS
  • Thales Alenia Space si occuperà della produzione e dei test del fondamentale involucro pressurizzato del Modulo Airlock di NanoRacks, il cui lancio verso la Stazione Spaziale Internazionale è previsto per il 2019, impiegato per lanciare pyloads commerciali e governativi. Thales Alenia Space produrrà inoltre diverse strutture secondarie, compresi gli scudi per micrometeoriti e detriti orbitanti (MMOD), i pannelli isolanti multistrato (MLI), e altre componenti strutturali
  • Maggiore contraente dell’ESA/EADS (attraverso un integrato Team operativo costituito con Astrium) per le attività di Operation, Engineering, e Mission Support e utilizzo della Stazione Spaziale.
  • Supporto alle missioni MPLM, Nodi, Columbus e ATV attraverso il Centro Missioni ALTEC di Torino.

La Cupola, una finestra sulla Terra

Sviluppata e costruita in Italia da Thales Alenia Space, la Cupola è una spettacolare sala comandi robotizzata, che permette agli astronauti di vedere e lavorare attraverso sette finestre, con una visuale a 360° tutto intorno alla Stazione Spaziale Internazionale. E’ stata agganciata al Nodo 3 Tranquillity, sviluppato sempre da Thales Alenia Space, ed è utilizzata come centro di controllo volo dell’ISS durante le passeggiate spaziali, le manovre del veicolo spaziale o lavori che richiedono l’impiego del braccio robotico della stazione. Dovrebbe avere una vita in orbita di circa 10 anni.

La Cupola è larga 6,5 piedi (2 metri), alta 4,9 (1,5 metri) e ha un diametro di 9,7 piedi (3 metri). La Cupola, che deve il nome alla sua forma semisferica, è stata forgiata in un singolo blocco di alluminio da 1,8 tonnellate, con alloggiamenti per sei finestre di forma trapezoidale e un grande portello di osservazione circolare che costituisce la più grande finestra in volo nello spazio. Essa comprende una serie di sportelli oscuratori esterni – uno per ciascuna finestra – destinati a proteggere il vetro dall’impatto di micro-meteroriti e impedire che le radiazioni solari la surriscaldino. Gli oscuratori sono progettati anche per contribuire a mantenere stabile la temperatura all’interno della ISS. Gli sportelli oscuratori possono essere aperti dall’equipaggio all’interno della Cupola con una semplice rotazione del polso.

Ogni finestra è suddivisa in tre sottosezioni: un vetro interno antigraffio, per proteggere i cosiddetti vetri a pressione da danni accidentali prodottisi all’interno della Cupola, due vetri a pressione spessi 25 mm per contribuire a mantenere la pressurizzazione e l’ambiente della cabina (il pannello esterno funge da riserva di quello interno); infine un pannello anti-detriti, all’esterno, per proteggere i vetri a pressione dai detriti spaziali quando gli sportelli oscuratori della Cupola sono aperti.

La Cupola può essere occupata da un massimo di due membri dell’equipaggio della Stazione, per monitorare le operazioni di agganciamento e sganciamento delle navicelle o, quando gli equipaggi della ISS saranno più numerosi, per fornire supporto alle passeggiate spaziali degli astronauti. La configurazione interna della Cupola è dominata dai due corrimano, superiore e inferiore, che corrono attorno all’interno della cabina, sostenendo la maggior parte delle attrezzature, e dai pannelli ‘close-out’, che coprono le imbracature e le tubature dell’acqua connesse alla Cupola. Questi pannelli interni formano un sistema pressurizzato di distribuzione dell’aria con la struttura esterna. I pannelli sono removibili per permettere le ispezioni e il collegamento di diversi servizi.

La Cupola è stata trasportata sulla Stazione Spaziale con la  missione STS-130 a bordo dell’Endeavour, il cui lancio è avvenuto  il 7 febbraio 2010.

Thales Alenia Space ha sviluppato e integrato la Cupola in qualità di primo contraente dell’ESA

Attualmente  Thales Alenia Space sta producendo e testando il  fondamentale involucro pressurizzato del Modulo Airlock di NanoRacks, il cui lancio verso la Stazione Spaziale Internazionale è previsto per il 2019, impiegato per lanciare pyloads commerciali e governativi. Thales Alenia Space produrrà inoltre diverse strutture secondarie, compresi gli scudi per micrometeoriti e detriti orbitanti (MMOD), i pannelli isolanti multistrato (MLI), e altre componenti strutturali.

Nodi 2 & 3, una complessa architettura

I Nodi sono elementi fondamentali nell’architettura complessiva della Stazione Spaziale Internazionale per l’interconnessione e la gestione dei vari moduli pressurizzati, per l’attracco in caso di emergenza.

Vere e proprie unità multifunzionali, i Nodi consentono il passaggio degli astronauti e degli equipaggiamenti da una sezione all’altra e rendono l’ambiente adatto alla vita e al lavoro di ricerca in microgravità degli equipaggi.

Ben due dei tre Nodi che compongono la Stazione sono stati realizzati da Thales Alenia Space in Italia per le Agenzie Spaziali Italiana ed Europea: il Nodo 2 Harmony e il Nodo 3 Tranquillity.

La struttura attuale della ISS si articola attorno a tre Nodi. Il Nodo 1 è stato realizzato negli Stati Uniti, ed è già attaccato alla ISS, mentre la progettazione/costruzione dei Nodi 2 e 3 (più evoluti e complessi) è affidata all’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e ASI (Agenzia Spaziale Italiana) e commissionata a Thales Alenia Space. Il Nodo 2 è stato lanciato nell’Ottobre 2007 e permette il collegamento con il laboratorio Columbus. Il Nodo 3 è stato lanciato nel Febbraio 2010 collega la Cupola.

Strutturalmente i due Nodi sono simili, con dimensioni di 4,6 metri di diametro, 7 metri di lunghezza e circa 14 tonnellate di peso ciascuno.

In qualità di prime contractor nell’ ambito di un accordo ESA/ASI Thales Alenia Space è stata responsabile della progettazione, sviluppo e integrazione dei Nodi 2 e 3 ed  anche della fornitura del necessario supporto alla NASA per i controlli finali, i preparativi per il lancio e le operazioni in orbita. Tali attività sono generalmente seguite dal Centro ALTEC, un’azienda costituita da Thales Alenia Space, dall’Agenzia Spaziale Italiana e da enti pubblici della Regione Piemonte.

MPLM

Gli MPLM (Multipurpose Pressurized Logistic Modules) sono moduli logistici pressurizzati, utilizzati per il trasporto con lo Shuttle di rifornimenti e materiali tra la Terra e la Stazione Spaziale (25 voli previsti per ciascun modulo in 10 anni). Leonardo, Raffaello e Donatello (questi i loro nomi) garantiscono inoltre capacità di stivaggio e volume pressurizzato abitabile per due persone.

Due meccanismi d’aggancio sono installati sul modulo per consentire il trasferimento tra la ISS e la navetta Shuttle – alla quale rimane attraccata per più giorni per ogni missione – con un sistema di braccio meccanico comandato a distanza dalla Stazione. L’equipaggio può accedere e vivere dentro gli MPLM durante le missioni (costituita generalmente di 12 giorni + 2 di viaggio). Ogni MPLM ha una lunghezza di 6,6 metri e 4,2 di diametro per una capacità complessiva di carico pari a 9.000 chilogrammi.

È il primo contraente nei confronti dell’ASI/Nasa per la progettazione e costruzione dei tre moduli logistici MPLM, e inoltre supporta la NASA, attraverso il centro ALTEC

(Advanced Logistic Technology Centre) per il loro utilizzo durante l’intero periodo operativo della Stazione Spaziale.

  • PMM : Il Modulo Multifunzione Permanente per espandere le potenzialità dell’ISS

PMM (Permanent Multipurpose Module) è un nuovo programma, stabilito sulla base di un accordo bilaterale fra ASI e NASA, per derivare un elemento in orbita permanente da un modulo della flotta MPLM. Il PMM sarà in grado di offrire una varietà di servizi potenziali, in vista di un utilizzo più prolungato ed estensivo dell’ISS. Una volta in orbita, il PMM offrirà ulteriori 70 metri cubi di volume pressurizzato per lo stivaggio e per usi scientifici.

Il Programma PMM è attualmente realizzato, per conto dell’ASI, dallo stesso team industriale che ha progettato, costruito e fatto funzionare con successo gli MPLM.

Le sfide della missione PMM rappresenteranno per Thales Alenia Space un’importante occasione per sfruttare appieno il suo know-how, acquisito nel corso degli scorsi decenni e al contempo per confermare la solidità del progetto originale degli MPLM, che sarà facilmente adattato ad applicazioni piuttosto diverse.

PMM è stato sottoposto è stato sottoposto ad importanti interventi di modifica per migliorarne l’efficacia dell’utilizzo, per garantire la completa sicurezza durante tutta la sua lunga permanenza in orbita e per aumentare la capacità di massa che potrà contenere a bordo. Il Modulo PMM è stato lanciato il 25 Febbraio 2011.

  • Il Modulo Cargo Pressurizzato (PCM) per CYGNUS, per il servizio di rifornimento commerciale dell’ISS

La navicella Cygnus è attualmente sviluppata da Orbital Sciences ( oggi Northrop Grumman) per la dimostrazione della consegna di carichi, in base all’accordo COTS della NASA sul servizio di trasporto commerciale orbitale. Oltre al programma di sviluppo e dimostrazione del COTS,  Northrop Grumman utilizzerà Cygnus per effettuare i voli di rifornimento dell’ISS, in base al contratto CRS sul servizio di rifornimento commerciale. Tale contratto della NASA autorizza otto missioni per il trasporto di circa 20 mila kg di carico verso la ISS, oltre che per lo smaltimento dei rifiuti della ISS stessa.

Il sistema Cygnus è un progetto a basso rischio, che include elementi presi da Orbital e dalle tecnologie spaziali esistenti e già comprovate dei suoi partner. Cygnus consiste in un comune modulo di servizio più un modulo cargo pressurizzato.

In base al contratto con Northrop Grumman, Thales Alenia Space ha progettato , sviluppato e  prodotto moduli per il trasporto cargo da consegnare alla Stazione Spaziale Internazionale compresi di attrezzature, ricambi, esperimenti scientifici e altri oggetti. Il modulo cargo pressurizzato si basa sugli MPLM.

Avvalendosi di un programma di consegne scaglionato, sono stati  forniti ad Northrop Grumman complessivamente nove moduli PCM da carico, integrabili con il Modulo Orbitale di Servizio SM. Thales Alenia Space sta sviluppando altri 9 moduli per il trasporto cargo alla ISS sulla base di un recente contratto.

Thales Alenia Space è responsabile della progettazione e sviluppo di nove moduli cargo pressurizzati da consegnare a Orbital Sciences Corporation. 

ATV – Automated Transfer Vehicle

L’ATV (Automated Transfer Vehicle) è un veicolo logistico automatico di 20 tonnellate, lanciato con il vettore europeo Ariane 5, per l’approvvigionamento ( circa 9 tonnellate) e il ripristino periodico dell’orbita della Stazione Spaziale Internazionale.

Il sistema si compone di due principali elementi:

  • un modulo di propulsione e guida che permette al veicolo, una volta rilasciato in orbita dal lanciatore, di raggiungere in modo completamente automatico la Stazione Spaziale;
  • un modulo cargo (ICC) che permette il trasporto tra la Terra e la Stazione Spaziale di rifornimenti e materiali, sino a un massimo di 7.300 kg di carico utile.

Il primo ATV, battezzato Jules Verne, è stato lanciato a Settembre del 2008. Dopo aver completato la sua missione di rifornimento – fino a 860 kg di propellente, 840 kg di acqua, 100 kg di aria e 5.500 kg di carico secco – l’ATV Jules Verne ha raccolto i rifiuti della Stazione. L’ATV è stato eliminato per mezzo di un rientro distruttivo nell’atmosfera.

Il secondo ATV chiamato “Johannes Kepler” è stato lanciato a  Febbraio del 2011 mentre il terzo, Edoardo Amaldi, è andato in orbita a Marzo 2012.  Il quarto ATV Albert Einstein è stato invece lanciato a Giugno 2013. Il quinto ed ultimo ATV, Georges Lemaître,  è stato invece lanciato a Luglio del 2014.

ATV è un programma dell’Agenzia Spaziale Europea per la Stazione Spaziale Internazionale. A Thales Alenia Space è stato affidato, dall’industria prime contractor Astrium ST, la progettazione e la costruzione del “cargo carrier”, nonché l’integrazione e le prove dell’intero ATV-ICC.

Thales Alenia Space sarà coinvolta anche nella preparazione della Missione e nel Supporto Operativo.

Columbus

Il laboratorio pressurizzato multifunzionale Columbus costituisce il principale contributo europeo alla Stazione. Il laboratorio, attraccato permanentemente, dal febbraio 2008, al Nodo 2 della ISS, verrà utilizzato per almeno 10 anni per sperimentazioni, in condizioni di microgravità, nel campo delle scienze dei materiali, della fisica dei fluidi e della biomedicina e per numerose applicazioni tecnologiche.

Il modulo misura 6,5 metri di lunghezza per 4,5 metri di diametro, con una massa totale di 12.400 kg compresi 2.500 kg di payload. Il suo volume interno di 75 m cubi è in gradi di ospitare fino a 3 astronauti.

All’interno del laboratorio Columbus sono installati 5 Payloads:

  • Il Fluid Science Laboratory (FSL), per esperimenti nel campo della fisica dei fluidi
  • l’European Drawer Rack (EDR) una  facility multiuso capace di accogliere esperimenti di diversa natura e tipologia.
  • Il ‘Biolab’ un laboratorio realizzato a supporto di esperimenti biologici e su micro-organismi
  • L’EPM (European Phisiologyc Module)
  • l’ETC (European Transport Container.

Il laboratorio, inoltre, contiene  SOLAR, uno dei più complessi Payload esterni che permetterà di misurare le radiazioni solari.

Thales Alenia Space ha sviluppato 2 di questi payload interni: Il FSL e L’ EDR, oltre al SOLAR.

Il laboratorio Columbus è commissionato dall’ESA (Agenzia Spaziale Europea) è stato costruito da un consorzio di aziende europee guidate da Astrium ST, e che vede Thales Alenia Space in un ruolo chiave, partecipando alla definizione del sistema e al supporto alla fase finale di integrazione e test e assumendosi la responsabilità della definizione, sviluppo e pre-integrazione dell’intera parte termomeccanica del sistema.

A proposito di Thales Alenia Space

Da oltre quarant’anni Thales Alenia Space progetta, integra, testa e gestisce sistemi spaziali innovativi ad alta tecnologia per telecomunicazioni, navigazione, osservazione della Terra, gestione ambientale, ricerca scientifica e infrastrutture orbitali. Joint venture tra Thales (67%) e Leonardo (33%), Thales Alenia Space insieme a Telespazio forma la partnership strategica “Space Alliance”, in grado di offrire un insieme completo di servizi e soluzioni per enti governativi, istituzioni, gruppi industriali, aziende private. Forte di un’esperienza unica in materia di satelliti per missioni duali, costellazioni, payload flessibili a banda larga, altimetria e meteorologia, osservazione ottica e radar ad alta definizione ed esplorazione spaziale, Thales Alenia Space ha saputo consolidare la propria competenza e allo stesso tempo perseguire una strategia incentrata sull’innovazione. Con l’immissione di nuovi prodotti e l’estensione dei mercati di riferimento, Thales Alenia Space è oggi un attore imprescindibile dell’avventura spaziale e umana in costante evoluzione. Nel 2017 la società ha realizzato un fatturato consolidato di 2,6 miliardi di euro e ha 7.980 dipendenti in 9 Paesi.