Ariane: la prima e più longeva famiglia di razzi vettori europei

Nei primi decenni della seconda metà del ‘900 il campo spaziale era dominato da Stati Uniti e Unione Sovietica, ma negli anni settanta anche l’Europa volle inserirsi. Dopo alcuni anni di tentativi  e inizi di collaborazione tra vari Stati europei, nel 1975 nacque l’ESA (European Space Agency). Il primo satellite costruito dall’ESA fu lanciato nel 1975 a bordo di un vettore spaziale statunitense, e quindi sin da subito fu chiaro che per poter competere veramente l’Europa doveva dotarsi di un razzo lanciatore di proprietà. Nacque così il programma Ariane. Il primo lancio dell’Ariane 1 risale al 24 dicembre 1979, e grazie alla recente approvazione dell’Ariane 6 che dovrebbe diventare operativo dal 2020, la prima famiglia europea di razzi ha ancora una lunga vita operativa assicurata. Il nome del programma fu scelto nel 1977, ed è il nome in francese del personaggio mitologico greco Arianna, che diede a Teseo il filo per poter uscire vivo dal labirinto del Minotauro.

ARIANE 1

I lavori sul primo lanciatore europeo iniziarono nel 1974; l’intenzione dei Paesi europei coinvolti era quella di sfruttare la neonata tecnologia dei razzi a ossigeno liquido e idrogeno liquido. Il primo A-1 doveva partire il 15 dicembre 1979 dallo spazioporto di Kourou, in Guyana francese. Alla fine del conto alla rovescia i motori si accesero ma si spensero subito dopo; per fortuna il lanciatore non subì danni gravi e fu possibile riutilizzarlo in breve tempo. Il lancio fu rinviato al 23 dicembre, ma condizioni meteorologiche avverse non permisero al razzo di partire neanche quel giorno. Infine il lancio avvenne il giorno successivo, la vigilia di Natale del 1979.

 

Il razzo Ariane 1 era lungo 47,4 metri e aveva un diametro di 3,8 metri. Era un razzo a 4 stadi:

• Il primo stadio era composto da 4 motori Viking a propellente liquido: combustibile e comburente erano due composti dell’azoto, rispettivamente dimetilidrazina asimmetrica e tetraossido di azoto;
• Il secondo stadio era composto da un motore Viking uguale a quelli del primo stadio;
• Il terzo stadio sfruttava un motore ad idrogeno e ossigeno liquido:
• Il quarto stadio era un razzo a propellente solido che portava i satelliti su un’orbita geostazionaria (GEO).

L’Ariane 1 poteva portare in orbita uno o anche più satelliti contemporaneamente per ridurre i costi. La massa complessiva massima dei satelliti da portare in orbita era di 1,85 tonnellate. Il primo razzo vettore europeo effettuò 11 lanci tra il 1979 e il 1986, due dei quali fallirono.

ARIANE 2 e 3

I razzi Ariane 2 e 3 avevano la stessa struttura a 4 stadi dell’A-1, ma per appagare la necessità di mandare in orbita satelliti sempre più complessi e quindi pesanti furono potenziati. L’Ariane 2 aveva motori dei primi due stadi un po’ più potenti del suo predecessore e quindi una capacità di carico utile maggiore di quasi mezza tonnellata. Il suo primo lanciò nel 1986 fallì, ma nei successivi 3 anni fu lanciato 5 volte con successo. L’Ariane 3 era uguale al 2, ma il primo stadio aveva due booster a propellente solido o liquido che permisero un incremento del carico utile di circa mezza tonnellata. Tra il 1984 e il 1989 effettuò 11 lanci, nessuno dei quali fallì.

ARIANE 4

L’Ariane 4 aveva la stessa struttura di base dei suoi 3 predecessori, ma fu utilizzato in 6 diverse varianti in base al numero di booster attaccati al primo stadio ed al loro propellente. La versione base era la A-40, senza booster; in ordine crescente di potenza troviamo la versione A-42P e la A-44P, con rispettivamente 2 e 4 booster a propellente solido, la A-42L, con due booster a propellente liquido, la A-44LP e la A-44L, con 4 booster a propellente alternativamente liquido e solido o tutti a propellente liquido. ciò gli consentì di avere un ampio range di carico utile, fino a un massimo di quasi il doppio rispetto a quello dell’A-3, ossia 4,2 tonnellate. Tutte le varianti avevano un altezza di 58,72 metri e un diametro di 3,8 metri. Fu soprannominato il “mulo da soma” del programma Ariane, dato che fu in attività dal 1988 al 2003, con 113 lanci riusciti e solo 3 guasti. Nei suoi anni di attività l’A-4 fu il lanciatore più utilizzato a livello globale, avendo portato in orbita oltre il 50% dei satelliti commerciali di quel periodo.

ARIANE 5

L’Ariane 5 effettuò il suo primo lancio il 30 ottobre 1997 e due sue varianti sono tutt’oggi in uso, con 3 di esse che sono state invece già pensionate. Tutti i razzi della famiglia 5 sono costituiti da uno stadio centrale con motore Vulcain a ossigeno e idrogeno liquido cui sono attaccati due booster a propellente solido; la configurazione della parte superiore varia in base al carico da portare in orbita. Vengono utilizzati per portare satelliti per comunicazione, osservazione della Terra o ricerca scientifica su orbite di trasferimento geostazionarie (GTO), orbite terrestri basse (LEO) o medie (MEO), eliosincrone (SSO) o di fuga dalla Terra. Il primo fu l’Ariane 5 Generic, che aveva un carico utile di 6 tonnellate verso GTO e 9,5 verso SSO; effettuò 16 lanci tra il 1997 e il 2003 con 3 fallimenti.

Ariane 5 Generic plus e  GS

Per migliorare le performance e rispondere all’evoluzione del mercato dei satelliti commerciali furono introdotte delle modifiche su alcuni lanciatori che vennero chiamati Ariane 5 Generic plus. L’introduzione di un ugello dei booster migliorato, l’aumento della capacità dei serbatoi degli stadi superiori, modifiche nel rapporto di miscela del loro propellente, una struttura più leggera in materiale composito, nuovi sistemi di separazione per ridurre le vibrazioni e nuove componenti elettriche aumentarono il carico utile di circa 150 kg. Questi razzi effettuarono 3 lanci con successo nel 2004.

 

Ulteriori miglioramenti alla struttura (numerose parti in alluminio furono sostituite da un più leggero materiale composito in fibra di carbonio) e alle componenti elettriche e un aumento della capacità dei serbatoi portarono allo sviluppo dell’Ariane 5 GS. Aveva un carico utile di 6,7 tonnellate verso orbite di trasferimento geostazionario. Effettuò 6 lanci riusciti tra il 2005 e il 2009. Queste due varianti non sono più in uso.

Ariane 5 ECA e ES

L’Ariane 5 ECA viene utilizzato per portare carichi fino a 10 tonnellate in orbite di trasferimento geostazionario. Il primo stadio ha un motore migliorato Vulcain 2, i booster hanno più propellente grazie a collegamenti migliorati e lo stadio superiore è ad ossigeno e idrogeno liquido, a differenza delle altre versioni di Ariane 5 nelle quali è a composti di azoto. Queste migliorie e una struttura più leggera totalmente in materiale composito hanno reso l’A-5 ECA il lanciatore pesante più usato degli ultimi anni, con 66 lanci effettuati dal 2002 ad oggi e solo due fallimenti.

L’Ariane 5 ES deriva direttamente dal Generic, ma ha una struttura più leggera in materiale composito e stadi superiori con possibilità di spegnimento e riaccensione dei motori. Questa grande differenza permette più manovre in orbita e la possibilità di rientrare con sicurezza sulla Terra o deviare verso una sicura orbita cimitero affinché lo stadio superiore alla deriva non collida con i futuri razzi lanciati e satelliti in orbita. Viene usato per missioni specializzate, come il trasporto dei Veicoli di Trasferimento Automatizzato che portavano rifornimenti sulla Stazione Spaziale ISS o i satelliti della missione Galileo. Ha effettuato 8 lanci con successo dal 2008 ad oggi. Queste due versioni dell’A-5 sono ancora in uso.

Nel corso della sua vita operativa lunga 22 anni le diverse versioni dell’Ariane 5 hanno effettuato 102 lanci con solo due fallimenti. La sua affidabilità, versatilità e relativa economicità sono alla base della strategia dell’ESA di finanziarsi attraverso il lancio di satelliti commerciali. Infatti su una media di 6-7 lanci annui solo uno o due di essi  erano a scopo scientifico.

ARIANE 6

Nel 2014 l’ESA decise di aggiornare l’Ariane 5 per rimanere al primo posto nel mercato dei lanciatori pesanti. Così iniziò a progettare l’Ariane 6. Ha lo stesso primo stadio dell’Ariane 5 ECA, 2 o 4 booster a propellente solido e uno o più stadi superiori a ossigeno e idrogeno liquido (basati sul motore Vulcain 2) con possibilità di spegnimento e riaccensione. In base al numero di booster verranno costruite due varianti dell’A-6: il 62 e il 64. Il 64 è in grado di trasportare un carico utile massimo di 11 tonnellate in orbita di trasferimento geostazionario, mentre il 62 ha un carico utile di 4,5 tonnellate verso GTO. Il primo lancio è previsto per il 2020, e il principale obiettivo del nuovo razzo vettore sarà dimezzare il costo di lancio ed essere utilizzabile per diverse missioni, per ridurre al minimo i contributi pubblici necessari.

RAZZI VETTORI DELL’ESA

Attualmente la flotta di vettori spaziali dell’ESA consta di tre tipi di razzi: VEGA, Soyuz e Ariane. I razzi VEGA (Vettore Europeo di Generazione Avanzata) sono i più piccoli della famiglia dell’ESA. Sono stati sviluppati e vengono costruiti in collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Italiana (in particolare dalla Vega Avio che ne fabbrica i motori) e l’ESA. Essi portano in orbita satelliti di piccole dimensioni, dal peso massimo di una tonnellata e mezzo. I razzi Soyuz, sviluppati e costruiti dall’Agenzia Spaziale Russa Roscosmos, sono di medie dimensioni e permettono di portare in orbita satelliti troppo pesanti per i VEGA, ma non abbastanza per spingere al limite le prestazioni dei lanciatori pesanti Ariane di cui abbiamo ampiamente discusso. Quest’ampio range di razzi permette all’ESA di occupare un posto di primo piano nel campo aerospaziale, sia dal punto di vista commerciale che scientifico.

Un altro campo in cui l’ESA è all’avanguardia è la divulgazione delle proprie missioni e dei risultati raggiunti. In particolare tutti i lanci dallo spazioporto di Kourou, in Guyana francese, vengono trasmessi in diretta su Arianespace tv. Inoltre tutti i dati e i risultati relativi ad ogni missione intrapresa e ad ogni veicolo utilizzato sono pubblicati affinché tutti ne possano venire a conoscenza.