Il Service Propulsion System

L’SPS del CSM in mostra al Kennedy Space Center

Il Service Propulsion System (SPS) era il principale mezzo di propulsione dello stack Apollo, un motore realizzato per essere ultra affidabile. Questo motore, capace di una spinta di 91.000 N, veniva usato per inserire lo stack Apollo in orbita lunare (LOI), per uscirne in direzione della Terra (TEI) e per le eventuali correzioni di rotta durante il viaggio tra i due corpi celesti (Mid-course Correction). Era il motore che DOVEVA funzionare ed era il più grande e importante motore dello stack Apollo. Era installato sul fondo del tunnel centrale del Service Module. La maggior parte dello spazio interno di questo modulo era occupato dai 4 serbatoi che servivano per contenere il carburante per questo motore.

Con il vincolo di garantire la massima affidabilità bene in mente, gli ingegneri dotarono il motore di una coppia di tutto: due sistemi di controllo, due serie di tubature di alimentazione, due maniere di pressurizzare i serbatoi di carburante. In effetti, se si escludono camera di combustione, ugello e iniettori del carburante, l’SPS era in realtà due motori in uno e l’equipaggio aveva modo di controllare entrambi distintamente.

Il nome tecnico del motore era AJ10-137, utilizzava Aerozine 50 come carburante e tetrossido d’azoto come ossidante. Il motore nel suo complesso era lungo 3.9 mt e alla base di esso partiva un’estensione a campana dell’ugello lungo 2.86 mt e del diametro massimo di 2.13 mt. Era montato su due supporti mobili (gimball) per permettere di orientare il motore lungo gli assi di beccheggio e imbardata e permettere al vettore direzione di spinta di rimanere allineato col centro di massa dello stack (per garantire stabilità durante le accensioni). La camera di combustione era rivestita da un materiale ablativo dall’aggancio degli iniettori all’inizio dell’estensione dell’ugello. La spinta del motore non era regolabile (non-throttleable engine). Il motore poteva restare acceso continuamente per quasi 8 minuti e mezzo (con un impulso minimo di 0.4 sec) e poteva essere riavviato fino a 36 volte. La spinta sviluppata era il doppio di quella effettivamente richiesta per una missione di tipo LOR; questo era dovuto al fatto che il progetto iniziale prevedeva di utilizzare l’SPS per una missione di tipo direct ascend (con un CM ed un SM di dimensioni maggiori che decollavano dalla superficie lunare). Il contratto per la realizzazione del motore venne firmato nell’Aprile 1962 dalla Aerojet-General, prima che venne ufficializzato l’uso del LOR nel Luglio dello stesso anno.

L’SPS (dal sito dello Smithsonian)

Le due metà separate del motore e dei controlli erano chiamate Bank A e Bank B. L’equipaggio poteva iniziare e terminare, con la necessaria accuratezza, una accensione dell’SPS utilizzando uno solo dei due banchi, utilizzando entrambi solo durante le accensioni più lunghe e critiche per garantire che il motore continuasse a funzionare in caso di malfunzionamento. Quando entrambi i banchi erano attivi, una maggiore quantità di carburante raggiungeva la camera di combustione, garantendo una spinta leggermente superiore a quella nominale.

Anche le abituali pompe di alimentazione (utilizzate per pompare il carburante negli iniettori della camera di combustione) furono escluse dal progetto per evitare di dover fare affidamento alle parti in movimento che contengono. Al loro posto, dell’elio ad altissima pressione veniva usato per ‘spingere’ il carburante fuori dai serbatoi, e attraverso le tubature, nella camera di combustione. L’elio si trovava contenuto in due serbatoi sferici di 1 m di diametro, della la capacità complessiva di 1.11 m3 di gas conservato a 3600 psi (244 Atm). I due serbatoi si trovavano proprio sopra al motore, nel tunnel centrale del Service Module.

Un ulteriore stratagemma per portare al massimo l’affidabilità fu la scelta di carburante e ossidanti ipergolici: bastava mettere a contatto le due sostanze per ottenere un’accensione spontanea della miscela (al contrario dei motori del Saturn V). Questo tipo di carburante venne utilizzato per tutti i motori dello stack Apollo. Per avviare l’SPS era sufficiente aprire delle valvole e permettere a queste due sostanze di essere spruzzate all’interno della camera di combustione attraverso le centinaia di fori degli iniettori. Appena a contatto la miscela prendeva fuoco, generando una potente e quasi invisibile fiamma. Le valvole potevano essere attivate manualmente dall’equipaggio attraverso due grossi interruttori sul pannello di comando del Command Module, oppure potevano essere comandate dall’AGC (il comando era dato in base ai dati precedentemente inseriti nel computer ed eventualmente dal risultato di calcoli da esso effettuati). Anche l’EMS (agendo come un ulteriore sistema di riserva) poteva intervenire sulle valvole, in questo caso solo per chiuderle.

Massa dell’SPS 294 kg
Spinta dell’SPS 91,000 N
Carburante utilizzato Aerozine 50 / tetrossido d’azoto (ossidante)
Peso del Carburante 18,410 kg
ISP dell’SPS 3,100 N-sec/kg
Delta-v del CSM 2,800 m/s

Un mancato funzionamento nella prima accensione principale dell’SPS, la LOI, poteva essere tollerata nelle prime missioni lunari poichè lo stack Apollo si trovava su una rotta di rientro garantito sulla Terra (Free Return Trajectory). Ma non nelle successive. Era assolutamente intollerabile invece un malfunzionamento dell’SPS per uno stack già in orbita lunare: l’equipaggio dipendeva da questo unico motore per la TEI, per il viaggio verso casa.

L’SPS era dotato anche di un Flight Combustion Stability Monitor, un sistema che si basava su 3 accelerometri montati sugli iniettori del motore per controllare il verificarsi di determinate vibrazioni causate da instabilità nella combustione. La logica di questo sistema verificava se uno o più degli accelerometri andava a superare la soglie di sicurezza e in tal caso andava a spegnere l’SPS agendo sul comando di accensione. Allo stesso tempo una spia di avvertimento veniva accesa sul pannello di comando per notificare l’equipaggio. Nel caso di accensione manuale dell’SPS , questo sistema non veniva utilizzato. In ogni caso, era possibile per l’equipaggio bypassare questo sistema.

Un confronto tra i tre motori dello stack Apollo

Per le missioni in orbita terrestre bassa (LEO, Low Earth Orbit) Apollo 7, Skylab 1, 2 e 3 e ASTP, la capacità di carico del Saturn IB non era sufficiente per gestire la massa di un CSM a pieno carico. Visti comunque i requisiti ridotti, rispetto ad una missione lunare, fu possibile ovviare a questo problema rifornendo solo a metà la capsula. Venne ulteriormente ridotto il peso eliminando del tutto i serbatoi inutilizzati e uno dei due serbatoio dell’elio per la pressurizzazione. Fu in questo modo possibile caricare più carburante per l’RCS, in modo da utilizzare questo sistema come backup per la manovra di uscita dall’orbita (deorbit).

4 Risposte to “Il Service Propulsion System”

  1. Vittorio Says:

    Appena rientrato, e appena visto dal vivo (e fotografato) il motore SPS! Ho anche fotografato per la vostra gioia “l’albero lunare”😀 .

  2. raghnor Says:

    Bentornato! Sei riuscito a richiudere la valigia dopo lo shopping?🙂
    Sento che prima o poi dovrò trovare un posto per una foto dell’albero lunare sulla home page ….

  3. Vittorio Says:

    eh, non è che abbia potuto comprare più di tanto, comunque qualcosa ho riportato. Da casa (ora sono sul lavoro) se ti interessa ti faccio avere la foto dell’albero.

  4. raghnor Says:

    Girami pure le foto dell’albero. Preparerò una galleria con un posto riservato per il pezzo forte: la foto di Luigi inginocchiato (Luigi, ricordati che lo hai promesso eh?!🙂 )

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