Apollo 6

Quando il 4 aprile 1968 l'AS-502 si staccò dalla rampa 39A del Kennedy Space Center, la NASA non stava collaudando una navicella: stava esaminando per la seconda e ultima volta il razzo con cui intendeva portare tre uomini sulla Luna. Apollo 6 fu il terzo e ultimo volo senza equipaggio del programma Apollo e il secondo del Saturn V. La sua designazione ufficiale era AS-502; il veicolo, il secondo Saturn V idoneo al volo; e l'obiettivo, concludere la qualificazione del lanciatore per il volo con equipaggio.

Il contesto non poteva essere più teso. L'incendio dell'Apollo 1, nel gennaio 1967, era costato la vita a tre astronauti e aveva costretto a rifare da cima a fondo il modulo di comando. L'Apollo 4, nel novembre 1967, aveva fatto esordire il Saturn V con un successo così netto che la dottrina dell'«all-up testing» — far volare il razzo completo fin dal primo tentativo, anziché collaudarlo stadio per stadio — si era trovata giustificata di colpo. Su questo sfondo, l'Apollo 6 doveva essere la formalità che spianava la strada. Non lo fu.

Il profilo previsto era ambizioso. Dopo aver raggiunto un'orbita di parcheggio circolare di circa 190 km, il terzo stadio S-IVB doveva riaccendersi per eseguire un'iniezione translunare simulata: una traiettoria che sarebbe passata oltre l'orbita della Luna senza incontrarla. Il complesso dei moduli di comando e di servizio (CSM) si sarebbe separato poco dopo dall'S-IVB e il motore del modulo di servizio avrebbe frenato la navicella, abbassando l'apogeo fino a 22.204 km (11.989 miglia nautiche) per simulare un abort a «rientro diretto», la manovra che avrebbe riportato a casa un equipaggio se qualcosa fosse andato storto durante il viaggio verso la Luna.

Nel tratto di ritorno, lo stesso motore doveva accendersi una seconda volta per accelerare la capsula e riprodurre le condizioni di un rientro lunare: angolo di −6,5 gradi e velocità di 11.100 m/s (36.500 ft/s). L'intera missione sarebbe durata circa dieci ore. Ciò che veniva davvero messo alla prova erano le sollecitazioni sul modulo lunare e i modi di vibrazione del Saturn V completo con carichi quasi massimi; la navicella era già stata qualificata con l'Apollo 4, quindi l'attenzione era concentrata sul lanciatore.

Il carico utile dell'AS-502 era costituito dal CSM-020, un modulo di comando e servizio Block I con alcune modifiche del Block II, e da un articolo di prova lunare. Il Block I non poteva agganciarsi a un modulo lunare, cosa che invece il Block II avrebbe fatto. Tra le modifiche del CSM-020 spiccava un portello nuovo, quello che sostituiva il portello che la commissione d'inchiesta sull'Apollo 1 aveva condannato perché troppo difficile da aprire in un'emergenza. Quel portello doveva essere collaudato in condizioni di ritorno lunare. Il modulo di comando impiegato fu il CM-020, dotato di un programmatore di missione e della strumentazione necessaria per operarlo a distanza.

Il modulo di servizio non era quello previsto. L'SM-020, assegnato in origine all'Apollo 6, era stato usato nell'Apollo 4 dopo che l'SM-017 di quella missione era stato distrutto in un'esplosione e si era dovuto scartare; e il CM-014 non era disponibile perché serviva come pezzo di studio nell'inchiesta sull'Apollo 1. Volò dunque l'SM-014. Data la brevità prevista del volo, non vennero attivati tutti i sistemi: i radiatori che smaltiscono il calore in eccesso dell'impianto elettrico e del controllo ambientale non furono nemmeno collegati.

Kenneth S. Kleinknecht, responsabile del modulo di comando e servizio al Manned Spacecraft Center di Houston, rimase soddisfatto del CSM-020 quando arrivò dalla North American Aviation, anche se non gradì che fosse avvolto in mylar infiammabile. Il contrasto con l'Apollo 1 era eloquente: quella navicella era arrivata con centinaia di questioni irrisolte; il CSM-020 ne portava ventitré, quasi tutte di routine.

Completava il carico l'LTA-2R, un modulo lunare simulato: uno stadio di discesa di tipo da volo, privo di carrello di atterraggio, con i serbatoi di combustibile pieni di una miscela di acqua e glicole e quelli di ossidante pieni di freon. Il suo stadio di risalita non conteneva alcun sistema: era alluminio zavorrato e strumentato per misurare vibrazioni, acustica e integrità strutturale. L'LTA-2R rimase per tutto il volo all'interno dell'adattatore navicella-modulo lunare, lo SLA-9.

Il primo stadio S-IC arrivò su chiatta il 13 marzo 1967 e fu eretto nel Vehicle Assembly Building quattro giorni dopo; il terzo stadio S-IVB e l'Unità Strumentale arrivarono il 17. Il secondo stadio S-II non era pronto, così si ricorse al distanziatore a forma di manubrio già usato per l'Apollo 4 — stessa altezza, stessa massa e tutti i collegamenti elettrici — per poter proseguire con le prove. L'S-II arrivò a maggio e fu impilato e integrato nel razzo il 7 luglio.

L'Apollo 6 inaugurò la baia alta 3 dell'edificio, e si scoprì presto che la sua climatizzazione era insufficiente: fu necessario portare attrezzature portatili di grande capacità per mantenere al fresco operai e materiali. I ritardi si susseguirono: in aprile il personale e le attrezzature erano occupati con l'Apollo 4, il lavoro sui bracci della piattaforma di lancio mobile 2 procedeva lentamente e lo stesso CSM, previsto per fine settembre, accumulò due mesi di ritardo.

Dopo il lancio dell'Apollo 4, il 9 novembre 1967, il ritmo accelerò. Il CSM fu collocato sul lanciatore l'11 dicembre 1967 e il complesso partì verso il Launch Complex 39A il 6 febbraio 1968. Il trasferimento occupò l'intera giornata e in buona parte avvenne sotto una pioggia intensa; il trasportatore a cingoli dovette fermarsi due ore per un guasto alle comunicazioni e il veicolo giunse alla rampa solo a notte fatta. Il vento impedì per due giorni di avvicinare la struttura mobile di servizio.

La prova di prontezza al volo si concluse l'8 marzo 1968 e, nella revisione svolta tre giorni dopo, l'Apollo 6 fu autorizzato a condizione di completare alcuni collaudi e azioni in sospeso. Il lancio, fissato in origine per il 28 marzo, fu rinviato all'1 e poi al 3 aprile per problemi con apparecchiature del sistema di guida e con il rifornimento. Il conto alla rovescia finale iniziò il 3 aprile; i problemi successivi furono risolti entro le pause programmate e non ritardarono la missione.

Il decollo avvenne il 4 aprile 1968 alle 7:00:01 del mattino, ora della costa orientale. Durante i primi due minuti il Saturn V si comportò normalmente. Poi, mentre bruciava il primo stadio S-IC, comparvero le oscillazioni pogo: una vibrazione longitudinale che scosse l'intero veicolo. Le fluttuazioni di spinta sottoposero il razzo ad accelerazioni di ±0,6 g (5,9 m/s²) quando il progetto ne prevedeva al massimo 0,25 g (2,5 m/s²). Il veicolo non subì danni, salvo la perdita di uno dei pannelli dell'adattatore SLA.

George Mueller, amministratore associato della NASA per il volo spaziale con equipaggio, spiegò il fenomeno davanti a una commissione della Camera dei Rappresentanti con un'immagine domestica: la spinta di un motore a razzo non è mai perfettamente uniforme, perché neppure la combustione lo è; la tubazione che porta il propellente dai serbatoi al motore ha, per la sua lunghezza, una frequenza di risonanza propria, «come una canna d'organo»; e la struttura del razzo si comporta «come un diapason», capace di oscillare longitudinalmente se colpita nel punto giusto. Il pogo è l'interazione tra queste frequenze.

Dopo la separazione del primo stadio, i problemi si trasferirono ai motori J-2 dell'S-II. Il motore numero due cominciò a rendere male a 225 secondi dal decollo e peggiorò bruscamente a T+319 secondi. A T+412 secondi l'Unità Strumentale lo spense del tutto, e due secondi dopo si spense anche il motore numero tre. Il guasto era nel motore due; ma uno scambio di cavi fece sì che il comando di arresto raggiungesse il motore tre, che funzionava regolarmente.

L'Unità Strumentale seppe compensare: i tre motori rimasti bruciarono 58 secondi più del previsto, e l'S-IVB dovette bruciare 29 secondi in più, con una lieve perdita di rendimento aggiuntiva. La compensazione funzionò, ma non fu gratuita.

A causa dell'ascesa insoddisfacente, il CSM e l'S-IVB entrarono in un'orbita di parcheggio di 173,14 km per 360,10 km (93,49 per 194,44 miglia nautiche) anziché nell'orbita circolare di 190 km pianificata. La deviazione non impediva di proseguire la missione. Durante il primo giro, l'S-IVB manovrò per cambiare il proprio assetto rispetto all'orizzonte e qualificare le tecniche di tracciamento dei punti di riferimento che avrebbero usato i futuri astronauti. Poi, dopo le due orbite di rito per verificare che il veicolo fosse pronto per l'iniezione translunare, fu ordinata la riaccensione dell'S-IVB. Lo stadio non si riaccese.

Il direttore di volo Clifford E. Charlesworth e la sua squadra al controllo missione ricorsero a un'alternativa già prevista: impiegare il motore del Service Propulsion System (SPS) del modulo di servizio per portare la navicella su un'orbita ad apogeo alto e perigeo basso che provocasse il rientro, come si era fatto con l'Apollo 4. Quel piano consentiva di raggiungere una parte degli obiettivi. L'SPS bruciò per 442 secondi fino a raggiungere l'apogeo previsto di 22.204 km (11.989 miglia nautiche).

Il prezzo fu l'energia di rientro. Non restava più propellente per la seconda accensione dell'SPS, quella che doveva accelerare la capsula, per cui la navicella entrò nell'atmosfera a circa 10.000 m/s (33.000 ft/s) anziché agli 11.000 m/s (37.000 ft/s) che avrebbero simulato un ritorno dalla Luna. La grande quota raggiunta lasciò però un raccolto inatteso: il modulo di comando poté misurare fino a che punto la stessa pelle della navicella avrebbe protetto i futuri astronauti dalle fasce di Van Allen.

Circa dieci ore dopo il decollo, il modulo di comando ammarò a 80 chilometri (43 miglia nautiche) dal punto previsto, nel Pacifico settentrionale, a nord delle Hawaii, e fu issato a bordo della USS Okinawa. Il modulo di servizio si separò subito prima del rientro e si disintegrò. L'orbita dell'S-IVB decadde gradualmente fino a che lo stadio rientrò nell'atmosfera il 26 aprile 1968.

Il Saturn V portava diverse cineprese destinate a essere espulse e recuperate. Tre delle quattro installate sull'S-IC non riuscirono a espellersi e andarono distrutte, e delle due dell'S-II ne fu recuperata una sola: proprio quella che aveva ripreso la separazione tra gli stadi. Il guasto fu attribuito alla mancanza di pressione di azoto nelle bombole incaricate dell'espulsione. La cinepresa del modulo di comando doveva filmare il lancio e il rientro, ma poiché la missione durò circa dieci minuti più del previsto, gli eventi del rientro non furono registrati. Funzionò invece una macchina fotografica da 70 mm puntata verso la Terra dal finestrino del portello, con pellicola e filtro in grado di attraversare la foschia: coprì parti degli Stati Uniti, dell'Atlantico, dell'Africa e del Pacifico occidentale, e le sue immagini, con un equilibrio cromatico migliore e una risoluzione più alta rispetto a quelle delle precedenti missioni con equipaggio, risultarono eccellenti per studi cartografici, topografici e geografici.

Nella conferenza stampa successiva al lancio, il direttore del programma Apollo, Samuel C. Phillips, ammise che «non c'è dubbio che sia una missione meno che perfetta», pur aggiungendo che raggiungere l'orbita dopo aver perso due motori era «un risultato importante non pianificato». Mueller la definì «un buon lavoro d'insieme, un lancio eccellente e, nel complesso, una missione riuscita», ma in seguito riconobbe che l'Apollo 6 «dovrà essere definito un fallimento».

Il pogo era un fenomeno ben noto; la NASA credeva di aver «disaccordato» il Saturn V, cioè di avergli impedito di vibrare alle sue frequenze naturali. Non era così. Quasi un migliaio di ingegneri dell'amministrazione e dell'industria si misero al lavoro sul problema. La soluzione per smorzare le oscillazioni di pressione nei motori F-1 e J-2 fu riempire di elio, poco prima del decollo, le cavità delle valvole che li alimentano, a mo' di ammortizzatore.

I guasti dell'S-II e dell'S-IVB furono ricondotti allo stesso J-2, motore comune a entrambi gli stadi. Il J-2 monta un accenditore a scintilla potenziato (ASI), in pratica un motore a razzo in miniatura installato al centro della cupola del motore: riceve propellente criogenico con una portata abbastanza bassa da permettere a una candela di infiammare la miscela, e la fiamma risultante è in grado di accendere la portata principale. Le prove successive dimostrarono che le linee di propellente che alimentano l'ASI potevano rompersi nel vuoto. Quelle linee avevano un tratto a soffietto metallico per assorbire la dilatazione termica; nelle prove a terra, i propellenti freddi formavano uno strato di brina sulla linea dell'ossigeno e di aria liquefatta su quella dell'idrogeno, e quello strato smorzava le vibrazioni. Nel vuoto non esiste una simile protezione.

Sull'Apollo 6 cedette la linea dell'idrogeno dell'ASI del motore due, mentre quella dell'ossigeno continuava ad alimentare l'accenditore. L'eccesso di ossigeno iniettato in una camera ricca di idrogeno fece salire enormemente la temperatura nella zona dell'accenditore e perforò la cupola del motore; la perdita di pressione indusse l'Unità Strumentale a emettere il comando di arresto. L'errore di cablaggio propagò quel comando al motore tre; il calo di pressione di quest'ultimo generò un secondo comando di arresto che, per lo stesso scambio, spense il motore due. I tre motori rimanenti continuarono a funzionare. Un guasto analogo delle linee dell'accenditore fu, con ogni probabilità, ciò che impedì di riaccendere l'unico J-2 dell'S-IVB.

Per i voli successivi i soffietti furono sostituiti con gomiti rigidi e le linee vennero rinforzate. Si discusse anche se configurare il sistema di rilevamento delle emergenze in modo da abortire automaticamente in caso di pogo eccessivo; il direttore delle operazioni degli equipaggi di volo, Deke Slayton, si oppose, e si optò per sviluppare un «sensore di abort per pogo» che lasciasse la decisione nelle mani dell'equipaggio. Nell'agosto 1968 era chiaro che il pogo poteva essere domato senza quel sensore e il lavoro fu abbandonato. Quanto al pannello perduto dell'SLA, la causa stava nella sua struttura a nido d'ape: mentre il razzo accelerava attraverso l'atmosfera, le celle si dilatarono per l'aria e l'umidità intrappolate e strapparono la superficie dell'adattatore. La risposta fu praticare piccoli fori per far uscire i gas e aggiungere un sottile strato di sughero che assorbisse l'umidità.

La reazione della NASA bastò a soddisfare la Commissione per le Scienze Aeronautiche e Spaziali del Senato, che alla fine di aprile riferì che l'agenzia aveva analizzato e diagnosticato rapidamente le anomalie dell'Apollo 6 e aveva adottato misure correttive. Dopo l'analisi dettagliata del comportamento del Saturn V e delle correzioni previste, gli ingegneri del Marshall Space Flight Center, in Alabama, conclusero che un terzo volo senza equipaggio del Saturn V era superfluo. Il successivo Saturn V a volare, quello dell'Apollo 8, avrebbe portato un equipaggio; l'Apollo 7, prima missione con equipaggio del programma, sarebbe partito con un Saturn IB.

È una decisione che ancora oggi impressiona: due motori spenti, uno stadio che non si riaccese, una vibrazione che triplicò il limite di progetto, e ciononostante il veicolo fu dichiarato idoneo a volare con persone a bordo otto mesi dopo. La giustificazione era che tutti i guasti erano stati spiegati fino alla causa radice, che le correzioni erano verificabili e che il volo stesso aveva dimostrato un margine notevole: il razzo era arrivato in orbita con tre motori di secondo stadio anziché cinque.

Dell'Apollo 6 si parlò appena sui giornali. Lo stesso giorno del lancio, Martin Luther King Jr. fu assassinato a Memphis; quattro giorni prima, il presidente Lyndon B. Johnson aveva annunciato che non si sarebbe ricandidato. La missione più problematica del programma Apollo fu eseguita, analizzata e trasformata nel permesso di volare verso la Luna quasi senza che nessuno guardasse.

Dopo la missione, il CM-020 passò alla Smithsonian Institution. Il modulo di comando dell'Apollo 6 è oggi esposto al Fernbank Science Center di Atlanta, in Georgia.