Little Joe 1B

La serie Little Joe nacque da un calcolo molto semplice. Quando la NASA cercò un propulsore per le prove del Progetto Mercury, scoprì che ogni Atlas costava dell'ordine di 2,5 milioni di dollari e che persino un Redstone si aggirava sul milione di dollari per lancio. I responsabili del programma sapevano che sarebbero serviti molti lanci di sviluppo, e a quei prezzi il calendario era insostenibile. La risposta fu progettare un veicolo proprio, a propellente solido, che costava circa 200.000 dollari all'unità e che poteva essere lanciato dalle strutture già esistenti a Wallops Island, senza dover competere per una rampa a Capo Canaveral.

L'idea risaliva al gennaio 1958, quando Max Faget e Paul Purser avevano descritto sulla carta come raggruppare quattro razzi a propellente solido Sergeant — di uso corrente a Wallops — per spingere una capsula con equipaggio al di sopra della stratosfera. Nell'agosto dello stesso anno William Bland e Ronald Kolenkiewicz ripresero quei progetti preliminari, e in ottobre un team della NASA preparò i disegni della struttura del propulsore e di un lanciatore adeguato. Il nome nacque dal disegno stesso: le prime sezioni mostravano quattro fori, che qualcuno associò al tiro di due dadi da due, «little joe». In seguito furono aggiunti altri quattro cerchi per i motori Recruit, ma il soprannome era già rimasto; le quattro grandi alette stabilizzatrici della fusoliera contribuirono a fissarlo. L'attribuzione del nome viene solitamente fatta a Faget, presso il Langley Research Center.

Dodici aziende risposero nel novembre 1958 alla richiesta di offerte per la fusoliera. La valutazione tecnica fu condotta in gran parte dallo stesso Langley, e la Missile Division della North American Aviation si aggiudicò il contratto il 29 dicembre 1958, con un ordine di sette fusoliere e un lanciatore mobile, la cui costruzione iniziò a Downey, in California.

Gli obiettivi fissati alla fine del 1958 erano quattro: studiare la dinamica della capsula ad altitudini progressivamente maggiori, testare il sistema di fuga alla massima pressione dinamica, qualificare il sistema dei paracadute e verificare i metodi di ricerca e recupero. I primi voli dovevano misurare le sollecitazioni in volo e all'impatto; i successivi, parametri critici a 20.000, 250.000 e 500.000 piedi. A questi requisiti minimi potevano aggiungersi studi sui livelli di rumore, sui carichi termici e di pressione, sulla separazione dello scudo termico e sul comportamento dei passeggeri animali, nella misura in cui la scarsa telemetria disponibile lo consentiva. Poiché tutte le capsule lanciate da Little Joe dovevano essere recuperate, la registrazione a bordo semplificava molto il problema.

Il propulsore fu il primo di soli due sistemi concepiti esclusivamente per qualificare capsule con equipaggio, e uno dei pionieri operativi del principio di raggruppamento dei razzi. I quattro Sergeant modificati — chiamati Castor o Pollux a seconda della modifica — e i quattro Recruit supplementari potevano essere accesi in sequenze diverse, così che la spinta al decollo variava molto; il massimo di progetto sfiorava le 230.000 libbre, circa 1.020 kilonewton. In teoria ciò bastava a mettere un veicolo di circa 4.000 libbre (1.800 kg) su una traiettoria balistica di oltre 100 miglia di altezza, cosicché il profilo di salita assomigliava a quello che avrebbe subito un Atlas con equipaggio, e lo strattone del razzo di fuga poteva essere dimostrato nelle condizioni di decollo più severe immaginabili.

L'aborto alla massima pressione dinamica — il «max Q» — era la prova chiave. È l'istante in cui il prodotto della densità dell'aria per il quadrato della velocità raggiunge il suo massimo e in cui la capsula, separandosi, subisce i carichi aerodinamici più brutali; è anche la fase di maggiore vibrazione per l'occupante. Se la torre di fuga funzionava in quel momento, avrebbe funzionato in qualsiasi altro momento dell'ascesa.

Little Joe 1 avrebbe dovuto dimostrarlo nell'agosto 1959. Trentacinque minuti prima del lancio, l'evacuazione della zona procedeva come previsto e si stavano caricando le batterie del programmatore e del sistema di distruzione del propulsore quando, mezz'ora prima dell'orario previsto, si verificò un lampo. Diradatosi il fumo, si vide che erano decollate solo la capsula e la torre, lungo una traiettoria simile a quella di un aborto dalla rampa; il propulsore e l'anello di fissaggio dell'adattatore rimasero intatti sul lanciatore. Vicino all'apogeo, a circa 2.000 piedi, l'anello che univa la torre alla capsula si staccò e il piccolo razzo pirotecnico di espulsione della torre si accese. Il rapporto sull'incidente, datato 18 settembre 1959, attribuì l'accensione prematura del motore di fuga Grand Central a una perdita elettrica — i transitori o «tensioni fantasma» di un circuito a relè — e localizzò il guasto in una bobina la cui funzione era proprio quella di proteggere gli esemplari biologici da un aborto troppo brusco. La missione non raggiunse nessuno dei suoi obiettivi.

Little Joe 1A ripeté il tentativo il 4 novembre 1959. Il sistema di rilevamento della pressione doveva indicare l'istante in cui si raggiungeva la pressione dinamica di aborto, circa trenta secondi dopo il decollo, e inviare il segnale ai bulloni esplosivi che separavano la capsula dal propulsore; lo stesso impulso accendeva il motore di fuga. Tutto funzionò fino a quel punto, ma il motore impiegò diversi secondi per sviluppare spinta e la manovra di aborto non si eseguì alla pressione dinamica ricercata: rimase a 168 libbre per piede quadrato, ben al di sotto delle circa 1.000 proprie di un lancio con Atlas. Il resto del volo, fino al recupero, si svolse senza incidenti: 9 miglia statutarie di altitudine, 11 di gittata, 2.022 miglia orarie di velocità massima e 8 minuti e 11 secondi di volo con un carico di 1.007 kg. Fu classificato come successo parziale e si decise di ripetere la prova.

Nel frattempo, il 4 dicembre 1959, Little Joe 2 testò la fuga di un primate ad alta quota con la scimmia rhesus Sam a bordo: 53 miglia statutarie di apogeo, 194 di gittata, 2.150 libbre per piede quadrato di pressione dinamica massima, 14,8 g e 3 minuti e 13 secondi di assenza di peso in un volo di 11 minuti e 6 secondi. Quella missione raggiunse i suoi obiettivi, ma era una prova diversa: fuga ad alta quota, non nel punto di massimo carico aerodinamico. Il debito restava quindi aperto.

LJ-1B volò con una capsula boilerplate — un modello di prova a scala e peso reali, privo dei sistemi di un veicolo operativo — del tipo che McDonnell e le officine di Langley producevano allora per testare recupero e torre di fuga. La massa al lancio associata al volo era di 1.007 kg, la stessa cifra che compare nelle prove gemelle della serie.

La passeggera era una macaca rhesus (Macaca mulatta) di nome Miss Sam, sistemata su un giaciglio di fibra di vetro stampata e alloggiata in un contenitore all'interno della capsula. Il suo nome richiamava quello della scimmia Sam, che aveva volato sette settimane prima su Little Joe 2. La presenza di un primate e la prova di fuga non erano obiettivi in competizione: la direttiva della serie era aggiungere osservazioni sul comportamento dei passeggeri animali ogni volta che la telemetria disponibile lo consentiva, e un aborto in max Q era proprio l'occasione per misurare cosa provocasse a un essere vivente lo strattone più violento previsto in tutto il profilo di volo.

Il lancio avvenne il 21 gennaio 1960 dalla rampa di Wallops Island, con il quinto veicolo Little Joe della serie. L'obiettivo dichiarato dalla NASA era, ancora una volta, «aborto e prova di fuga al max Q».

Questa volta il sistema fece ciò che ci si aspettava da esso. La separazione avvenne a una pressione dinamica di 1.070 libbre per piede quadrato — l'ordine di grandezza cercato fin dall'inizio e che né LJ-1 né LJ-1A avevano raggiunto —, la capsula sopportò un'accelerazione massima di 4,5 g e raggiunse una velocità di 2.022 miglia orarie. L'apogeo si attestò intorno alle 9 miglia statutarie, pari a 15,0 km, e la gittata a circa 12 miglia al largo. Tra la fine della spinta e l'inizio della caduta trascorsero 28 secondi di assenza di peso. Il volo completo, dal decollo all'ammaraggio, durò 8 minuti e 35 secondi.

La capsula ammarò al largo della costa della Virginia e fu recuperata da un elicottero del Corpo dei Marines, che la riportò a Wallops Island in circa 45 minuti. Miss Sam uscì dal contenitore in buone condizioni. La rapidità del soccorso non era un dettaglio aneddotico: la verifica dei metodi di ricerca e recupero figurava fin dal 1958 tra gli obiettivi primari della serie, insieme alla prova di fuga e alla qualificazione dei paracadute, e ogni volo serviva a misurare quanto tempo impiegasse realmente il dispositivo a raggiungere la capsula.

La NASA classificò la missione come un successo.

Il valore di LJ-1B non sta nella sua altitudine — appena 9 miglia — né nella sua durata, ma nel fatto che chiuse un capitolo rimasto aperto. Con esso, l'aborto nel punto di massima pressione dinamica smise di essere un'ipotesi ragionevole per diventare un fatto misurato, e il sistema di fuga a trazione del Mercury fu dimostrato nella condizione stessa che lo giustificava. I voli successivi della serie poterono dedicarsi ad altro.

Segnò anche il confine tra due fasi. Al 21 gennaio 1960, i cinque lanci effettuati o tentati avevano consumato quattro dei sei propulsori di prova consegnati dalla North American, oltre a cinque capsule prototipo delle officine di Langley. Restavano due propulsori per i voli di qualificazione, e lo Space Task Group ordinò di rimettere in condizione la settima fusoliera — trattenuta a Downey per prove di carico statico — per averne tre a disposizione. Il successo di LJ-1B implicava che il lancio successivo, il sesto, denominato Little Joe 5, sarebbe stato il primo a volare con una capsula Mercury reale uscita dalla linea di produzione McDonnell. In questo passaggio, dalle prove di sviluppo con modelli boilerplate ai voli di qualificazione con la navicella autentica, lo Space Task Group si allontanava dalla ricerca per avvicinarsi all'operatività.

Il programma Little Joe impiegò sette fusoliere per otto voli tra il 1959 e il 1961, dei quali tre furono considerati pienamente riusciti. Vista dall'esterno, è una statistica mediocre; vista dall'interno, è esattamente ciò che si chiede a un banco di prova economico: far fallire a terra e su modelli di prova ciò che non poteva più fallire in seguito con un uomo a bordo. La numerazione ufficiale del Mercury — due lettere per il lanciatore, una cifra per l'insieme di obiettivi e una lettera opzionale per distinguere tentativi successivi della stessa prova — spiega da sola la storia di questa missione: la «B» di LJ-1B indica che si trattava del terzo tentativo di raggiungere gli obiettivi del volo LJ-1.

Il concetto sopravvisse al programma. Un successore, Little Joe II, fu utilizzato tra il 1963 e il 1966 per le prove in volo del sistema di fuga del programma Apollo, con la stessa logica: un propulsore solido, economico e senza altra missione che dimostrare che l'equipaggio poteva fuggire da lì.