Little Joe 5

Quando la NASA iniziò a pianificare i test del programma Mercury si trovò di fronte a un'aritmetica scomoda: un Atlas costava dell'ordine di due milioni e mezzo di dollari a unità e un Redstone circa un milione, cifre impossibili da sostenere per la lunga serie di voli di qualificazione di cui il progetto aveva bisogno. La risposta fu costruire un lanciatore proprio, semplice e a propellente solido, il cui costo unitario si aggirava intorno ai duecentomila dollari. Quel lanciatore era Little Joe.

L'idea risaliva a prima ancora che esistesse la NASA. Nel gennaio 1958 Max Faget e Paul Purser avevano elaborato sulla carta il modo di raggruppare a grappolo quattro razzi solidi Sergeant, di uso corrente a Wallops Island, per spingere un muso pilotato al di sopra della stratosfera. La proposta rimase accantonata, ma nell'agosto 1958 William Bland e Ronald Kolenkiewicz ripresero quei disegni preliminari alla ricerca di un grappolo economico capace di sollevare capsule a scala e peso reali. I test di caduta dei modelli fornivano dati aerodinamici sulla stabilità dinamica della configurazione in caduta libera, e mancava l'equivalente per la fase propulsa. Nell'ottobre 1958 un team dell'agenzia preparò i disegni e le stime meccaniche della struttura del lanciatore e di una rampa adeguata.

Il nome nacque su quel tavolo da disegno. Le prime sezioni mostravano quattro cerchi, da cui il soprannome «Little Joe», preso dal tiro di dadi del doppio due nel craps; le quattro grandi alette stabilizzatrici che sporgevano dalla fusoliera finirono di fissarlo. In seguito furono aggiunti altri quattro cerchi minori per i motori Recruit, ma il nome non cambiò più. Little Joe fu il primo razzo progettato unicamente per qualificare navicelle pilotate e uno dei primi veicoli operativi costruiti secondo il principio del grappolo di motori. Tra il 1959 e il 1961 volò otto volte da Wallops Island, sempre con lo stesso scopo: mettere alla prova il sistema di fuga e lo scudo termico delle capsule Mercury, e soprattutto risolvere il problema di sfuggire a un'esplosione sulla rampa o durante l'ascesa.

I primi voli della serie — Little Joe 1, LJ-6, LJ-1A, LJ-2 e LJ-1B — avevano usato modelli: strutture rappresentative per forma e massa, alcune con primati a bordo, sufficienti per verificare il concetto del sistema di fuga, la dinamica della navicella in discesa e il funzionamento dei paracadute. Quel materiale non permetteva, tuttavia, di dire nulla sul comportamento del veicolo reale, con la sua elettronica, il suo sistema sequenziale e i suoi meccanismi di separazione di produzione.

Little Joe 5 ruppe quella barriera. Fu il primo della serie a far volare una navicella Mercury di produzione fabbricata dalla McDonnell Aircraft, la numero 3. Quella capsula aveva già una storia propria all'interno del programma: era stata consegnata a Langley il 29 luglio 1959 per un test di rumore e vibrazione, e più di un anno dopo, il 27 settembre 1960, fu eretta sulla rampa di Wallops Island per il volo LJ-5. Far volare hardware di produzione cambiava il significato del test: non si trattava più di verificare se il concetto funzionasse, ma di certificare che l'insieme che avrebbe portato un astronauta rispondesse come previsto nel peggiore momento immaginabile dell'ascesa.

Lo scopo del test, così come riportato nella documentazione del programma, era verificare la navicella in un abort che simulasse le condizioni di lancio più severe. Tradotto in termini ingegneristici, si cercava di dimostrare l'integrità strutturale della capsula e del sistema di fuga in una manovra di fuga avviata alla pressione dinamica più alta che si potesse anticipare durante un lancio con Atlas verso una missione orbitale, verificare il funzionamento del sistema di fuga, del sistema sequenziale e del sistema di recupero, determinare le caratteristiche dinamiche di volo della navicella durante la manovra e stabilire l'idoneità delle procedure di recupero e di verifica pre-lancio. Questo stesso insieme di obiettivi, praticamente parola per parola, si sarebbe ripetuto in seguito nei piani di LJ-5A e LJ-5B, proprio perché LJ-5 non ne aveva soddisfatto nessuno.

Conviene sottolineare il punto critico: l'abort a pressione dinamica massima è la condizione limite del sistema di fuga. Se la torre strappa via la capsula in quell'istante, la struttura sopporta simultaneamente la spinta del motore di fuga, la decelerazione dell'insieme e i carichi aerodinamici del flusso. È il caso che nessun test di caduta né alcuna prova su rampa può riprodurre.

L'autunno 1960 fu un periodo di attività intensa nel programma. Mentre la navicella numero 3 si preparava a Wallops, la numero 5 veniva inviata al Marshall Space Flight Center per verifiche di compatibilità con il propulsore e di lì a Cape Canaveral per la missione Mercury-Redstone 2; le tute a pressione di volo arrivavano dalla B. F. Goodrich e venivano portate immediatamente alla centrifuga umana; e in ottobre gli astronauti completavano il loro terzo programma di addestramento sulla centrifuga dell'Aviation Medical Acceleration Laboratory, considerato l'ultima grande preparazione prima del primo volo pilotato Mercury-Redstone. LJ-5 non era, dunque, un test isolato, ma un tassello di un calendario che puntava già al volo pilotato.

Little Joe 5 decollò dalla rampa LA-1 di Wallops Island la mattina dell'8 novembre 1960. L'ascesa fu normale nei primi secondi. A 15,4 secondi dal decollo, il motore del razzo di fuga e il motore di espulsione della torre si accesero prematuramente, fuori da ogni sequenza prevista.

Ciò che seguì fu peggio di un'accensione fuori tempo. La capsula non si separò dal lanciatore. Il propulsore, la navicella e la torre di fuga rimasero uniti lungo tutta la traiettoria balistica e giunsero così all'acqua: l'insieme rimase distrutto nell'impatto contro l'Atlantico. Il volo raggiunse un apogeo di 10,1 miglia (16,2 km) e una gittata di 13 miglia (20,9 km), e durò due minuti e ventidue secondi tra il decollo e l'impatto. Dal fondale marino furono poi recuperati resti della capsula e del propulsore per l'analisi post-volo.

Nessun obiettivo del test fu raggiunto. La navicella numero 3, che era sopravvissuta a più di un anno di test a terra, andò persa in poco più di due minuti.

L'analisi successiva attribuì il fallimento a diverse cause possibili, senza poter decidersi per una. La prima ipotesi indicava il guasto dei finecorsa dell'anello di aggancio tra la navicella e l'adattatore. La seconda, il guasto dei finecorsa dell'anello di aggancio della torre di fuga. La terza, un montaggio scorretto di quegli interruttori in uno dei due gruppi.

Le tre spiegazioni condividono un denominatore comune, ed è lì che sta la lezione del volo: una manciata di microinterruttori incaricati di segnalare che un anello era liberato poteva, se montati o regolati male, far scattare il sistema di fuga in anticipo e allo stesso tempo impedire la separazione che quello stesso sistema avrebbe dovuto provocare. Non era un difetto di concezione del sistema di fuga né della struttura della capsula; era un guasto della catena di sensori e del cablaggio che governava la sequenza. Con l'hardware distrutto nell'impatto e solo resti recuperati dal fondale marino, l'indagine non poté chiudere il caso con un'unica causa dimostrata.

La conseguenza immediata fu che bisognava ripetere il test. Il 20 gennaio 1961 la navicella numero 14 fu consegnata a Wallops Island per il test di abort a pressione dinamica massima Little Joe 5A, sesta missione della serie Little Joe. Il volo si svolse il 18 marzo 1961 con l'obiettivo esplicito di soddisfare gli obiettivi che LJ-5 aveva lasciato incompiuti per la mancata separazione della navicella dal lanciatore.

Il decollo fu normale, ma diciannove secondi dopo la torre di fuga si accese prematuramente, in una ripetizione quasi identica di quanto accaduto a novembre. Fu inviato il segnale per avviare la manovra di abort e l'anello di aggancio tra lanciatore e adattatore si liberò come previsto, ma la navicella rimase sul razzo perché il motore di fuga si era già esaurito. La separazione fu ottenuta ricorrendo ai retrorazzi, con la particolarità che l'ordine fu trasmesso prima che il volo raggiungesse il suo apogeo, dove era pianificata la separazione; il risultato fu una separazione piuttosto violenta. Ciononostante i paracadute si dispiegarono a circa quarantamila piedi e, dopo il recupero, si constatò che la capsula aveva subito solo danni strutturali superficiali. Tanto che quella stessa navicella fu riutilizzata in seguito nel volo Little Joe 5B.

Il volo raggiunse 7,7 miglia (12 km) di altitudine e 18 miglia (29 km) di gittata, durò cinque minuti e venticinque secondi e sottopose la navicella a un'accelerazione di 8 g. Nonostante il recupero, anche gli obiettivi del test non furono considerati raggiunti: l'abort non si era verificato nelle condizioni ricercate.

La navicella numero 14A — la stessa del volo precedente, ricondizionata — arrivò a Wallops Island il 4 aprile 1961 per la missione Little Joe 5B. Il lancio si svolse il 28 aprile 1961 dalla rampa LA-4, con lo stesso scopo di sempre: mettere alla prova il sistema di fuga Mercury in condizioni di pressione dinamica massima.

Ci fu un'anomalia fin dal primo istante. Uno dei motori del lanciatore non si accese che dopo quattro secondi dal decollo, il che fece beccheggiare il razzo verso una traiettoria più bassa del previsto. L'effetto collaterale fu che la manovra di abort si eseguì a pressioni dinamiche maggiori di quelle specificate nel piano di test. A parte questo, il resto dei sistemi sequenziali funzionò come previsto e, dopo l'ammaraggio, si completò un recupero normale con elicottero. Il risultato fu che tutti gli obiettivi del test furono raggiunti e, di fatto, superati: la navicella aveva resistito a pressioni dinamiche superiori a quelle richieste.

LJ-5B raggiunse 2,8 miglia (4,5 km) di apogeo e 9 miglia (14 km) di gittata, con una durata di cinque minuti e venticinque secondi e un'accelerazione di 10 g. La capsula che aveva volato su LJ-5A e LJ-5B è oggi esposta al Virginia Air and Space Center, a Hampton (Virginia).

Misurato secondo i propri obiettivi, Little Joe 5 fu un fallimento completo: perse la navicella, non separò la capsula, non verificò nulla di ciò che doveva verificare e non lasciò nemmeno una causa definitivamente accertata. Misurato secondo ciò che apportò al programma, il bilancio è diverso. Il volo mise alla prova per la prima volta hardware di produzione in condizioni reali di abort e scoprì che l'anello debole non stava dove lo si sorvegliava — il motore di fuga, la struttura, lo scudo — bensì nella strumentazione degli anelli di aggancio e nel loro montaggio. Il fatto che LJ-5A abbia ripetuto il guasto quattro mesi dopo conferma che il problema era sottile e non fu risolto con la prima correzione.

Illustra anche la logica dell'intera serie non pilotata Mercury. Little Joe esisteva proprio perché questi guasti accadessero sull'Atlantico e con la cabina vuota, a un costo per volo molto inferiore a quello di un Atlas. Un'accensione prematura del motore di fuga a quindici secondi dal volo, con la capsula incapace di separarsi, sarebbe stata un incidente mortale in un volo pilotato. Quando, il 5 maggio 1961, Alan Shepard volò sul primo Mercury-Redstone pilotato, il sistema di fuga che portava con sé era stato affinato, tra le altre cose, grazie a ciò che era accaduto alla navicella numero 3 in quell'8 novembre 1960.