Mercury-Atlas 2

Il 29 luglio 1960 Mercury-Atlas 1 decollò da Cape Canaveral con due obiettivi dichiarati: verificare l'integrità della struttura della capsula e delle piastrelle del corpo posteriore in un rientro associato a un abort critico, e valutare il comportamento in anello aperto della strumentazione di rilevamento abort dell'Atlas. La capsula, la numero 4 di produzione, non portava né sistema di fuga né soggetto di prova; i razzi posigradi che l'avrebbero separata dal lanciatore erano quelli normali, ma i retrorazzi erano simulati. Le prestazioni del lanciatore furono normali fino a circa 57,6 secondi di volo, e il complesso si distrusse a 59 secondi per un cedimento strutturale dell'insieme lanciatore-adattatore. La capsula, incapace di attivare il proprio sistema di recupero in quelle condizioni, si distrusse nell'impatto con l'acqua; in seguito furono recuperati dal fondale marino gran parte del veicolo, i motori del propulsore e la valvola di sfiato dell'ossigeno liquido.

Il colpo fu doppio. Da un lato, Mercury perdeva il volo che doveva dimostrare che lo scudo termico e il corpo posteriore reggevano il caso più gravoso immaginabile; dall'altro, il fallimento si sommava a quello di Big Joe 1, nel settembre 1959, dove l'Atlas non aveva separato le sezioni propulsive e velocità e gittata erano rimaste ben al di sotto dei valori nominali, con una separazione della capsula ritardata da un ricontatto. Due voli Atlas e nessun obiettivo primario raggiunto. Né Big Joe né MA-1 portavano strumentazione sufficiente a indicare la causa esatta del guasto: non c'era quindi un difetto da riparare, ma un'incertezza da chiarire.

L'11 agosto 1960 si riunirono a Cape Canaveral rappresentanti della NASA, di McDonnell, della Ballistic Missile Division, degli Space Technology Laboratories e della Convair, e lo fecero di nuovo il 30 agosto presso la Convair Astronautics. James A. Chamberlin, dello Space Task Group, fu nominato presidente di un comitato congiunto con un incarico preciso: risolvere il problema e presentare una soluzione prima della missione Mercury-Atlas 2. Il piano di lavoro concordato in quella riunione dà la misura dello sforzo: analisi completa dei dati di volo di MA-1 e correlazione con quelli di tutti i voli Atlas precedenti; un'analisi dinamica speciale dei carichi; prove di vibrazione della capsula, dell'adattatore e della sezione superiore del serbatoio dell'Atlas; e revisione degli studi in galleria del vento sui carichi di flutter su quegli stessi elementi.

La serie di riunioni e prove si protrasse per mezzo anno: valutazione riassuntiva dei dati di MA-1 a Los Angeles il 9 agosto; riunione di valutazione all'Atlantic Missile Range l'11 agosto; commissione d'inchiesta presso McDonnell il 22 agosto e presso Convair Astronautics il 9 settembre; riunione di gestione all'Atlantic Missile Range il 14 settembre; conferenza su strumentazione e prove in galleria del vento presso lo Space Task Group il 26 settembre; prove di vibrazione presso McDonnell e prove in galleria del vento all'Arnold Engineering Development Center, entrambe dal 3 all'8 ottobre; e, il 16 novembre, la messa in comune del programma di prove presso lo Space Task Group. In quest'ultima riunione, tenutasi a Langley Field, si discussero espressamente l'accertamento delle cause del guasto di MA-1 e lo stato di preparazione di MA-2.

La conclusione, condivisa dallo Space Task Group e dal resto delle parti coinvolte, fu che il problema aveva origine nella zona di interfaccia della capsula: non nello scudo, non nell'avionica, ma nel punto in cui il veicolo poggiava su un missile che era stato concepito come arma e non come lanciatore con equipaggio. L'Atlas doveva la propria leggerezza a una struttura a "pallone", con serbatoi dalle pareti sottilissime tenute in pressione; su quella parete erano ora montati un adattatore e una capsula il cui comportamento dinamico e i cui carichi di flutter nessuno aveva misurato in volo.

Dalle prove emersero due correzioni concrete e una decisione di programma. La prima correzione consistette nell'irrigidire gli anelli dell'adattatore; le prove successive dimostrarono che la soluzione era pienamente soddisfacente. La seconda nacque dalla constatazione che esistevano tensioni moderatamente elevate sul lanciatore, vicino a una saldatura situata subito dietro l'adattatore: quella zona fu rinforzata aggiungendo una fascia irrigidente che si comportò bene anch'essa nelle prove.

La terza decisione fu la più costosa e quella che segnò il confine tra MA-2 e ciò che sarebbe venuto dopo: a partire da Mercury-Atlas 3, il lanciatore Atlas avrebbe volato in configurazione "a pelle spessa". Vale a dire, il rimedio di fondo — ispessire la struttura del missile invece di rappezzare la saldatura — non fu applicato al volo del febbraio 1961. MA-2 avrebbe volato con la configurazione disponibile più i rinforzi locali, e sarebbe stata proprio la sua strumentazione a dire l'ultima parola: per quella missione si decise di integrare strumentazione aggiuntiva nella capsula e nel lanciatore con tre scopi espliciti: definire i carichi nella zona di interfaccia, misurare la pressione sull'adattatore e al suo interno, e rilevare qualsiasi risposta anomala in quella zona.

Questa ripartizione spiega il ritardo. La capsula numero 6 fu consegnata a Cape Canaveral il 1° settembre 1960 per una missione senza equipaggio finalizzata a ottenere dati di pressione dinamica massima e riscaldamento massimo del corpo posteriore; l'Atlas 67-D arrivò il 20 settembre. Con entrambi gli elementi in base fin dall'autunno, il lancio avvenne solo il 21 febbraio 1961: venticinque settimane di preparazione, contro le dieci richieste dalla capsula 4 di MA-1. La revisione non fu un adempimento formale, fu il lavoro stesso.

La chiusura amministrativa arrivò tardi e per la via più alta. Dal 13 al 17 febbraio 1961, un gruppo ad hoc NASA/aeronautica militare — noto dai cognomi dei suoi responsabili, Rhode per la NASA e Worthman per l'aeronautica — esaminò le proposte dello Space Task Group per le modifiche del lanciatore e dell'adattatore e approvò i risultati delle prove e le azioni previste. Quattro giorni dopo, l'Atlas 67-D decollava.

Gli obiettivi di prova di MA-2 registrati dalla NASA sono otto e descrivono un volo di qualificazione strutturale e termica, non una dimostrazione di capacità. Si cercava di determinare l'integrità della struttura della capsula, dello scudo ablativo e delle piastrelle del corpo posteriore in un rientro conseguente a un abort critico; valutare il funzionamento dei sistemi operativi del veicolo durante l'intero volo; determinare i movimenti in scala reale della capsula e i ritmi di riscaldamento del corpo posteriore in quello stesso rientro; valutare la compatibilità dei sistemi di fuga della capsula con l'insieme Mercury-Atlas; stabilire l'adeguatezza delle procedure di localizzazione e recupero; determinare il comportamento in anello chiuso del sistema di rilevamento e attuazione dell'abort; determinare la capacità del propulsore Atlas di rilasciare la capsula nella posizione, nell'altitudine e nella velocità definite dalle equazioni di guida; e valutare le caratteristiche di carico aerodinamico e vibrazionale e l'integrità strutturale della valvola di evaporazione dell'ossigeno liquido, della cupola del serbatoio, dell'adattatore della capsula e delle strutture associate.

Quest'ultimo obiettivo è la risposta diretta a MA-1: ciò che si era rotto era esattamente ciò che ora si misurava. E il sesto — l'anello chiuso del sistema di rilevamento dell'abort — rappresentava un salto rispetto a MA-1, dove la valutazione di quella strumentazione era avvenuta in anello aperto.

La traiettoria fu scelta di conseguenza. Il 17 febbraio 1961, quattro giorni prima del volo, la sede centrale della NASA rese pubblica la selezione: gli ingegneri dello Space Task Group avevano concepito il profilo per riprodurre le condizioni di riscaldamento da rientro più severe che potessero verificarsi in un abort di emergenza durante un tentativo di volo orbitale. Si stimava un ritmo di riscaldamento superiore del 30 per cento rispetto a un normale rientro orbitale del Mercury, temperature circa il 25 per cento più alte in certi punti del corpo posteriore e un carico di decelerazione dell'ordine del doppio rispetto a un normale ritorno dall'orbita. Dal 17 al 20 febbraio, il personale dello Space Task Group rivide le regole di sicurezza di volo del veicolo, della missione e del lanciatore per la capsula numero 6.

MA-2 decollò dal LC-14 di Cape Canaveral e seguì da vicino la traiettoria desiderata. Raggiunse un'altitudine massima di 114,04 miglia terrestri — 602.140 piedi — e una gittata massima di 1.431,6 miglia terrestri. La velocità massima fu di 18.100 piedi al secondo rispetto alla Terra e 19.400 piedi al secondo rispetto allo spazio inerziale, ossia 13.227,3 miglia orarie. La pressione dinamica massima registrata fu di 991 libbre per piede quadrato e l'accelerazione massima di 15,9 g. La durata totale del volo fu di 17 minuti e 56 secondi.

La capsula ammarò e fu recuperata senza incidenti. Circa 55 minuti dopo il decollo, l'ispezione a bordo della nave di recupero indicò che gli obiettivi di prova erano stati raggiunti: la struttura e gli elementi di protezione termica presentavano condizioni eccellenti dopo aver attraversato un rientro più gravoso di qualsiasi altro previsto in condizioni operative normali. Il team di controllo di volo ottenne dati soddisfacenti e l'intero sistema di calcolo e visualizzazione del lancio, in funzione per la prima volta in un volo reale, operò in modo soddisfacente. Nel riepilogo ufficiale della NASA, la missione figura semplicemente come "missione riuscita".

Il 2 marzo 1961, la valutazione dei risultati aggiunse una sfumatura che in ingegneria vale quasi quanto il successo stesso: le temperature del corpo posteriore della capsula erano risultate leggermente inferiori al previsto. Il caso di progetto non solo era stato rispettato, ma il margine reale era maggiore di quello calcolato.

Lo stesso 21 febbraio 1961, lo Space Task Group selezionò gli astronauti John Glenn, Virgil Grissom e Alan Shepard per iniziare l'addestramento specifico per il primo volo con equipaggio del Mercury. La coincidenza di date non è casuale: con la capsula dimostrata di fronte all'abort critico, il programma poteva ripartire la propria attenzione tra la preparazione dell'equipaggio e il problema ancora aperto.

Perché MA-2 non chiuse il dossier dell'Atlas: lo delimitò. La missione dimostrò che il veicolo e il sistema di fuga erano compatibili con l'insieme Mercury-Atlas, che l'adattatore rinforzato reggeva e che lo scudo assolveva il proprio compito nel caso peggiore di abort; ma il rimedio strutturale di fondo, la configurazione a pelle spessa, non aveva ancora volato. Il primo volo che la portò, Mercury-Atlas 3, decollò il 25 aprile 1961 in una missione orbitale senza equipaggio che fu abortita poco dopo il decollo e non raggiunse i propri obiettivi, con un'altitudine massima di appena 4,5 miglia terrestri e una durata di 7 minuti e 19 secondi. La capsula, la numero 8, fu ricondizionata e volò di nuovo nella stessa configurazione come MA-4 il 13 settembre 1961, questa volta con successo e già con obiettivi pienamente orbitali: integrità della struttura, dello scudo e delle piastrelle in un rientro normale da condizioni orbitali, comportamento dei sistemi durante l'intero volo, funzionamento della rete di tracciamento e delle operazioni di recupero.

Visto dalla fine del programma, MA-2 occupa un posto preciso nella sequenza: è il volo che restituì fiducia nella coppia capsula-lanciatore dopo due tentativi falliti, quello che trasformò un cedimento strutturale non strumentato in un problema misurato e delimitato, e quello che permise che la discussione sull'Atlas passasse da "perché si è rotto" a "quando sarà disponibile la versione rinforzata". È anche un buon esempio del modo di lavorare dello Space Task Group nel 1960 e nel 1961: di fronte a un'incertezza, né una toppa rapida né una riprogettazione totale, ma un volo strumentato al limite nella condizione più severa immaginabile, e un ritardo di cinque mesi accettato senza discussione pur di poterlo fare.