Mercury-Atlas 4

Quando la MA-4 arrivò sulla rampa di lancio, il Programma Mercury aveva risolto il suborbitale e aveva ancora in sospeso l'orbitale. Le capsule avevano già volato ed erano rientrate su traiettoria balistica, la torre di fuga era stata collaudata in condizioni severe con la serie Little Joe, e due astronauti, Alan Shepard e Virgil Grissom, avevano già compiuto il loro salto di quindici minuti con il piccolo Redstone. Ciò che nessuno aveva ancora dimostrato era che l'insieme completo — lanciatore Atlas, veicolo, sistema di controllo ambientale, retrorazzi, scudo termico e rete mondiale di stazioni — potesse concatenare senza guasti le ore di un volo orbitale.

Il tentativo precedente, Mercury-Atlas 3, si era concluso nell'aprile 1961 con la distruzione del lanciatore per motivi di sicurezza, non avendo esso avviato la manovra programmata di beccheggio e rollio. L'inchiesta individuò un transitorio di tensione che aveva mandato in tilt il programmatore di bordo, un meccanismo sospettosamente simile a quello che aveva impedito la separazione degli stadi nel volo del Big Joe. Un comitato d'inchiesta sull'Atlas fu costituito nel maggio di quell'anno e isolò tre cause probabili a partire dai dati dei test. La conseguenza pratica fu un elenco di modifiche al pilota automatico e al programmatore, da convalidare in volo prima di farvi salire chiunque.

A questo debito tecnico si sommava la pressione del calendario. L'Unione Sovietica aveva messo in orbita Yuri Gagarin in aprile e German Titov in agosto, con un volo di un'intera giornata. Gli Stati Uniti non avevano ancora compiuto un solo giro completo del pianeta. La MA-4 non era dunque, nonostante il suo aspetto modesto di volo senza equipaggio, un test secondario: era l'esame che decideva se l'Atlas potesse essere considerato idoneo a trasportare persone.

Il dettaglio più singolare della missione è che il veicolo che volò non era quello previsto. Il piano originale assegnava alla MA-4 la capsula numero 9, ma l'incidente della MA-3 lasciò sul tavolo un'opportunità inconsueta: il veicolo di quel volo era stato strappato al lanciatore dalla sua torre di fuga prima della distruzione, era caduto in mare ed era stato recuperato con danni limitati. Ricondizionato in fabbrica e rinumerato come 8A, divenne il carico utile della MA-4.

Quella capsula apparteneva inoltre alla vecchia generazione del progetto: fu l'ultimo dei modelli con piccoli oblò laterali, senza sacco di ammaraggio per attutire l'impatto e con un pesante meccanismo di chiusura del portello. Gli astronauti avevano già chiesto — e ottenuto — un vero finestrino frontale e un portello ad apertura rapida, cosicché il veicolo che volava sulla MA-4 non era esattamente quello che avrebbero occupato loro. Per l'obiettivo del volo, tuttavia, questa differenza era irrilevante: ciò che veniva messo alla prova erano i sistemi, non l'ergonomia della cabina.

Il veicolo 8A fu consegnato a Cape Canaveral l'11 maggio 1961 per la missione orbitale senza equipaggio dell'astronauta meccanico. Il suo riutilizzo fece risparmiare mesi di fabbricazione in un programma già in ritardo e, allo stesso tempo, fornì una prova tangibile della robustezza del veicolo: una capsula sopravvissuta a un'interruzione violenta del volo e all'immersione in mare poteva tornare a volare.

Il lanciatore della MA-4 fu l'Atlas 88-D, un veicolo della variante rinforzata che la Convair costruiva specificamente per il Mercury, con il rivestimento dei serbatoi di maggiore spessore per sostenere il carico del veicolo e della sua torre di fuga. La sua ispezione di uscita dalla fabbrica si svolse il 29 e 30 giugno 1961, e la consegna a Cape Canaveral avvenne solo il 15 luglio, un calendario che riflette quanto le conclusioni della MA-3 avessero imposto di rifare.

Le modifiche principali riguardarono il pilota automatico e il programmatore. La Convair dotò il sistema della capacità di contrastare il tipo di transitorio elettrico sospettato di aver causato il guasto della MA-3, e si decise di eliminare la possibilità che il programmatore si reinizializzasse in volo. Quest'ultimo punto non era teorico: un Atlas impiegato in luglio per lanciare il satellite MIDAS 3 aveva subito una reinizializzazione del programmatore alla separazione degli stadi, che non impedì di raggiungere l'orbita, ma che fu indagata a fondo proprio per la sua somiglianza con il caso Mercury.

La preparazione non fu tranquilla. Ci furono ritardi per problemi al pilota automatico dell'Atlas, compresa la sostituzione di un giroscopio di velocità d'imbardata difettoso. Il lancio, inizialmente previsto per il 22 agosto, fu rinviato. Comparve poi un problema di qualità più fastidioso: la marca di transistor impiegata sia sull'Atlas sia sul veicolo era incline a formare palline di saldatura, e l'ultima settimana di agosto fu interamente dedicata a ripararli uno per uno.

Restava inoltre una preoccupazione di fondo che la MA-4 non poteva risolvere: la combustione instabile e i guasti ai giroscopi avevano distrutto due veicoli Atlas della serie E in giugno. Il sistema rilevatore di rotazione dei giroscopi dei motori, concepito per impedire che un Atlas decollasse con un giroscopio malfunzionante, era proprio allora in fase di introduzione e non sarebbe arrivato su un veicolo Mercury fino alla MA-5.

Il carico utile della MA-4 era pensato per rispondere a una domanda molto precisa: il sistema di controllo ambientale regge il ritmo di una persona durante un volo orbitale? Per rispondere a questa domanda fu installato sul sedile un simulatore di equipaggio, l'astronauta meccanico della cronologia della NASA, capace di consumare ossigeno e restituire all'ambiente i prodotti della respirazione umana, in modo che i depuratori e il circuito dell'ossigeno lavorassero contro un carico realistico invece che contro una cabina vuota.

Al suo fianco viaggiavano strumenti di vibrazione e rumore montati appositamente per il volo, sensori per misurare i livelli di radiazione, tre telecamere e il sistema di supporto vitale completo. La radiazione e il rumore interessavano per ovvie ragioni mediche; la vibrazione, perché ancora nessuno sapeva quanto sarebbe stata violenta per un passeggero umano la fase iniziale dell'ascesa dell'Atlas.

Il secondo grande obiettivo non viaggiava a bordo del veicolo, ma era distribuito sull'intero pianeta. La MA-4 era il test orbitale della rete mondiale di tracciamento del Mercury, la catena di stazioni e navi incaricata di mantenere un contatto continuo con l'astronauta, ricevere la sua telemetria e potergli inviare ordini. A bordo furono installati due nastri vocali il cui unico compito era trasmettere affinché ogni stazione verificasse il proprio collegamento. La responsabilità di gestire questa rete era stata assegnata il 1° luglio 1961 al Centro Goddard, con la particolarità che durante le missioni attive il controllo tornava al personale dello Space Task Group. Le regole di missione precedenti al lancio furono pubblicate il 1° giugno e i requisiti di recupero l'8 giugno.

La MA-4 decollò dal complesso LC-14 di Cape Canaveral il 13 settembre 1961. L'ascesa fu buona e l'Atlas dal rivestimento rinforzato superò senza danni la fase di massima pressione dinamica. L'unico aspetto davvero sgradevole fu il livello di vibrazione tra il quinto e il ventesimo secondo di volo, sconvenientemente alto, che avrebbe poi richiesto nuove regolazioni del pilota automatico.

Raggiunta l'orbita, il veicolo si separò dal lanciatore ed eseguì la manovra di capovolgimento che lo lascia volare all'indietro, con lo scudo termico in avanti. Questa manovra richiese circa cinquanta secondi invece dei consueti venti. In alcuni momenti del volo l'assetto divenne leggermente instabile a causa del guasto di due propulsori di controllo, il che provocò brevi interruzioni della telemetria.

Il comportamento generale del veicolo fu buono nonostante un consumo di ossigeno più alto del previsto. Il controllo a terra non lo giudicò grave: la riserva bastava per almeno otto orbite, ben oltre l'unica prevista. La cronologia ufficiale riassume il volo con tre lievi scostamenti: una piccola perdita nel sistema dell'ossigeno, la perdita del contatto vocale sopra l'Australia e il guasto di un invertitore del sistema di controllo ambientale.

L'orbita raggiunta è descritta nelle fonti con cifre in parte diverse a seconda dell'unità e dell'origine del dato. La cronologia della NASA indica un apogeo di 123 miglia nautiche e un perigeo di 86; la scheda delle missioni senza equipaggio della NASA la esprime come 142,1 miglia terrestri di apogeo e 98,9 di perigeo, valori equivalenti a quelli conservati in questa scheda. Il periodo orbitale risulta pari a 92 minuti e 28 secondi in quella stessa scheda.

Dopo aver completato un'orbita, il dispositivo di temporizzazione di bordo attivò i retrorazzi come previsto, senza intervento umano. Il rientro avvenne circa un'ora e ventotto minuti dopo il decollo, e il veicolo ammarò nell'Atlantico, a est delle Bermuda. La durata totale del volo fu di un'ora, quarantanove minuti e venti secondi.

La distanza del punto di ammaraggio rispetto alle Bermuda viene citata in modo diverso a seconda della fonte: la cronologia parla di 161 miglia a est dell'isola, altre fonti di 176 miglia, equivalenti a 283 chilometri. La differenza non altera il fatto rilevante: il veicolo cadde all'interno della zona prevista e a breve distanza dalle forze di recupero.

Il cacciatorpediniere USS Decatur, situato a circa 34 miglia dal punto di caduta, recuperò la capsula un'ora e ventidue minuti dopo l'ammaraggio. Il veicolo si presentava in buone condizioni, con danni minimi attribuibili al decollo, all'orbita o al rientro, un risultato che rafforzava la fiducia nello scudo termico e nella struttura.

L'operazione di recupero era essa stessa parte del programma di prove. In quelle settimane si stava valutando il collare di galleggiamento gonfiabile che il personale di superficie fissa al veicolo per sostenerne la galleggiabilità e, dopo l'affondamento della Liberty Bell 7 in luglio, lo Space Task Group annunciò il 22 settembre l'installazione sul veicolo di un pallone da trenta pollici di diametro per consentire il recupero da parte di una nave qualora l'elicottero fosse stato costretto a rilasciarlo.

L'esame della capsula recuperata spiegò le anomalie con precisione. La leva del flusso di ossigeno si era spostata a causa della vibrazione del decollo e aveva leggermente aperto una valvola: l'ossigeno fuoriusciva nel vuoto a un ritmo insufficiente per far scattare la soglia di allarme in telemetria, pur avendo acceso la spia dell'ossigeno in cabina. La leva fu poi riprogettata per renderla più difficile da spostare accidentalmente.

Il lento capovolgimento per orientare lo scudo termico fu attribuito a un circuito aperto nel giroscopio di beccheggio. E il problema considerato più serio del volo non fu nessuno dei guasti di bordo, bensì il livello di vibrazione al decollo tra il quinto e il ventesimo secondo, che motivò alcune ulteriori modifiche al pilota automatico dell'Atlas.

Alla luce di questi dati, il direttore del centro voli con equipaggio, Robert Gilruth, espresse la propria fiducia nel fatto che il lanciatore fosse ormai qualificato per trasportare persone e che un passeggero umano avrebbe sopportato il volo senza problemi. Il memorandum sui risultati preliminari inviato all'amministratore della NASA il 15 settembre 1961 concludeva che l'Atlas aveva funzionato bene ed era pronto per il volo con equipaggio, che i sistemi del veicolo avevano operato correttamente e che la rete mondiale di tracciamento e la telemetria avevano risposto in modo eccellente.

L'effetto immediato della MA-4 fu di sbloccare il resto della sequenza. Le regole di missione della Mercury-Atlas 5, il volo orbitale con lo scimpanzé Enos a bordo, furono pubblicate appena cinque giorni dopo, il 18 settembre 1961, e riviste altre tre volte prima del volo. L'Atlas 93-D assegnato alla MA-5 superò la sua ispezione di uscita dalla fabbrica il 1° ottobre e arrivò a Cape Canaveral il 9 ottobre. Il piano di acquisizione dati della MA-5 fu preparato il 20 ottobre. Il calendario, in altre parole, cessò di essere in sospeso.

La MA-4 diede inoltre fiducia per ampliare l'orizzonte del programma: il 25 ottobre 1961 la sede centrale della NASA approvò ufficialmente il programma di missione a durata estesa, di un giorno intero, i cui requisiti di tracciamento erano già stati discussi mesi prima tra lo Space Task Group e il Centro Goddard.

Va segnalato che la valutazione formale della missione non è unanime nelle stesse fonti della NASA. La scheda delle missioni senza equipaggio la classifica come parzialmente riuscita, coerente con il risultato registrato in questa scheda, mentre la cronologia del programma la descrive come molto riuscita. Le due affermazioni sono compatibili se si considera che gli obiettivi principali furono raggiunti e che le anomalie, per quanto reali e numerose, non compromisero il volo.

Mercury-Atlas 4 è la missione che trasformò Mercury in un programma orbitale. Fu il primo veicolo Mercury a raggiungere l'orbita terrestre, il primo vero test della rete mondiale di tracciamento in condizioni di volo orbitale e la convalida in volo delle correzioni nate dal fallimento della MA-3. La sua capsula racchiude inoltre una storia poco comune: quella di un veicolo che fallì, fu recuperato dal mare, riparato e tornò a volare per avere successo.

Dei voli senza equipaggio si suole dire che siano semplici formalità. La MA-4 dimostra il contrario: senza quella solitaria orbita del settembre 1961, con un manichino che respirava sul sedile e due nastri vocali che parlavano a stazioni sparse per il mondo, né il volo di Enos sulla MA-5 né quello di John Glenn avrebbero avuto una base su cui essere autorizzati.