Grandi vantaggi dei nuovi booster: primo volo dei motori a razzo a propellente solido monolitici più lunghi

L’ingegneria digitale e le tecnologie avanzate stanno aprendo nuove opportunità, accelerando la crescita nel settore dei lanci spaziali in rapida evoluzione.
Utilizzando la realtà virtuale e design monolitici, ovvero fabbricati e fusi in un unico pezzo, il booster a razzo solido (SRB) da 63 pollici di diametro e una lunghezza estesa di Northrop Grumman Graphite Epoxy Motor (GEM 63XL) farà il suo debutto, supportando il volo inaugurale di United Launch, il razzo Vulcan Centaur dell’Alleanza (ULA), l’8 gennaio prossimo.
Con una lunghezza di oltre 72 piedi, il GEM 63XL è l’SRB monolitico più lungo mai prodotto per il volo, una designazione precedentemente detenuta dal suo predecessore, il GEM 63 lungo 66 piedi e con un diametro di 63 pollici.
La produzione e la fusione del GEM 63XL come pezzo unico rendono i motori più affidabili ed efficienti riducendo i giunti, l’hardware e la massa complessiva. Ciò è fondamentale per un SRB di questa lunghezza in grado di fornire oltre 463.000 libbre di spinta per migliorare le capacità dei razzi di lanciare i carichi utili più critici della nazione.

Ingegneria pionieristica con la realtà virtuale
Se un’immagine vale più di mille parole, la realtà virtuale vale più di mille immagini.
Per superare i limiti del possibile, il team ha cercato di identificare cosa si potrebbe ottenere utilizzando la realtà virtuale per costruire la prossima generazione di booster. Il GEM 63XL di quinta generazione beneficia di design e componenti collaudati in volo, portando avanti l’eredità GEM di crescenti capacità.
Utilizzando la realtà virtuale, i team di progettazione e ingegneria di GEM sono stati immersi in ambienti virtuali a 360 gradi per osservare e testare booster a grandezza naturale. In pochi minuti, gli ingegneri hanno creato rendering 3D di progettazione assistita da computer (CAD), hanno indossato le cuffie ed hanno esaminato attentamente un modello in scala reale per convalidare il progetto prima dell’inizio della produzione.
“Pensi di vedere tutto in CAD, ma ci sono delle restrizioni quando visualizzi un progetto bidimensionale“, ha affermato Kevin Foster, ingegnere capo, GEM 63/63XL, sistemi di propulsione, Northrop Grumman. “Siamo in grado di identificare potenziali problemi e apportare modifiche al progetto prima dell’inizio della produzione, il che ci fa risparmiare tempo vitale e riduce i costi.”

Eccellenza produttiva
La costruzione di GEM 63XL in modo monolitico anziché segmentato offre numerosi vantaggi in termini di efficienza, tra cui: riduzione dell’hardware e della massa complessiva, per consentire un maggiore rapporto spinta-peso; riduzione delle operazioni di movimentazione e assemblaggio dei motori; ridurre le interfacce dei giunti sul campo e il supporto per l’assemblaggio del sito di lancio; razionalizzazione dell’accoppiamento del booster al veicolo principale; abilitazione della pianificazione rapida della cadenza di lancio, riduzione delle articolazioni e dei potenziali punti di guasto. Fino a sei SRB GEM 63XL possono essere integrati con il razzo Vulcan. Insieme alla coppia di motori BE-4, i potenti motori a gas naturale liquefatto che fungono da propulsione principale del razzo forniscono oltre 3,3 milioni di libbre di spinta per sollevare i carichi utili dei clienti nelle orbite desiderate.“I motori a razzo più grandi e più capaci, compresi i veicoli che supportano le missioni di ride-sharing, sono il risultato della necessità dei clienti di posizionare nello spazio carichi utili più grandi e avanzati”, ha affermato Robert Gonzalez, direttore senior del programma, sistemi di propulsione, Northrop Grumman.
I motori GEM hanno più capacità, inclusa la progettazione e la costruzione dei motori da spedire direttamente alla rampa di lancio con un minimo assemblaggio richiesto.
Dalla produzione e lavorazione del booster alle sue prestazioni complessive, l’efficienza dell’approccio monolitico supporta gli obiettivi dei clienti e offre vantaggi significativi, tra cui un booster più leggero, più economico e potente.

Protendersi in avanti
Northrop Grumman continua a investire in strutture aggiornate per supportare la produzione di questi motori unici nel loro genere.
La lunghezza unica del GEM 63XL ha richiesto il rinnovamento nel 2015 di edifici, tra cui gli impianti di fusione del propellente dei motori a razzo, le infrastrutture e le celle di lavoro. La profondità dei pozzi di colata esistenti è stata aumentata di 20 piedi per adattarsi ai motori GEM ed è stata modificata per includerne due porte per il propellente da aggiungere a due custodie di motori a razzo durante l’utilizzo di un pozzo. Questo processo, noto come “dual casting“, migliora l’efficienza, comporta risparmi sui costi e aumenta la produzione.
Northrop Grumman si è aggiudicata un nuovo contratto ULA nel 2022 per aumentare la produzione dei suoi motori GEM, quasi quadruplicando i tassi di produzione precedenti fino alla fine del decennio e richiedendo un’ulteriore espansione dei suoi impianti di produzione di motori a razzo a solido.
L’espansione comprende nuove strutture all’avanguardia, la modernizzazione delle strutture esistenti, l’acquisto di attrezzature di produzione all’avanguardia e altre attrezzature di supporto per semplificare i processi, migliorare la consegna dei prodotti e aumentare la capacità e la produzione.
“Sebbene molto si sia evoluto, dalla tecnologia alle strutture fino al motore stesso, nell’ultima iterazione del programma GEM, l’eredità di successo e attenzione al cliente è rimasta costante“, ha affermato Gonzalez. “Quell’enfasi non cambierà mai.”

(Fonte e foto: Ufficio Stampa Northrop Grumman)
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