Dopo un decennio di sviluppo e un'interruzione all'ultimo secondo durante il suo primo tentativo di lancio il mese scorso, il razzo H3 è stato caricato con idrogeno liquido super freddo e ossigeno liquido lunedì mentre il conto alla rovescia scorreva dolcemente verso il decollo alle 01:37:55 UTC di martedì 7 marzo 2023. I due motori dello stadio centrale del razzo si sono avviati negli ultimi secondi del conto alla rovescia, quindi i due propulsori a razzo solido si sono accesi per spingere l'H3 fuori dalla rampa di lancio del Tanegashima Space Center.

 Cavalcando 725 tonnellate di spinta, il razzo H3 è salito rapidamente dalla sua piattaforma di lancio a Tanegashima, situata su un promontorio che si affaccia sull'Oceano Pacifico nella parte sud-occidentale della catena di isole giapponesi. Il decollo è avvenuto alle 10:37, ora locale del Giappone.

 Il design del razzo si basa sulla tecnologia di propulsione utilizzata sulla precedente generazione giapponese di razzi H-2A e H-2B, ma i suoi due motori LE-9 del core stage utilizzano un nuovo ciclo del motore e producono più spinta rispetto ai motori utilizzati sui precedenti veicoli di lancio giapponesi. I problemi con il nuovo motore principale del razzo H3 sono stati in gran parte responsabili dei ritardi nel suo primo volo fin dal 2020. Ma i motori LE-9 hanno sembrato funzionare come previsto durante il primo volo di prova di H3. I due propulsori a razzo solido del razzo si sono esauriti e sono stati rilasciati cadere in mare a circa due minuti dall'inizio della missione, seguiti dalla separazione dell'ogiva protettiva dell'H3 tre minuti e mezzo dopo il decollo, rivelando il carico utile dell'Advanced Land Observing Satellite 3 )ALOS-3) di costruzione giapponese. Le telecamere a terra hanno mostrato il razzo che effettuava una virata a destra, come previsto, per dirigersi dalla sua rotta iniziale a est dal sito di lancio su una rotta verso sud per mirare a un'orbita polare.

 Il razzo ha spento i suoi motori principali LE-9 a T+4 minuti e 56 secondi. Otto secondi dopo, i dati telemetrici trasmessi dal razzo a una stazione di terra hanno confermato la separazione del primo stadio dell'H3 dal secondo stadio del lanciatore. Lo stadio superiore avrebbe dovuto accendere il suo motore LE-5B-3 alimentato a idrogeno a T+5 minuti e 16 secondi, ma i dati del razzo indicavano che il motore non si avviava. La telemetria del lanciatore H3 ha anche mostrato che la sua velocità diminuiva dopo aver raggiunto una velocità massima di circa 13.000 chilometri all'ora, circa la metà della velocità richiesta per raggiungere un'orbita stabile attorno alla Terra.

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Nella foto decollo del razzo H-3. Credito: JAXA

 Senza la spinta del motore dello stadio superiore, il razzo ha continuato a rallentare mentre raggiungeva un'altitudine massima di quasi 630 chilometri, secondo i dati visualizzati durante una trasmissione in diretta del lancio prodotta dalla Japan Aerospace Exploration Agency, o JAXA. "Poiché il motore del secondo stadio non si è acceso, non c'era alcuna prospettiva di poter entrare nell'orbita specificata," ha detto JAXA.

 JAXA ha detto che i controllori di volo che seguivano il lancio hanno inviato un comando di distruzione al razzo dopo aver stabilito che "non c'era alcuna possibilità di portare a termine la missione". I detriti del razzo e del satellite ALOS 3, del peso di tre tonnellate, sono caduti su un remoto tratto di oceano a poche centinaia di miglia a est delle Filippine. JAXA ha confermato che una commissione investigativa indagherà sulla causa del fallimento del lancio di H3. "È estremamente deplorevole che il lancio del razzo H3, che era in fase di sviluppo come nuovo razzo di punta, sia fallito, e mi dispiace che non siamo riusciti a soddisfare le aspettative delle persone e di tutti i soggetti coinvolti," ha affermato Keiko Nagaoka, ministro giapponese dell'istruzione, della cultura, dello sport, della scienza e della tecnologia.

 "Indagheremo sulla causa il prima possibile, formuleremo contromisure e risponderemo con tutte le nostre forze e con un senso di urgenza, collaborando con le organizzazioni correlate in modo da poter soddisfare le aspettative del razzo H3," ha affermato. L'H3 sostituirà il razzo giapponese H-2A e il veicolo di lancio H-2B, che hanno accumulato un tasso di successo del 98% in 55 missioni dal 2001.

 L'agenzia spaziale giapponese ha iniziato lo sviluppo del razzo H3 nel 2013, con l'obiettivo di dimezzare il costo per lancio del razzo H-2A. Il nuovo razzo ha una versione più economica, più leggera e più potente del motore alimentato a idrogeno che vola sul razzo H-2A e vola con due o tre motori principali invece di un singolo propulsore sullo stadio centrale dell'H-2A. Il volo inaugurale del razzo H3 utilizzava due motori LE-9 nello stadio centrale, ognuno dei quali produceva circa 159 tonnellate di spinta, un terzo in più di potenza rispetto al motore LE-7A utilizzato sul razzo H-2A. Le future missioni H3 potrebbero volare con tre motori principali, consentendo al razzo di decollare senza la necessità dei booster a propellente solido.

 Gli ingegneri hanno anche aggiornato i propulsori a propellente solido del razzo H-2A per il programma H3, con i nuovi motori a propellente solido SRB 3 sul razzo H3 in grado di generare il 20% in più di spinta. I progettisti hanno ottenuto risparmi sui costi semplificando la connessione tra i booster e lo stadio centrale del razzo H3 e utilizzando un ugello fisso sul motore SRB 3, invece di un ugello vettoriale sui booster a combustibile solido del razzo H-2A.

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Nell'illustrazione artistica lo stadio superiore, con il motore LE-5B-3 in funzione, ed il satellite ALOS-3. Credito: JAXA

 Il motore LE-5B-3 sullo stadio superiore del razzo H3, che non si è acceso durante il volo di prova di martedì, è progettato per lanci multipli nello spazio. È una versione modernizzata del motore LE-5B volato sul razzo H-2A, in grado di generare più 13 tonnellate di spinta nello spazio. Le modifiche al motore dello stadio superiore introdotte sul razzo H3 hanno migliorato l'efficienza del carburante e la durata di accensione del LE-5B.

 Per ottenere il miglioramento dell'efficienza del carburante, gli ingegneri hanno modificato il design del miscelatore del motore, che combina l'idrogeno liquido proveniente dalla turbopompa del carburante con l'idrogeno gassoso proveniente dai canali del refrigerante del motore. I progettisti hanno cambiato la turbina nella turbopompa del carburante del motore per ridurre il rischio di affaticamento durante le missioni di lunga durata con più accensioni dello stadio superiore. Lo sviluppo del razzo H3 è costato circa 200 miliardi di yen, ovvero 1,5 miliardi di dollari.

 Il primo volo di prova dell'H3 è stato ritardato dal 2020 a causa di problemi durante i test del nuovo motore principale LE-9, che impiega un ciclo di spurgo dell'espansore più spesso utilizzato sui motori dello stadio superiore a spinta inferiore. Il ciclo di spurgo dell'espansore utilizza idrogeno super freddo per raffreddare la camera di combustione del motore, quindi l'idrogeno riscaldato viene utilizzato per azionare le turbopompe del carburante e dell'ossidante del motore. Il motore LE-7A del razzo H-2A utilizza un design diverso che opera su un ciclo di combustione a stadi. Nel motore LE-9 sono state intro anche valvole ad azionamento elettrico e nuove tecniche di produzione, inclusa la stampa 3D dei componenti.

 Gli ingegneri hanno scoperto pale del rotore incrinate nella turbopompa del carburante del motore LE-9 dopo i test di accensione al banco di prova nel 2020 e hanno trovato fori nella parete interna della camera di combustione del motore. Il team di sviluppo del motore ha ridisegnato le pale della turbina e le turbopompe del carburante e dell'ossidante per risolvere i problemi, quindi ha eseguito ulteriori test di accensione prima di autorizzare il razzo H3 per il suo volo di prova inaugurale.

 La Mitsubishi Heavy Industries ha guidato il team industriale giapponese che ha sviluppato il razzo H3 sotto contratto con JAXA, l'agenzia spaziale giapponese. MHI ha anche guidato la progettazione e lo sviluppo dei motori criogenici LE-9 e LE-5B-3 alimentati a liquido. IHI Aerospace ha sviluppato i propulsori a razzo solido, sulla base del progetto utilizzato sul razzo H-2A. Japan Aviation Electronics Industry Ltd. ha lavorato al sistema di guida del razzo H3.

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Nella foto il satellite per l'osservazione della Terra, ALOS-3, andato perduto nel lancio fallito di H-3. Credito: JAXA

 MHI mira a lanciare il razzo H3 a partire da 50 milioni di dollari per missione, circa il 50% del costo di un volo di un razzo H-2A. Il Giappone ha lanciato 46 missioni H-2A, più nove voli del più pesante razzo H-2B in missioni di rifornimento alla Stazione Spaziale Internazionale. Una manciata di razzi H-2A rimane in volo e l'H-2B è già andato in pensione. Il razzo H3 è disponibile in quattro configurazioni, con il numero di motori principali, propulsori a razzo solido e la dimensione della carenatura del carico utile regolabile in base ai requisiti della missione. Il razzo H3 per Test Flight 1, o TF1, ha volato nella configurazione H3-22S con due motori del primo stadio, due booster a razzo solido strap-on e una carenatura corta del carico utile. Secondo JAXA, il razzo H3 nella sua configurazione più potente può lanciare carichi utili fino a 6,5 tonnellate in orbita di trasferimento geostazionario, una destinazione favorita da molti grandi satelliti per le telecomunicazioni. Ciò è paragonabile alla capacità di sollevamento del razzo Falcon 9 di SpaceX.

 Gli ingegneri giapponesi hanno completato un test di prova di mantenimento dei motori principali del primo razzo H3 a Tanegashima a novembre, quindi hanno integrato i due motori strap-on a combustibile solido e la carenatura del carico utile prima del primo tentativo di lancio della missione a febbraio, interrotto pochi istanti prima del decollo a causa di un problema elettrico. JAXA e MHI hanno progettato il razzo H3 per lanciare satelliti scientifici giapponesi, veicoli spaziali per la raccolta di informazioni e la sicurezza nazionale e il nuovo cargo di rifornimento HTV-X del Giappone per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Il Giappone prevede inoltre di utilizzare il razzo H3 per lanciare una versione della nave di rifornimento HTV-X alla mini-spaziale stazione Gateway che la NASA e altre agenzie spaziali costruiranno in orbita attorno alla Luna.

 I funzionari sperano di attirare attività di lancio commerciale per il razzo H3, che competerà con il razzo Falcon 9 di SpaceX, il veicolo di lancio Vulcan di ULA e il razzo europeo Ariane 6. Come l'H3, gli ultimi due veicoli sono a perdere nel design e non hanno ancora volato, mentre il Falcon 9 è parzialmente riutilizzabile e detiene una posizione di leadership nel mercato globale dei lanci commerciali.

 La missione Advanced Land Observing Satellite 3, o ALOS 3, persa lunedì durante il volo di prova del razzo H3 avrebbe dovuto raccogliere immagini ad alta risoluzione e ad alta risoluzione delle superfici terrestri di tutto il mondo, fornendo osservazioni per la gestione dei disastri, la mappatura e il monitoraggio ambientale. Ci si aspettava che ALOS 3 si separasse dallo stadio superiore del razzo H3 su un'orbita alta 675 chilometri circa 17 minuti dopo il decollo.

 Spesso, magari vedendo i successi consecutivi del Falcon 9 di SpaceX, si pensa che raggiungere lo spazio non sia ormai poi così difficile ed invece dobbiamo tenere presente che si tratta pur sempre di un'impresa ai limiti delle capacità ingegneristiche umane e che basta veramente poco per passare dal successo al fallimento.

 Si è trattato del 31esimo tentativo di lancio orbitale globale del 2023, il terzo a fallire. Per il Giappone si è trattato della seconda missione dell'anno, la prima a fallire.