Il sistema avanzato di allarme fulmini protegge i lanci spaziali al Kennedy Space Center

Maggior affidabilità durante il lancio dei razzi

Usando i registratori per transitori e digitalizzatori, la HBM ha progettato un sistema di monitoraggio fulmini per il Kennedy Space Center in Florida (USA). Il sistema migliora la sicurezza delle operazioni quali il lancio dei razzi, garantendo che il rischio di danni provocati dai fulmini sia ridotto al minimo. La caduta dei fulmini è un rischio formidabile per le operazioni del Kennedy Space Center, dato che i veicoli spaziali sono particolarmente vulnerabili ai danni provocati dai fulmini. Ad esempio, nel Luglio 2009 l'area di lancio della navetta spaziale Endeavour fu colpita almeno 11 volte compresa l'antenna dell'illuminazione ed il serbatoio dell'acqua, provocando costosi ritardi prima che fosse possibile completare il lancio con successo.

Molti requisiti, una soluzione

La località di lancio Kennedy Space Center in Florida è ideale perché risiede vicino all'equatore. Infatti, la rotazione terrestre dà effettivamente una spinta supplementare durante il lancio, per cui occorre meno carburante per raggiungere lo spazio. Sfortunatamente la Florida può essere spesso anche un luogo di lancio difficoltoso, perché ha il più alto tasso di cadute di fulmini per chilometro quadrato negli USA, che la rendono la capitale dei fulmini del paese. Per combattere questo pericolo, il Kennedy Space Center richiese un monitoraggio dei fulmini che potesse operare in parallelo con un sistema di protezione dai fulmini. Ambedue i sistemi dovevano essere efficaci in ogni punto critico durante il programma di lancio dei veicoli spaziali. I veicoli spaziali vengono inizialmente assemblati all'interno di un grande edificio chiamato Vehicle Assembly Building. Essi vengono poi trasferiti sulla piazzola di lancio da uno speciale trasportatore per carichi pesanti denominato Mobile Launcher Platforms, in cui vengono effettuate la preparazione finale e le verifiche della missione prima del lancio.

Il veicolo spaziale è vulnerabile alla caduta dei fulmini dal momento in cui emerge dal Vehicle Assembly Building fino al momento in cui viene finalmente lanciato nello spazio. Durante questo periodo è importante monitorare continuamente numerosi punti sia all'interno che all'esterno del veicolo spaziale, per determinare qualsiasi possibile problema che possa essersi verificato a causa dei transitori elettrici indotti dai fulmini caduti nell'area.

Per raggiungere quest'obiettivo, la HBM ha sviluppato un sistema che il Kennedy Space Center utilizza per misurare le correnti e tensioni indotte in circa 120 punti di misura. Mediante il monitoraggio di più punti è possibile indentificare i luoghi in cui si verificano alte correnti indotte, e quindi stabilire dove possano essere avvenuti dei danni.

Per sviluppare il sistema di monitoraggio dei fulmini si son dovuti prendere in considerazione numerosi fattori.

Il Kennedy Space Center ha una temperatura ambientale media che spesso raggiunge e supera i 90 °F (32 °C) mentre anche l'umidità è molto alta, pertanto qualsiasi sistema deve essere molto resistente alla corrosione ed all'umidità. Un altro fattore era l'alto rischio di danni dovuti agli urti e vibrazioni che sono presenti durante il lancio del veicolo spaziale, rendendo necessario che il sistema soddisfi gli opportuni standard delle specifiche militari. Era anche considerato molto importante che la tensione di alimentazione del trasmettitore fosse solo in continua (CC). Ciò avrebbe permesso il funzionamento a batterie, il quale assicura il completo isolamento quando cadono i fulmini nelle vicinanze. Tuttavia, era egualmente importante il passaggio ad un circuito di ricarica CC mediante un commutatore a controllo remoto sul trasmettitore dopo che fosse passata la tempesta, al fine di mantenere le batterie cariche per monitorare le operazioni continuamente.

La soluzione scelta che soddisfaceva tutti i requisiti del Kennedy Space Center fu lo HBM Genesis HighSpeed con il software Perception, essendo questo un sistema DAQ che può monitorare fino a 64 canali con un singolo mainframe, con banda passante di 25 MHz e con capacità di registrare fino a 100 MS/s. Esso consente anche la finestra trigger da qualsiasi canale.

Nel punto di prova l'apparecchiatura comprendeva un trasmettitore a fibra ottica 7600 con cadenza di 100 MS/s, risoluzione di 14 bit e banda passante di 25 MHz. I trasmettitori sono alloggiati in una custodia di acciaio inossidabile 304; lo stesso materiale usato per proteggere il Gateway Arch a St. Louis, Missouri, poiché esso non si macchia o corrode così facilmente come l'acciaio inossidabile ordinario. Furono scelti i cavi a fibra ottica a causa delle distanze necessarie – fino a 12 km – fra i molti punti di misura. L'apparecchiatura HBM ha precisione a fondo scala dello 0,1 % per lunghezze di oltre 800 m e dispone di correzione automatica della lunghezza del cavo, mentre evita l'incrocio dei canali.

Piazzole di lancio 39A (davanti) e 39B (dietro) al KSC di Cape Canavaral.
Sistema di acquisizione dati ad ultra velocità HBM Genesis HighSpeed GEN16t.

Indicazione in tempo reale, navigazione ed altro ancora, con il software Perception della HBM

Tutti i punti di campionamento sono sicronizzati coi codici temporali IRIG (Inter-Range Instrumentation Group), consentendo la sincronizzazione e correlazione dei dati fra i canali e le altre operazioni del Kennedy Space Center, a prescindere dalla lunghezza del cavo di fibra ottica. I trasmettitori a fibra ottica erano connessi (linked) ad un ricevitore a fibra ottica HBM 7600 che accetta fino a quattro trasmettitori 7600 e che fornisce la trasmissione monomodale a fibra ottica con memoria transitori da 900 MS. Questo sistema consente di isolare e provare i singoli punti di misura in modo separato dal sistema di registrazione. Usando il software HBM Perception, il sistema di monitoraggio fulmini è in grado di visualizzare in tempo reale, controllare ed analizzare, insieme a numerose altre opzioni per analizzare e riprodurre i dati rilevati. Il sistema consente la visualizzazione su più schermi e dispone di funzioni di reportistica avanzate quali la riproduzione (playback) video sincronizzata. Perception si integra con i programmi standard di Microsoft Office come Word ed Excel. Inoltre, il sistema utilizza la tecnologia di visualizzazione StatStream© che consente la revisione di Gigabyte di dati in pochi secondi. Il sistema può anche produrre un segnale di prova controllato a distanza che consente la verifica del percorso del segnale, essendo poi in grado di analizzare e generare rapporti automatici basati su ogni evento fulmine che possa verificarsi. Il sistema di protezione dai fulmini impiega alte torri per sostenere i cavi metallici che intercettano i fulmini nelle vicinanze e deviano le correnti lontano dalla piazzola di lancio. Esse sono collegate ad una serie di cavi metallici che indirizzano l'elettricità lontano dal veicolo. In quest'area sono protette due piazzole di lancio. La Launch Pad 39A – progettata per la prossima generazione di veicoli da lancio – ha una torre situata in cima alla pista, mentre la Launch Pad 39B – dispone di tre torri alte 594 ft (180 m) che forniscono la protezione.

Immagini di fonte NASA: mediaarchive.ksc.nasa.gov/detail.cfm

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