sotr: il sistema di controllo termico della sojuz

L’incidente del 14 dicembre 2022, nel quale un oggetto esterno, un detrito o più probabilmente un micrometeorite dello sciame delle Geminidi, ha colpito un radiatore del modulo di servizio chiamato PAO della Sojuz MS-22 provocando una copiosa perdita di refrigerante, ha portato alla ribalta il complesso insieme di apparati di controllo termico che in gergo tecnico è chiamato SOTR, acronimo dal russo Systema Obespecheniya Teplovogo Rezhima, che vuol dire appunto Sistema di controllo termico.

Ma di che si tratta?

Un passetto indietro: mi riallaccio ad un’osservazione che mi è stata fatta su uno dei post che, nelle ore successive all’incidente, ho pubblicato per aggiornare il blog della situazione in atto. Qualcuno mi ha chiesto che necessità ci fosse di un sistema così complicato in un’astronave che vola nello spazio dove fa freddissimo in ombra e caldissimo al sole. Se fosse così semplice basterebbe girare la nave come un girarrosto raffreddando le parti calde in ombra e riscaldando quelle fredde al sole. In teoria non è una soluzione del tutto errata ma per mantenere temperature costanti, ci vuole, come sulla Terra, un mezzo conduttore. Non essendoci aria, ci si deve affidare a dei liquidi e, nelle parti pressurizzate, all’aria interna delle sezioni abitabili (che se mi seguite abbastanza sapete sono il modulo di rientro SA e la sezione abitativa BO). A complicare il tutto bisogna considerare che molti componenti hanno bisogno di diverse temperature di esercizio che devono oscillare in un raggio non molto ampio. Quindi vanno mantenute più o meno costanti temperature diverse per ogni tipo di apparecchiatura che bisogna gestire.

Capite bene che far fare il grill alla nave, oltre a causare nausea all’equipaggio, non è una soluzione.

Innanzitutto, il sistema SOTR è diviso in due sottosistemi: un intricato sistema di tubazioni di liquido refrigerante e riscaldante detto ZhSOTR (Zh sta per Zhidklhost’, cioè liquido) e tutta la parte della ventilazione forzata dei moduli pressurizzati SA e BO, chiamata VSOTR (v sta per Ventilyatsji cioè ventilazione); in questi ultimi è responsabile anche della rimozione del calore e dell’umidità in eccesso generati durante il volo e, dopo l’atterraggio, il sistema fornisce aria esterna nel modulo SA fino all’arrivo dei soccorritori.

Com’è fatto?

Esistono vari componenti che si chiamano:

EVTI, cioè l’isolamento termico, banalmente il materiale isolante interno ed esterno;

NKhR (Navesnoi Kholodny Radiator), cioè lo scambiatore di calore esterno (quello che pare sia stato colpito dal detrito/micrometeorite);

SV (Sredstva Ventilyatsji) cioè tutti gli apparati di ventilazione;

SU (Sredstva Upravlenija) cioè tutte le apparecchiature di controllo

KZhO (Kontur Zhilykh Otsekov), cioè il sistema di tubazioni proprie delle sezioni pressurizzate SA e BO;

KNR (Kontur Naruzhnogo Radiatora) il sistema di tubazioni del radiatore esterno;

KOK (Kontur Otkatcki Kondensata) cioè il sistema di tubazioni per la rimozione della condensa.

Il sistema KZhO scambia il calore del liquido refrigerante con il radiatore NKhR per mezzo delle tubazioni del circuito KNR. La temperatura del liquido deve essere tra +2°C a +10°C durante il volo autonomo della Sojuz e tra +14°C a +18°C durante le fasi in cui la Sojuz è attraccata alla ISS. Se il sistema SOTR è completamente disattivato, durante il volo attraccati alla ISS, il liquido viene mantenuto ad una temperatura tra i +8 e +11,5°C. Per far circolare il liquido nei vari sottosistemi del circuito, sono presenti tre pompe chiamate ENA (Elektro-Nasosny Aggregate).

Quando i due moduli pressurizzati SA e BO si separano durante il rientro, le tubazioni di collegamento tra di essi vengono interrotte ed il modulo di discesa SA si trova ad avere un suo circuito chiuso che assume il nome di KVO (Kontur Vodyanogo Okhlazhdenya). In caso di ammaraggio, il KVO pompa l’acqua all’esterno del modulo SA.

Gli apparati di ventilazione controllano la temperatura dell’aria nei singoli componenti delle varie sezioni, dalla PAO alla SA alla BO. Tutte queste ventole sono comandate da un sofisticato sistema di controllo chiamato SU.

Le temperature entro le quali debbono trovarsi i vari ambienti abitabili vanno da +18°C a +25°C con un picco massimo di 30°C o minimo di +10°C per non più di tre ore al giorno, durante il volo autonomo. L’umidità deve trovarsi tra il 20 e l’80% con un picco massimo del 90% per un massimo di tre ore al giorno. Nei vani strumenti delle sezioni SA e BO e nella sezione PAO, la temperatura deve essere mantenuta tra +0°C e +40°C. Lo stesso sistema controlla la temperatura delle tubazioni e dei serbatoi del carburante del motore KDU della Sojuz che deve mantenersi tra +0°C e +30°C. La stessa copertura del motore KDU deve essere mantenuta tra i -50°C ed i +60°C. Le batterie devono essere mantenute tra +10°C e +35°C quando sono a riposo. In funzionamento possono raggiungere un picco di +40°C per non più di due ore.

Particolare è il sistema di dissipazione dell’avionica di bordo. Tutta la componentistica ad alto assorbimento di energia come i computer di volo etc, è montata su speciali piastre a diretto contatto con la superficie esterna per la dissipazione del calore nello spazio. La componentistica elettronica viene comunque mantenuta sotto un getto d’aria che ne garantisce una temperatura non superiore a +40°C.

Abbiamo quindi visto come un incidente che investa questo sofisticato sistema possa rivelarsi estremamente critico per una gran parte di componenti di un veicolo così complesso come una nave spaziale.

Purtroppo, siamo portati, vuoi da molta faciloneria con la quale vengono diffuse le notizie, vuoi da un certo condizionamento dovuto all’abitudine derivata dai film di fantascienza, a pensare che si tratti di problemi banalmente risolvibili con un “arrivano i nostri”. Ma non è così.