Studium stacji kosmicznej fazy B, McDonnell-Douglas (1970)

0

Jesienią 1966 roku, NASA zwróciła się do Biura Budżetowego (BOB) prezydenta Lyndona Johnsona o 100 milionów dolarów, jako sumę wydatków zaplanowanych na rok fiskalny 1968, którą miano spożytkować na rozpoczęcie tzw. Fazy B studiów stacji kosmicznych na orbicie Ziemi. Wraz ze zbliżającą się kulminacją Programu Apollo, agencja chętna była ustalić listę kolejnych celów, przypadających na okres po lotach księżycowych, a na samym jej szczycie znalazła się idea stacji kosmicznej – laboratorium, znajdującego się na orbicie Ziemi, które miałoby badać efekty długotrwałego pobytu w kosmosie, wykonywałoby eksperymenty naukowe i technologiczne, a także umożliwiałoby obserwację Ziemi i przestrzeni kosmicznej.

NASA wykonywała studia Fazy A stacji kosmicznej niemalże od momentu swojego powstania w Październiku 1958 roku. Co więcej, gdyby trzymano się podejścia NASA, stacja kosmiczna wyprzedziłaby program Apollo i loty załogowe na Księżyc. Wezwanie prezydenta Johna F. Kennedy’ego w maju 1961 roku, wzywające do lądowania na Srebrnym Globie przed Rosjanami pod koniec lat sześćdziesiątych, wymusiło jednak zmianę planów jej budowy. W pewnym sensie, wniosek o przyznanie środków finansowych na rok 1968 był próbą powrotu do pierwotnego programu NASA i planów stopniowej realizacji celów, dotyczących stacji kosmicznej, a także lotów księżycowych i na Marsa, przedstawionych przez Wernhera von Brauna w 1950 roku.

Wizja artystyczna stacji kosmicznych na orbicie Ziemi, wykorzystujących hardware programu Apollo
(NASA)

BOB odrzuciło wniosek NASA. Kolejne zmiany nastąpiły po wydarzeniach stycznia 1967 roku, kiedy doszło do pożaru podczas testów kapsuły załogowej Apollo, w której zginęło trzech astronautów. W jej wyniku NASA znalazła się pod jeszcze większą kontrolą, a fundusze na programy mające rozpocząć się po zakończeniu programu Apollo zostały jeszcze bardziej ograniczone. W efekcie Kongres zajmował się jedynie zatwierdzonym programem AAP (Apollo Applications Program), który opierał się na wykorzystaniu już istniejącego, księżycowego hardware, do realizacji nowych celów, w tym serii laboratoriów kosmicznych, umieszczonych na orbicie Ziemi i opartych o zużyte stopnie rakietowe Saturn-IVB, co w istocie oznaczało pół-miliardowe cięcia w wydatkach kosmicznych, które przypadły na sierpień 1967 roku.

NASA wyszła z kryzysu spowodowanego pożarem w listopadzie 1967 roku, gdy pierwszy test trzystopniowej rakiety księżycowej Saturn V zakończył się sukcesem, co przyczyniło się w dużym stopniu do odzyskania przez agencję straconego wcześniej zaufania. Niestety, za odbudową pozycji nie poszło zwiększenie finansowania na projekty zaplanowane po misjach Apollo. Gdy James Webb, ówczesny administrator NASA, który prowadził ją od początków programu Apollo, we wrześniu 1968 roku publicznie ogłosił, że opuści agencję, w swojej wypowiedzi skierowanej do dziennikarzy powiedział, że NASA jest „dobrze przygotowana… aby wykonać misje, które zostały zatwierdzone”. Dodał również, że „to czego nie byliśmy w stanie zrobić pod tak silną presją aktualnego budżetu to zapewnienie finansowania dla nowych misji.”

Zastępca Webba, Thomas Paine, został zatem osobą pełniącą obowiązki administratora NASA. Webb, którego doświadczenie z rządem federalnym sięgało 1932 roku, zręcznie prowadził NASA przez meandry polityki Waszyngtonu. Paine przeciwnie, miał zaledwie siedem miesięcy doświadczenia w służbie państwowej. Jego brak doświadczenia dał o sobie znać niemal natychmiast, gdy zaczął on naciskać Prezydenta Johnsona o wydanie ostatecznej decyzji, dotyczącej stacji kosmicznej w ostatnich tygodniach jego urzędowania. Johnson odroczył jednak decyzję na czas kadencji kolejnego prezydenta.

Thomas Paine, administrator NASA w latach 69-70 (NASA)
Thomas Paine, administrator NASA w latach 69-70
(NASA)

Wkrótce po inauguracji prezydentury Richard M. Nixona w styczniu 1969 roku, Paine spróbował uzyskać odpowiedź po raz kolejny. Najwyraźniej miał nadzieję, że sukcesy Programu Apollo spowodują, iż nowy Prezydent da NASA wolną rękę w sprawie przyszłych projektów. Ale nawet pomimo faktu, że Apollo 8 wraz ze swoją trzyosobową załogą triumfalnie okrążył Księżyc, a następnie bezpiecznie powrócił na Ziemię na niespełna miesiąc przed jego inauguracją, Nixon odmówił wsparcia nowych programów NASA. Zamiast tego, przełożył decyzję w tej sprawie do czasu, aż nowo ustanowiona grupa STG (Space Task Group) zakończy tworzenie swojego raportu we wrześniu 1969 roku. Paine był członkiem STG z prawem głosu, ale przewodniczącym grupy stał się Wiceprezydent Spiro Agnew.

Paine zdecydował się nie czekać na wynik obrad STG. W styczniu i lutym 1969 roku nadzorował utworzenie w NASA Space Station Task Force, Space Station Steering Group oraz niezależną Space Station Review Group. Organy te przygotowały studia Fazy B stacji kosmicznej w ramach Phase B Space Station Study Statement of Work (SOW), które NASA przekazała następnie firmom z branży kosmicznej w dniu 19 kwietnia 1969 roku.

Przedstawione w ramach SOW koncepcje, proponowały budowę 12-osobowej stacji kosmicznej, której konstrukcja mogłaby posłużyć także jako fundament dla budowy 100-osobowej, kosmicznej bazy na orbicie okołoziemskiej. 12-osobowa stacja miała zostać wyniesiona za pośrednictwem rakiety Saturn V w 1975 roku i pozostać w użyciu przez okres około 10 lat. Sześćdziesiąt procent studiów w ramach Fazy B miało zostać poświęconych właśnie tej 12-osobowej stacji kosmicznej, 15 procent na studia jej przyszłej roli w ramach 100-osobowej bazy orbitalnej, kolejne 15 procent na zapewnienie odpowiedniej logistyki przez tymczasowy pojazd kosmiczny, wynoszący załogi oraz zaopatrzenie do 12-osobowej stacji kosmicznej, oraz 10 procent na opracowanie systemu dokowania 12-osobowej stacji z zaawansowanym systemem transportowym (którym miałby się stać prom kosmiczny).

Spośród różnych firm sektora kosmicznego, trzy – Grumman, North American Rockwell (NAR) oraz McDonnell Douglas Astronautics Company (MDAC) przesłało swoje propozycje. 22 lipca 1969 roku – dwa dni po udanym lądowaniu misji Apollo 11 na Księżycu – NASA przyznała NAR oraz MDAC kontrakty warte 2,9 miliona dolarów każdy, na wykonanie studiów Fazy B stacji kosmicznej. Wartość ta była daleka od 100 milionów dolarów, których Webb szukał pod koniec 1966 roku, aby móc sfinansować studia Fazy B.

Początek prac nad studium Fazy B formalnie przypadł na wrzesień 1969 roku, choć wykonawcy rozpoczęli kompletowanie swoich zespołów i wydawali własne fundusze na prace nad studiami nawet zanim NASA wydała dokumentację SOW. Zespoły MDAC i NAR zawierały także ponad 30 podwykonawców każdy. NAR i MDAC były bardzo chętne do parcia naprzód na własny koszt, ponieważ oczekiwały, że ewentualne kolejne fazy programu budowy stacji kosmicznej – C/D – będą niezwykle lukratywne.

Należące do NASA Centrum Pojazdów Załogowych (Manned Spacecraft Center – MSC) w Houston nadzorowało prace nad studiami Fazy B, wykonywanymi przez NAR, podczas gdy zespół MDAC realizujący te same zagadnienia, znalazł się pod nadzorem Centrum Kosmicznego im. Marshall’a (Marshall Space Flight Center), znadjującego się w Huntsville w Alabamie. Ten podział pracy odzwierciedlał istniejące wcześniej w NASA relacje, funkcjonujące na zasadzie ośrodek badawczy – wykonawca. MSC zarządzał wcześniej kontraktem NAR na wykonanie pojazdu załogowego Apollo, podczas gdy MDAC był głównym wykonawcą Warsztatu Orbitalnego (AAP Orbital Workshop) dla MSFC, opartego o stopień S-IVB rakiety Saturn.  Warsztat ten został przemianowany na Skylab w lutym 1970 roku.

Wizja artystyczna stacji kosmicznej projektu MDAC (McDonnell-Douglas)
Wizja artystyczna stacji kosmicznej projektu MDAC
(McDonnell-Douglas)

W marcu 1969 roku, Departament Stanu ostrożnie poparł propozycję NASA w sprawie budowy stacji kosmicznej oraz rozpoczęcia programu wahadłowców, ponieważ oczekiwał, że może to otworzyć możliwości współpracy międzynarodowej. Mając to na uwadze, NASA zaprosiła zagranicznych przedstawicieli do udziału w przeglądach kwartalnych studiów Fazy B. Na początku czerwca 1970 roku, gdy badania prowadzone w ramach fazy B zbliżały się do planowego końca, Europejska Organizacja Badań Kosmicznych (European Space Research Organization – ESRO) zrewanżowała się zapraszając zespoły NAR i MDAC, by mogły przedstawić swoje studia Fazy B w Paryżu.

C. J. Dorrenbacher, Wiceprezes MDAC do spraw Zaawansowanych Systemów i Technologii, rozpoczął swoją prezentację poprzez pokazanie powiązań, pomiędzy projektem 12-osobowej stacji orbitalnej jego firmy oraz Skylaba, który miał być planowo wystrzelony w 1972 roku. Skylab, powiedział na Paryskim spotkaniu, stanowiłby ewolucję lotów załogowych NASA z koncepcji „kokpitu do miejsca kosmicznego zamieszkania”. Wyjaśnił, że Skylab zawierałby „wiele systemów, które są prototypami w stosunku do tych, które będą używane na stacji kosmicznej”, i dodał, że „doświadczenie w eksploatacji, konserwacji i zdolności do podtrzymania ludzkiej obecności [uzyskane w Skylabie]w znacznym stopniu rozszerzy naszą wiedzę, a tym samym nasze zaufanie do programu stacji kosmicznej”.

Tak jak w przypadku Skylaba, stacja kosmiczna projektu MDAC opuściłaby Ziemię za pomocą dwustopniowej rakiety Saturn V. Rakieta, która otrzymała oznaczenie INT-2, składałaby się ze stopni S-IC oraz S-II, posiadających średnicę 9,2 metra, która jednocześnie określałaby średnicę samej stacji kosmicznej. Drugi stopień S-II wprowadziłby długą na 34 metry stację kosmiczną o kształcie zbliżonym do pocisku, na 456 kilometrową orbitę kołową o 55 stopniowej inklinacji w stosunku do ziemskiego równika. Po wykonaniu zadania miałby odłączyć się od stacji i zejść z orbity nad odludnym obszarem oceanu.

Przekrój stacji kosmicznej MDAC w konfiguracji startowej (McDonnell-Douglas)
Przekrój stacji kosmicznej MDAC w konfiguracji startowej
(McDonnell-Douglas)

Stacja kosmiczna MDAC składać się miała z dwóch głównych modułów: dwupoziomowego, z grubsza stożkowatego modułu ze sztuczną grawitacją (AGM), oraz czteropoziomowego modułu w kształcie bębna. 15-metrowy moduł główny miał zostać podzielony na dwie niezależne sekcje, każda z własnym pokładem badawczym oraz mieszkalnym. Również moduł wyposażony w sztuczną grawitację posiadałby po jednym takim pokładzie. Każda z trzech sekcji posiadałaby niezależny system podtrzymywania życia i mogłaby pomieścić całą załogę w sytuacjach awaryjnych. Moduł główny oraz AGM posiadałyby również po jednym przedziale bezciśnieniowym, przeznaczonym dla urządzeń.

Przekrój modułu głównego stacji kosmicznej MDAC  (McDonnell-Douglas)
Przekrój modułu głównego stacji kosmicznej MDAC
(McDonnell-Douglas)

Przekrój modułu AGM wg projektu MDAC (McDonnell-Douglas)
Przekrój modułu AGM wg projektu MDAC
(McDonnell-Douglas)

Wkrótce po osiągnięciu orbity, stacja MDAC odrzuciłaby opływową osłonę aerodynamiczną, umieszczoną na szczycie rakiety, odsłaniając tym samym swój umieszczony z przodu węzeł cumowniczy. Następnie, teleskopowy element, łączący AGM z segmentem głównym rozłożyłby się, by oddzielić oba te moduły o kilka metrów. Pozwoliłoby to na wystawienie dotychczas schowanych przedziałów urządzeń na próżnię kosmiczną i umożliwiło rozłożenie czterech dużych, talerzowych anten oraz radiatorów, usuwających nadmiar ciepła z dwóch nuklearnych źródeł zasilania opartych o generatory izotopowe z cyklem Braytona (Isotope/Brayton – I/B – Nuclear Power Units). Każda jednostka I/B wytwarzałaby około 10 kilowatów energii elektrycznej i w przypadku awarii mogłaby zostać odłączona od stacji, aby bezpiecznie wejść w atmosferę Ziemi.

Wizja artystyczna stacji kosmicznej MDAC na orbicie Ziemi (McDonnell-Douglas)
Wizja artystyczna stacji kosmicznej MDAC na orbicie Ziemi
(McDonnell-Douglas)

Do czasu spotkania w Paryżu, NASA przesunęła planowany start 12-osobowej stacji kosmicznej na rok 1977. Choć ruch ten był podyktowany przez coraz bardziej niekorzystne założenia budżetowe, urzędnicy agencji kosmicznej mieli nadzieję, że dwa lata poślizgu zapewnią możliwość transportu astronautów, wyposażenia oraz modułów eksperymentalnych na orbitę za pośrednictwem promów kosmicznych, eliminując tym samym potrzebę posiadania tymczasowego pojazdu przejściowego, istniejącego jedynie jako sposób na zapewnienie właściwej logistyki. W swoim projekcie, MDAC założyło, że system transportowy promu kosmicznego wielokrotnego użytku będzie składał się z pilotowanej rakiety-nosiciela, wyposażonej w skrzydła, oraz z samego pilotowanego orbitera, który wyposażony by został w ładownię o wymiarach 4,6 na 18,3 metra.

Szkic prezentujący założenia pojazdu załogowego wielokrotnego użytku, ujętego w ramach projektu MDAC (McDonnell-Douglas)
Szkic prezentujący założenia pojazdu załogowego wielokrotnego użytku, ujętego w ramach projektu MDAC
(McDonnell-Douglas)

Kontrolerzy lotu na Ziemi sprawdzaliby zdalnie kluczowe systemy stacji kosmicznej. Gdyby uznano ją za zdatną do zamieszkania, po upływie 24 godzin od czasu osiągnięcia przez nią orbity, jej pierwszych 12-tu mieszkańców wystartowałoby z Przylądka Kennedy’ego. Osiem godzin później ich orbiter spotkałby się ze stacją i otworzył swoje drzwi ładowni. Następnie załoga opuściłaby orbiter wewnątrz ważącego 18 ton, Modułu Załogowo-Towarowego (Crew/Cargo module – CCM).

Położenie CCM w wizji promu kosmicznego (McDonnell-Douglas)
Położenie CCM w wizji promu kosmicznego
(McDonnell-Douglas)

W ujęciu MDAC, CCM – niezależny pojazd kosmiczny wielkości pojazdu Apollo – przypominał w zarysie pojazd transportowy w kształcie bębna, z umieszczonymi z przodu, niewielkimi modułami stacji kosmicznej, przedstawionymi przez McDonnell w 1962 roku i opartymi o hardware pojazdu kosmicznego Gemini. Kapsuły tego typu, które wyniosły łącznie 10 dwuosobowych misji na orbitę okołoziemską w latach 1965-1966 i były budowane przez McDonnell przed połączeniem firmy z Douglas Aircraft w kwietniu 1967 roku, co utworzyło MDAC.

Przekrój przez pojazd transportowy MCC (McDonnell-Douglas)
Przekrój przez pojazd transportowy MCC
(McDonnell-Douglas)

CCM rozłożyłby swoje cztery moduły napędowe, umieszczone po bokach i manewrując, zbliżyłby się do tylnego węzła cumowniczego stacji kosmicznej, umieszczonego na końcu modułu głównego. Astronauci następnie weszliby na pokład stacji i rozpoczęli sprawdzanie jej systemów. Gdyby etap ten zakończył się bez żadnych problemów, pozostający do tej pory w pobliżu stacji orbiter, rozpocząłby swój powrót na Ziemię – miałoby to miejsce około 25 godzin po opuszczeniu przez załogę jego ładowni.

Pojazdy CCM odwiedzałyby stację kosmiczną MDAC co 90 dni z nowymi załogami i zaopatrzeniem. Z całej 18-tonowej masy pojazdu, 13 ton przypadałoby na ładunek. Po zacumowaniu nowego CCM z nową załogą do stacji, stara załoga przeszłaby do swojego CCM, odcumowała, a następnie wykonała manewry niezbędne do bezpiecznego połączenia z orbiterem w jego ładowni i w ten sposób powróciła na Ziemię.

Wizja artystyczna pojazdu CCM manewrującego w kierunku tylnego węzła cumowniczego stacji kosmicznej MDAC (McDonnell-Douglas)
Wizja artystyczna pojazdu CCM manewrującego w kierunku tylnego węzła cumowniczego stacji kosmicznej MDAC
(McDonnell-Douglas)

1,5-metrowy właz, przez który pierwsi astronauci weszliby do ich nowego domu, otwierałby się do środka centralnego „tunelu” modułu głównego. Oprócz pełnienia funkcji głównej „arterii”, łączącej moduł główny z czterema pokładami ciśnieniowymi, trzymetrowej średnicy cylinder stanowiłby także awaryjne pomieszczenie dla całej załogi, miejsce dla kanałów i przewodów, chronione przed promieniowaniem miejsce składowania klisz fotograficznych, 180-dniowy zapas żywności zgromadzony na wypadek nieprzewidzianych okoliczności oraz miejsce przechowywania skafandrów kosmicznych.

Na przednim końcu tunelu modułu głównego, znajdować się miał kolejny 1,5 właz, który otwierałby się do środka cylindrycznej śluzy. Śluza ta zajmowałaby się w centrum przedziału urządzeń w module głównym. Właz w jej ścianie otwierałby się do pozbawionego atmosfery modułu urządzeń, który zawierałby zbiorniki na płyn i gaz, dwie jednostki zasilania I/B wraz z ich systemem radiatorów oraz układami przetwarzania i dystrybucji energii elektrycznej, a także bezciśnieniowa wolna przestrzeń do przechowywania. W suficie śluzy znajdował się następny 1,5 metrowy właz, który prowadził do teleskopowego połączenia z modułem wyposażonym w sztuczną grawitację.

Teleskopowy moduł, łączyłby się z tunelem centralnym, umożliwiając dostęp do dwóch pokładów AGM. 1,5 metrowy właz na końcu tunelu otwierałby się do środka cylindrycznej śluzy w centrum bezciśnieniowego przedziału urządzeń modułu AGM. Właz w jej ścianie umożliwiałby dostęp do przedziału ładunkowego, zbiorników na gaz i płyn oraz niewielkich silniczków wraz ze zbiornikami paliwa do nich. Przedział posiadał również wolną przestrzeń, gotową do przyjęcie ewentualnej, trzeciej jednostki zasilania I/B. Właz umieszczony w suficie śluzy stanowiłby połączenie z przednim węzłem cumowniczym.

Przekrój objaśniający pozycje poszczególnych pokładów stacji kosmicznej (McDonnell-Douglas)
Przekrój objaśniający pozycje poszczególnych pokładów stacji kosmicznej
(McDonnell-Douglas)

Dorrenbacher powiedział swojej europejskiej publiczności, że pierwsza załoga stacji niemal natychmiast rozpoczęłaby 30-dniowy eksperyment z użyciem sztucznej grawitacji. Teleskopowy łącznik zostałby rozłożony na swoją maksymalną długość. Sześcioosobowa załoga zajęłaby miejsce w module AGM, podczas gdy „część” znajdowałaby się jedynie w małej „strefie zerowego ciążenia” wewnątrz łącznika w pobliżu środka masy stacji oraz w pozostałym module głównym.

Diagram stacji z naniesionymi wartościami siły odśrodkowej (McDonnell-Douglas)
Diagram stacji z naniesionymi wartościami siły odśrodkowej
(McDonnell-Douglas)

Następnie astronauci odpaliliby niewielkie silniczki zainstalowane w przedziale urządzeń modułu AGM tak, aby stacja obracała się z prędkością czterech obrotów na minutę wokół swojego środka masy. Spowodowałoby to powstanie siły odśrodkowej, którą astronauci odczuwaliby jako ciążenie. Na pierwszym pokładzie modułu głównego, w odległości 19.2 metra od środka masy, wartość tej siły byłaby równoważna 0,35 ziemskiej grawitacji.

Na pokładzie mieszkalnym modułu AGM, oddalonego o 39.3 metra od środka masy, wartość ta byłaby większa i wynosiła 0.7 ziemskiej grawitacji.
Po miesiącu trwania eksperymentu ze sztuczną grawitacją, astronauci zatrzymaliby rotację stacji, używając do tego celu tych samych silniczków i przywracając tym samym stan mikrograwitacji na jej pokładzie. Moduł AGM posiadałby dostateczną ilość paliwa, aby umożliwić przeprowadzenie pięciu podobnych eksperymentów.

Wizja artystyczna stacji MDAC po rozpoczęciu okresu eksploatacji (McDonnell-Douglas)
Wizja artystyczna stacji MDAC po rozpoczęciu okresu eksploatacji
(McDonnell-Douglas)

Dorrenbacher opisał 12-osobową stację kosmiczną jako „obiekt badawczy, zdolny do pomieszczenia eksperymentów z zakresu wszystkich dyscyplin … tworząc laboratorium ogólnego stosowania”. W dniu startu, zawierałoby ono trzy pokłady przeznaczone na eksperymenty. Pokład drugi, który miałby stanowić miejsce badań  istot żywych w warunkach zerowej grawitacji, wyposażony także w ambulatorium oraz izolatkę. Pokład czwarty, zawierający uniwersalne laboratorium, stanowiące miejsce do prac naukowych oraz inżynieryjnych i wyposażone w odizolowaną komorę w kształcie bębna przeznaczoną do testów i na eksperymenty, laboratorium mechaniki, laboratorium elektroniczno-elektryczne, miejsce przetwarzania danych, laboratorium optyki oraz małą śluzę na eksperymenty. Pokład piąty zawierałby parę wirówek (centryfug) o wielkości wystarczającej do pomieszczenia człowieka i eksperymentów.

Przekrój pokładu drugiego stacji MDAC (McDonnell-Douglas)
Przekrój pokładu drugiego stacji MDAC
(McDonnell-Douglas)

Na podstawie danych NASA, MDAC określiło osiem dyscyplin, z zakresu których byłyby przeprowadzone eksperymenty na pokładzie stacji – astronomii, fizyki kosmicznej, biologii kosmicznej, badań Ziemi, medycyny kosmicznej, produkcji w warunkach kosmicznych, inżynierii, a także zaawansowanych technologii. Nie wszystkie eksperymenty mogłyby jednak być przeprowadzane jednocześnie – przykładowo, badania z wykorzystaniem sztucznej grawitacji, uniemożliwiałyby równoległe prowadzenie doświadczeń, wymagających stabilnej platformy i zerowego ciążenia.

Przekrój pokładu czwartego stacji MDAC (McDonnell-Douglas)
Przekrój pokładu czwartego stacji MDAC
(McDonnell-Douglas)

Następnie Dorrenbacher przedstawił wstępnie określony harmonogram dla programu eksperymentów. Rozpoczynał się on od doświadczeń biomedycznych, wraz z przybyciem pierwszej załogi, które miały trwać aż do planowanego zakończenia 10-letniego okresu eksploatacji stacji kosmicznej, podobnie jak eksperymenty z zakresu „integracji działań załogi z systemami stacji”. Generalnie rzecz biorąc, wczesne badania nie związane ze sztuczną grawitacją skupiałyby się na funkcjonowaniu stacji oraz na jej zdolności do podtrzymania życia. Eksperymenty „testujące komponenty” zakończyłyby się na początku 1978 roku, a „serwisowe i logistyczne” pod koniec tego samego roku. Badania z zakresu „przebywania i życia na orbicie”, „skażenia” oraz „ekspozycji na warunki kosmiczne” zakończyłyby się w połowie 1979 roku.

Pojazdy CCM dostarczałyby urządzenia konieczne do przeprowadzania nowych eksperymentów oraz poszerzenia dostępnego w chwili startu wyposażenia. Jednocześnie sprzęt, który wyszedłby z użycia oraz zbędny już hardware wykorzystany w eksperymentach, zostałyby przeniesione do pojazdów CCM, po czym wysłane w drogę powrotną na Ziemię. Dorrenbacher zasugerował, że po zakończeniu serii eksperymentów z zakresu sztucznej grawitacji po koniec 1978 roku, wyposażenie wnętrza pokładu szóstego mogłoby zostać zwrócone na Ziemię, a sam przedział zostałby przekształcony w laboratorium fizyki i chemii, dzięki aparaturze dostarczonej przez pojazdy CCM.

Mniej więcej w tym czasie do stacji projektu MDAC miałyby przybyć pierwsze moduły dodatkowe Moduły Dołączone (Attached Modules – AM) oraz Moduły Swobodnego Lotu (Free-Flying Modules – FFM), wysłane w ładowni promów kosmicznych. Jeden z modułów AM służyłby badaniom kosmosu w zakresie promieniowania ultrafioletowego (UV) i zostałby zacumowany do portu umieszczonego na boku modułu głównego, łącząc się z laboratorium ogólnego zastosowania na pokładzie czwartym. Inny AM, przeznaczony badaniom Ziemi, zacumowałby do drugiego portu na pokładzie czwartym lub w punkcie cumowniczym pokładu drugiego.  Dwa FFM poświęcone odpowiednio astronomii słonecznej oraz badaniom kosmosu w zakresie wysokich energii, cumowałyby do przedniego węzła cumowniczego, gdyby konieczne było przeprowadzenie ich serwisowania – na przykład po wyczerpaniu swoich zapasów klisz fotograficznych. AM czerpałyby energię z układu zasilania stacji kosmicznej, podczas gdy FFM zostałyby wyposażone w dwa „skrzydła” ogniw fotowoltaicznych, wytwarzających potrzebną energię elektryczną.

Wizja modułów AM oraz FFM (McDonnell-Douglas)
Wizja modułów AM oraz FFM
(McDonnell-Douglas)

W międzyczasie pojazdy CCM dostarczą obiekty eksperymentów: oprócz nowych astronautów, na początku 1979 roku, rozpocząłby się transport na stację małych kręgowców, takich jak szczury oraz bezkręgowców – na przykład muszek owocowych. Pod koniec 1979 roku na pokład stacji przybyłyby również pierwsze rośliny.

Również pod koniec 1979 roku, do stacji miałby przybyć moduł FFM przeznaczony do badań astronomicznych. MDAC przywidywało, że wyniesione wcześniej dwa moduły – AM poświęcony badaniom kosmosu w świetle UV oraz FFM, studiujący kosmos w zakresie wysokich energii, zakończą swoją pracę na początku 1981 roku, a badania Słońca, obserwacje astronomiczne oraz studia nad kręgowcami, bezkręgowcami oraz roślinami będą trwać, aż do planowanego zakończenia działalności stacji w 1987 roku.

Stacja kosmiczna MDAC z dodatkowymi modułami AM oraz FFM (McDonnell-Douglas)
Stacja kosmiczna MDAC z dodatkowymi modułami AM oraz FFM
(McDonnell-Douglas)

Dwa kolejne moduły AM znalazłyby się na jej pokładzie w 1981 roku, z czego jeden poświęcony fizyce płynów pozostałby zacumowany do końca 1985 roku (i następnie sprowadzony na Ziemię), a drugi wyposażony w centryfugę biomedyczną, pracowałby aż do końca jej funkcjonowania w 1987 roku. Następne dwa moduły AM – jeden przeznaczony do badań kosmosu w zakresie podczerwieni, a drugi posiadający centryfugę do badań nad małymi kręgowcami – dostarczono by na stację pod koniec 1982 roku, gdzie pozostałyby do czasu zakończenia jej eksploatacji.

Pod koniec 1983 roku na pokład stacji kosmicznej miał przybyć Satelita Zdalnego Manewrowania (Remote Maneuvering Satellite – RMS), który zająłby miejsce w „hangarze” śluzy, połączonej z przednim węzłem cumowniczym stacji. Dorrenbacher nazywał RMS „podsatelitą”, ale nie określił w inny sposób jego roli. W tym samym czasie do stacji powinien przybyć nowy moduł FFM, wyposażony w teleskop kosmiczny, pracujący w zakresie promieniowania rentgenowskiego oraz aparatura do przeprowadzenia zaawansowanych eksperymentów z dziedziny plazmy i fizyki cząstek. Nowy teleskop kosmiczny pracowałby do końca funkcjonowania stacji, część zaawansowanych eksperymentów fizycznych zakończyłaby się na początku 1985 roku, a prace z wykorzystaniem satelity RMS oraz pozostałe eksperymenty fizyczne – pod koniec 1986 roku. W ostatnich miesiącach 1985 roku na pokład stacji miałoby przybyć wyposażenie potrzebne do przeprowadzenia eksperymentów materiałowych oraz następny moduł FFM – tym razem przeznaczony do badań fizycznych promieniowania kosmicznego. Oba elementy byłyby w użyciu do końca funkcjonowania stacji.

Diagram stacji przedstawiający możliwe punkty cumownicze dla modułów dodatkowych oraz ich funkcje (McDonnell-Douglas)
Diagram stacji przedstawiający możliwe punkty cumownicze dla modułów dodatkowych oraz ich funkcje
(McDonnell-Douglas)

Dorrenbacher opisał w jaki sposób ogromna ilość danych, generowana przez eksperymenty przeprowadzane na stacji, mogłaby zostać przesłana na Ziemię. MDAC oceniło, że 9070 kilogramów taśm magnetycznych, mikrofilmów, naświetlonych klisz fotograficznych i rentgenowskich, a także płyt fotograficznych zostałoby sprowadzonych na Ziemię każdego roku. Cztery duże anteny talerzowe umożliwiłyby dwustronną komunikację telewizyjną, bezpośrednio przez sieć stacji naziemnych lub przekaźnikowych satelitów telekomunikacyjnych, dzięki czemu naukowcy znajdujący się na stacji oraz na Ziemi, mogli pracować razem i w tym samym czasie. Zestaw anten pozwalałby na przekazywanie na Ziemię do jednego terabajta danych dziennie.

Imponujące możliwości stacji kosmicznej do przeprowadzania eksperymentów, wymagałyby starannego zarządzania czasem załogi. MDAC założyło, że astronauci pracować będą przez całą dobę – sześciu ludzi na i sześciu po służbie w każdym dowolnym momencie działalności stacji. Każdy 12-osobowy zespół składałby się z ośmiu naukowców/inżynierów i czterech osób, których zadaniem byłoby zapewnienie prawidłowego funkcjonowania kompleksu orbitalnego. Jeden z naukowców/inżynierów pełniłby rolę szefa zespołu naukowego, którego zadaniem byłaby konsultacja działań z dowódcą misji (wybranym z czteroosobowego zespołu personelu pokładowego), którego obowiązkiem byłoby zadbanie o bezpieczeństwo całej załogi. Dwóch naukowców/inżynierów służyłoby jako przedstawiciele, kontaktujący się z badaczami, znajdującymi się na Ziemi.

Przekrój pokładów mieszkalnych 1, 3 oraz 6 (McDonnell-Douglas)
Przekrój pokładów mieszkalnych 1, 3 oraz 6
(McDonnell-Douglas)

Członkowie załogi nie pełniący służby, spędzaliby większość swojego czasu na pokładach mieszkalnych 1 i 3 (oraz 6 – w trakcie trwania na nim eksperymentu ze sztuczną grawitacją). Dorrenbacher wyjaśnia, że właśnie tam będą oni posiadać swoje kwatery prywatne, o powierzchni 4,6 metra kwadratowego, przeznaczone do „relaksu, rekreacji, nauki oraz medytacji”. Każdy pokład mieszkalny zawierałby sześć kwater, które łącznie zabierałyby około połowy jego powierzchni. Każda kwatera posiadałaby niewielkie okno, składane łóżko, biurko oraz schowki służące do przechowywania przedmiotów.

Szkic kwatery osobistej załogi (McDonnell-Douglas)
Szkic kwatery osobistej załogi
(McDonnell-Douglas)

Gdy załoganci po służbie nie będą w swoich pomieszczeniach, mogliby przebywać w mesie, która zawierałaby przenośne stoły, wraz z uprzężą, zakładaną w warunkach zerowej grawitacji zamiast tradycyjnych siedzeń. Dorrenbacher wyjaśnił, że mesa mogłaby być „szybko i łatwo” zmieniona w miejsce do ćwiczeń fizycznych, teatr, salę konferencyjną lub pokój rekreacyjny.

Szkic mesy na pokładzie stacji kosmicznej MDAC (McDonnell-Douglas)
Szkic mesy na pokładzie stacji kosmicznej MDAC
(McDonnell-Douglas)

Szafki w kuchni pokładowej (kambuzie), sąsiadującej z mesą, zawierałyby stale uzupełniany zapas żywności na okres 90 dni. Członkowie załogi mogliby wybierać, czy przygotowywać pożywienie samemu, czy też zamieniać się miejscami, gdzie załoganci kolejno robiliby to dla swoich kolegów. Dorrenbacher powiedział swoich słuchaczom, że posiłki będą „wybrane w taki sposób, by maksymalnie odpowiadały gustom załogi i były uwodnione w różnym stopniu, a także składały się ze świeżej żywności”, choć nie określił szczegółowo w jaki sposób załoga będzie się z nią obchodzić w stanie nieważkości.

Szkic kuchni pokładowej (kambuza) w projekcie MDAC (McDonnell-Douglas)
Szkic kuchni pokładowej (kambuza) w projekcie MDAC
(McDonnell-Douglas)

Trzy pokłady mieszkalne zawierałyby po jednym pomieszczeniu pełniącym funkcję „higieniczną”. Najwyraźniej przystosowane tylko dla męskiej załogi*, każde zostałoby wyposażone w toaletę, dwa pisuary, dwie „jednostki” do prania ręcznego, prysznic, pralkę oraz suszarkę do ubrań. Pomieszczenia higieniczne zostałyby umieszczone w sąsiedztwie urządzeń odpowiedzialnych za recycling wody oraz podtrzymywanie życia, na każdym z pokładów mieszkalnych.

MDAC zaproponowało nowatorskie podejście do konserwacji stacji kosmicznej. Część przetworzonej wody, pochodzącej ze ścieków zostałaby poddana elektrolizie (rozkładowi na atomy tlenu i wodoru pod wpływem elektryczności), po czym wodór posłużyłby do zasilania niewielkich silniczków o małym ciągu, służących do podnoszenia orbity stacji, zamontowanych na jej kadłubie. MDAC obliczyło, że woda dostarczana do stacji byłaby wystarczającym źródłem paliwa do utrzymania jej orbity.

MDAC umieściło pulpity sterownicze w module głównym stacji na pokładach mieszkalnych w pobliżu mes. Także moduł AGM miał zawierać identyczne konsole na pokładzie piątym. Jednak główny pulpit kontrolny – „mostek” stacji kosmicznej – znalazłby się na pokładzie trzecim. Konsole na pokładach pierwszym i piątym, miały mieć znaczenie drugorzędne i stanowiły kopię bezpieczeństwa dla głównej konsoli. Mogły również wspomagać przeprowadzanie eksperymentów – przykładowo można by ich używać do monitorowania danych przesyłanych z modułów FFM.

Dorrenbacher następnie opisał arbitralnie wybrany moment w 10-letnim okresie funkcjonowania stacji projektu MDAC, aby zilustrować możliwą aktywność członków załogi pełniących oraz nie pełniących służby. O godzinie 20:30 GMT, 26 Marca 1985 roku, dowódca misji będzie dokonywał inspekcji skafandrów kosmicznych w tunelu na pokładzie trzecim modułu głównego. W tym czasie inny członek załogi, pełniący służbę będzie badał próbki z systemu dostarczającego wodę, aby mieć pewność, że nie zawiera ona szkodliwych bakterii.

Dwóch naukowców/inżynierów będzie pracować w laboratoriach na pokładzie drugim, a kolejnych dwóch w innych miejscach – lekarz będzie analizował próbki krwi oraz moczu w laboratorium biomedycznym, a psycholog będzie analizował dane na temat „zdolności załogi do zachowania umiejętności w warunkach zerowego ciążenia” w laboratorium zajmującym się zagadnieniami interakcji człowieka z urządzeniami stacji kosmicznej. Geolog/inżynier foto-optyczny w tym czasie, będzie instalował i ustawiał sensory w module AM, zajmującym się badaniem Ziemi i zacumowanym do pokładu drugiego. Astronom/inżynier systemów, przebywający przy zapasowej konsoli na pokładzie piątym, będzie monitorował dane napływające z modułu FFM, wyposażonego w teleskop rentgenowski.

W tym czasie członkowie załogi nie będący na służbie właśnie skończą posiłek i wszyscy będą przebywać na pokładzie trzecim. Dyrektor Operacyjny, członek czteroosobowego personelu pokładowego, brałby właśnie prysznic w pomieszczeniu higienicznym, podczas gdy lekarz – naukowiec/inżynier oglądałby program telewizyjny nagrany na taśmie wideo w swojej kwaterze prywatnej przed pójściem spać. Inni załoganci nie pełniący służby przebywaliby w mesie. Kontroler stacji, również należący do personelu pokładowego, konkurowałby z astrofizykiem – naukowcem/inżynierem – w symulowanym wyścigu kolarskim na stacjonarnych rowerach treningowych. W pobliżu biolog wraz z inżynierem elektromechaniki – obaj naukowcy/inżynierowie – grali by przeciwko sobie w „komputerową wersję football’a”.

Dorrenbacher zakończył swoją prezentację poprzez zapewnienie słuchaczy, iż 12-osobowa stacja MDAC będzie „tanim i elastycznym ośrodkiem międzynarodowych badań naukowych”, zbudowanym przy użyciu dostępnej technologii (to jest najczęściej zaadaptowanym lub zmodernizowanym hardware budowanym dla Skylaba). Ponadto, moduły stacji będzie można łatwo dostosować do przyszłych misji NASA/ESRO –  zwłaszcza, że mogłyby one posłużyć jako podstawowe „klocki” w projekcie 100-osobowej bazy orbitalnej, administratora NASA, Thomasa Paine’a.

Jak wspomniano wcześniej, NASA poleciła MDAC zaprojektowanie 12-osobowej stacji kosmicznej, która mogłaby zostać wystrzelona za pomocą rakiety Saturn V. Dorrenbacher nie wspomniał jednak swoim europejskim gospodarzom, że 13 stycznia 1970 roku, na sześć miesięcy przed zaplanowanym spotkaniem w Paryżu,  Paine ogłosił, że produkcja rakiet Saturn V, oczekująca już wtedy w gotowości, zostanie nieodwołalnie zakończona, a ostatnią rakietę, która miała wynieść misję Apollo-20 na Księżyc, miano wykorzystać do wyniesienia na orbitę stacji kosmicznej Skylab. Nie wspomniał także, że NASA zwróciła się do NAR i MDAC na początku maja, aby oba zespoły wzięły pod uwagę możliwość budowy stacji kosmicznej, która mogłaby zostać zmontowana jedynie za pomocą modułów wynoszonych w ładowniach promów kosmicznych.

30 czerwca 1970 roku, NASA zatwierdziła przedłużenie kontraktów na studia Fazy B z MDAC i NAR. W następnym miesiącu Paine ustąpił z funkcji Administratora NASA, a agencja szybko zmieniła podejście na zgodne z linią rozwijającej się polityki kosmicznej, tworzonej przez administrację Nixona. Polityka ta dawała ograniczone poparcie dla programu wahadłowców kosmicznych i zawiesiła jednocześnie plany budowy stacji orbitalnej na czas nieokreślony. Mniej niż dwa miesiące po paryskim spotkaniu (29 lipca 1970 roku), NASA poleciła MDAC i NAR opracowanie studiów modularnej stacji orbitalnej, budowanej jedynie przy użyciu wahadłowców.

W dniu 5 stycznia 1972 roku, Administrator NASA James Fletcher zapowiedział, że propozycja budżetu Prezydenta Nixona na rok fiskalny 1973 zawiera skromne fundusze, przeznaczone na budowę systemu promu kosmicznego, którego elementy mogły być przynajmniej w pewnej części wykorzystywane wielokrotnie. Pomimo faktu, że stacja kosmiczna w tych planach niemal się nie pojawiała, studia Fazy B trwały jeszcze do końca roku. W dniu 29 listopada 1972 roku, decyzją Fletchera Space Station Task Force zostało rozwiązane i jego miejsce powołano Sortie Lab Task Force (Grupę Roboczą ds. Laboratorium „Wypadowego”). Laboratorium tego typu miało mieścić się w ładowni wahadłowca, pełniąc tymczasową rolę stacji kosmicznej i zapewniając zdolności badawcze podczas trwania poszczególnych misji promów kosmicznych („wypadów”), trwających do 30 dni. W sierpniu 1973 roku, NASA i ESRO uzgodniły, że organizacja europejska zajmie się opracowaniem laboratorium tego typu, które stało się później znane jako Spacelab.

David S.F. Portree
Beyond Apollo blog

Na podstawie:

Development and Use of a 12-Man Space Station, MDC G0583, C. Dorrenbacher, McDonnell Douglas Astronautics Company; Briefing to the European Space Research Organization on Space Station Plans and Programs in Paris, France, June 3-5, 1970.

* W programie amerykańskim pierwszy lot kobiety w kosmos nastąpił dopiero w 1983 roku.{jathumbnail off}

Share.

Comments are closed.