Do pierwszego startu nowej, ciężkiej rakiety systemu SLS (Space Launch System) we wstępnej konfiguracji pozostało 5 lat. W chwili obecnej trwają intensywne prace nad wieloma elementami tej nowej architektury, w tym nad załogowym statkiem Orion. Zapraszamy do przeczytania poniższego podsumowania.
Prace nad rakietą HLV
Trwają prace nad projektem nowej, ciężkiej rakiety HLV (Heavy Lift Launch Vehicle) systemu SLS. Na przestrzeni ostatnich miesięcy przeprowadzono testy w tunelu aerodynamicznym, poddając weryfikacji zachowania różne konfiguracje HLV, w tym między innymi nową wersję Block 1B, która w przyszłej dekadzie może okazać się wiodącą opcją.
W ostatnim czasie pomyślnie zakończony został Przegląd Wymagań Systemu (SRR) i Przegląd Definicji Systemu (SDR), co otwiera drogę do dalszego rozwoju poprzez najbliższy, krytyczny etap – Wstępny Przegląd Projektu (PDR). Tempo aktualnie prowadzonych prac, zapoczątkowanych zaledwie rok temu, pozwala optymistycznie spoglądać na zapowiadany na 2017 rok debiut nowej rakiety, nawet przy założeniu pewnego marginesu na nieprzewidziane problemy.
Przeglądy mają na celu kontrolę spełniania wymagań projektu w różnych zakresach, np. technicznym. Dzięki nim możliwa jest weryfikacja planowanych kosztów oraz terminów. Niezależny panel złożony z ekspertów z różnych ośrodków agencji NASA w ramach tych przeglądów ocenia dokumenty Programu SLS opisujące specyfikacje nowej jednostki, budżet oraz terminy. Panel ekspertów stwierdził na podsumowaniu w lipcu tego roku, iż możliwe jest przejście z projektem SLS z fazy rozwoju koncepcji do wstępnego planowania.
Bezzałogowa misja w 2017 roku nosi oznaczenie EM-1 (Exploration Mission 1). Zakłada ona wykorzystanie nowej rakiety systemu SLS w konfiguracji Block 1. Podobnie druga misja, tym razem już załogowa (do czterech astronautów), ma zostać zrealizowana przy wykorzystaniu tej wersji rakiety o nośności 70 ton. Realizacja drugiej misji planowana jest obecnie na nie wcześniej niż 2019 rok.
Na skutek przedłużającej się niepewności dotyczącej Planu Eksploracji (Exploration Roadmap) – spowodowanej brakiem określenia celów oraz częstotliwości załogowych misji kosmicznych przez zależne od politycznych decyzji dyrektorstwo agencji NASA, jedyną misją z dużą szansą na realizację pozostaje EM-1 w 2017 roku. Sytuacja najprawdopodobnie może się zmienić po wyborach prezydenckich w Stanach Zjednoczonych. Tymczasem zespół menedżerów musi radzić sobie z tymi niekomfortowymi realiami projektując elastyczny system transportu kosmicznego.
Według obowiązujących aktualnie wytycznych rakieta o nośności 70 ton musi mieć możliwość wyewoluowania do jednostki o nośności 130 ton. Ta ostatnia wersja rakiety miałaby zostać wykorzystania przy realizacji załogowych misji na Marsa (nie wcześniej niż w 2035-2040 roku), jednak przy tak odległej rzeczywistości oraz zależności od politycznych decyzji przyszłych decydentów (sfinansowania kilkudziesięciomiliardowego projektu), menedżerowie agencji NASA słusznie wprowadzają pośrednie konfiguracje HLV, mając na uwadze możliwość, iż monstrualna rakieta o nośności 130 ton może nigdy nie polecieć.
W tej sytuacji podejmowane są działania mające na celu zagwarantowanie możliwości rozwoju kilku konfiguracji ciężkiej rakiety nośnej HLV, dzięki czemu możliwe byłoby osiągnięcie różnych celów eksploracyjnych w przeciągu najbliższych 30 lat. Do tych celów można by zaliczyć asteroidy NEA (Near Earth Asteroid), do których loty mogłyby się odbyć w połowie przyszłej dekady. Pod uwagę brane są również inne cele – Księżyc i punkty równowagi grawitacyjnej (Lagrange’a). Aktualnie przewiduje się możliwość ewolucji rakiety HLV o nośności 70 ton (Block 1) do dwustopniowej rakiety o nośności 130 ton (Block 2), przy możliwej pośredniej konfiguracji (Block 1A) o nośności 105 ton.
W ostatnim czasie pojawiły się także nieoficjalne informacje o konfiguracji Block 1B nowej rakiety (również o nośności 105 ton), jednak bez wprowadzania zmian, które planowane są dla wersji Block 1A. Prawdopodobnie alternatywa dla pośredniej wersji rakiety HLV nie byłaby wyposażona w zaawansowane rakiety wspomagające. Z przeprowadzonych analiz jednostki w konfiguracji Block 1A wynika, iż osiągane wartości przyspieszenia podczas lotu na orbitę mogą przekroczyć dopuszczalne limity związane z wynoszonym statkiem Orion MPCV (Multi-Purpose Crew Vehicle). Menedżerowie z NASA najprawdopodobniej opowiedzą się za jedną z konfiguracji po przeprowadzeniu dalszej analizy.
Alternatywna konfiguracja (Block 1B), zarówno wersja załogowa jak i cargo, wykorzystywałaby znane z programu promów kosmicznych rakiety wspomagające SRB (Solid Rocket Boosters), cztery silniki RS-25E oraz górny stopień kriogeniczny wyposażony w cztery silniki RL10A-4-2. Na szczycie pod osłoną o średnicy 8,4 metra (takiej samej jak szerokość pierwszego i drugiego stopnia) znalazł by się moduł towarowy bądź załogowy Orion.
Rakiety SLS nie będą dostarczały astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną z uwagi na bardzo duży „nadmiar nośności”. Rolę tę po stronie amerykańskiej mają przejąć prywatne firmy z sektora przemysłu kosmicznego. Obecnie agencja NASA finansuje w ramach trzeciej rundy programu CCDev (Commercial Crew Development) projekty budowy trzech prywatnych statków kosmicznych – kapsuły CST-100 firmy Boeing, kapsuły DragonRider firmy SpaceX oraz miniwahadłowca DreamChaser firmy Sierra Nevada Corporation.
Program SLS zarządzany jest przez ośrodek MSFC (Marshall Space Flight Center) agencji NASA. Wykonawcą prac związanych z napędem dla pierwszego stopnia (silniki RS-25) oraz silnikiem J-2X dla górnego stopnia nowej rakiety jest firma Pratt & Whitney Rocketdyne. Głównym dostawcą rakiet wspomagających jest ATK, natomiast Boeing odpowiedzialny jest za całość prac związanych z pierwszym stopniem, który zostanie zbudowany w zakładach MAF (Michoud Assembly Facility). Testy jednostek napędowych odbywają się w ośrodku Stennis Space Center.
Prace nad rakietami wspomagającymi HLV
Dwa tygodnie temu agencja NASA przyznała trzy kontrakty o łącznej wartości 137,3 mln dolarów na prace nad poprawą dostępności, niezawodności oraz efektywności zaawansowanych rakiet wspomagających (tzw. boosterów) dla SLS. Dzięki tym kontraktom prywatne firmy z sektora przemysłu kosmicznego przedstawią w przeciągu 30 miesięcy inżynieryjne rozwiązania oraz koncepcje redukcji ryzyka przyszłej wersji nowej, ciężkiej rakiety systemu SLS.
Wstępna konfiguracja nowej rakiety systemu SLS zdolna będzie do wyniesienia 70 ton na niską orbitę wokółziemską. Jednostka ta będzie wykorzystywać dwie 5-segmentowe rakiety wspomagające na paliwo stałe, podobne do tych z programu promów kosmicznych (gdzie wykorzystywano rakiety 4-segmentowe). Najmocniejsza konfiguracja rakiety systemu SLS (o zdolności wyniesienia 130 ton na LEO) wymagać będzie już bardziej zaawansowanych rakiet wspomagających, o sile ciągu większej od jakiejkolwiek amerykańskiej jednostki na paliwo ciekłe czy stałe.
Prace nad projektem zaawansowanej wersji rakiety wspomagającej dla SLS przeprowadzi między innymi firma ATK Launch Systems Inc., której kontrakt z agencją NASA warty jest 50 mln dolarów. ATK w ramach tego kontraktu przeprowadzi kompleksowe analizy dotyczące zastosowania nowych technologii, redukcji kosztów oraz zwiększenia efektywności. Spodziewana jest demonstracja w czasie końcowego, statycznego odpalenia rakiety zasilanego bateriami litowo-jonowymi elektrycznego systemu kontroli ciągu, kompozytowej obudowy silnika czy zaawansowanej dyszy dla niego. Ponadto ATK pracować będzie nad ekonomicznym paliwem.
Dwoma pozostałymi, wybranymi przez NASA przedsiębiorstwami są Dynetics Inc. oraz Northrop Grumman Corporation Aerospace Systems. Pierwsza z tych firm zademonstruje użycie współczesnych technik do produkcji kilku głównych elementów legendarnego silnika F-1, który został zaprojektowany pod wykorzystanie w Programie Apollo. Z kolei druga firma pokaże zastosowanie innowacyjnego podejścia do projektowania oraz technik produkcyjnych obejmujących kompozytowe zbiorniki na paliwo.
Agencja NASA z firmą ATK już od pewnego czasu prowadzi prace nad 5-segmentową rakietą wspomagającą, która zostanie wykorzystania w pierwszych dwóch lotach rakiety HLV systemu SLS. Wiosną tego roku ATK dokonało pomyślnej weryfikacji nowych systemów awioniki dla projektowanego boostera. Firma na wiosnę 2013 roku planuje przeprowadzenie dużego, naziemnego testu 5-segmentowej jednostki (Qualification Motor-1). Obecnie mają miejsce prace integracyjne.
{youtube}8KW0MbYGyaI{/youtube}
Materiał przedstawiający prace nad rakietą wspomagającą dla systemu SLS / Credits: youtube.com, SpaceFellowship
Prace nad statkiem załogowym Orion MPCV
Pierwsze przetestowanie konstrukcji projektowanego i budowanego przez amerykańską agencję kosmiczną statku Orion planowane jest na 2014 rok. W czasie trwającej kilka godzin misji EFT-1 (Exploration Flight Test 1) egzemplarz statku Orion zostanie wyniesiony za pomocą rakiety Delta IV Heavy na orbitę o wysokości niemal 5800 km. Powrót do atmosfery nastąpi z prędkością blisko 8000 km/h większą niż ta, z jaką schodziły z orbity promy kosmiczne.
Od rozpoczęcia budowy egzemplarza lotnego statku Orion w zakładach MAF mija obecnie rok. Przed końcem czerwca do budynku O&C (Operations & Checkout) w porcie kosmicznym KSC (Kennedy Space Center) na Florydzie sprowadzone zostały elementy statku Orion, który teraz jest wyposażany w dodatkowe systemy. Prace te potrwają jeszcze około 15 miesięcy.
Nad finalnym procesem budowy Oriona oraz jego późniejszej integracji z rakietą Delta IV Heavy będzie pracowało tuż przed lotem testowym w 2014 roku do 400 osób. Misja EFT-1 będzie miała istotne znaczenie dla Krytycznego Przeglądu Projektu (CDR), który obecnie planowany jest na kwiecień w 2015 roku. Pierwszy lot statku Orion na dedykowanej rakiecie (SLS) powinien mieć miejsce około dwóch lat później.
Tymczasem w zakładach firmy Lockheed Martin w Denver rygorystycznym testom, symulującym warunki startowe oraz środowiska kosmicznego, poddano egzemplarz testowy statku Orion, tzw. GTA (Ground Test Article). Lockheed Martin, który jest głównym wykonawcą statku Orion dla agencji NASA, prowadzi także inne prace, m.in. nad produkcją osłony termicznej czy paneli dla górnej powłoki egzemplarza jednostki do misji EFT-1.
Po wysłaniu szkieletu egzemplarza lotnego statku Orion na Florydę zakład MAF przy współpracy z ośrodkiem MSFC wciąż prowadzi prace polegające obecnie na testowaniu paneli Modułu Serwisowego. Inżynierowie z MAF pracują także nad elementami łączącymi statek Orion z górnym stopniem rakiety Delta IV Heavy.
(NASA, NSF)
