Wie die NASA die Astronauten in den Orbit bringt: Tech Overview

  • 2019

Wenn die Mitglieder des Weltraumkomitees Im Haus würden sie sich durchsetzen, es gäbe eine einzige Antwort auf die Frage, was die Astronauten für den Orbit brauchen: Das Orion-Besatzungsmodul, das als Teil von Constellation geplant war (umbenannt in das Vielzweck-Besatzungsfahrzeug vom Senat vor ein paar Tagen), die sie nach der Absage durch die Verwaltung im Februar gerne wiederherstellen würden. Es wiegt viel mehr und verfügt über nicht benötigte Fähigkeiten für die einfache Aufgabe, in den Weltraum und zurück zu gelangen, denn es ist so konzipiert, dass es den ganzen Weg in den Mondorbit bringt und die Erdatmosphäre aus fast der Fluchtgeschwindigkeit (etwa der doppelten Energie zum Eintritt in die Erde) erreicht von der niedrigen Erdumlaufbahn), was bedeutet, dass ein robusterer Hitzeschild erforderlich ist. Es hat auch längerfristige Lebenserhaltungs- und Toiletteneinrichtungen. Es wird erwartet, dass die Fertigstellung mehrere Milliarden Dollar kosten wird, und die Jury ist immer noch unschlüssig, ob es wiederverwendbar sein wird oder nicht (ein Großteil der Wiederverwendbarkeit ging verloren, als die Performance-Probleme von Ares I die Entlastung von Orion erforderten) und ob es im Wasser oder auf festem Gelände landen wird oder nicht.

Wenn der Kompromiss des Senats überwiegt (wie es wahrscheinlich aussieht) und die kommerzielle Besatzung ausreichend finanziert wird, gibt es mehrere Optionen.

SpaceX


(Foto von jurvetson / Flickr)

Die am weitesten fortgeschrittene Entwicklung ist die DragonX-Kapsel von SpaceX. Es würde auf einer SpaceX-Falcon-9-Rakete landen, derselbe Typ, mit dem Anfang Juni ein Drachen-Kesselplatten-Strukturtestartikel herausgebracht wurde. Es ist für den Transport von Besatzung und Fracht ausgelegt, und eine Druckversion unter Druck ist für September geplant. Im nächsten Jahr sollen ein oder mehrere Testflüge stattfinden, die sich mit der ISS treffen. Um Passagiere (bis zu sieben) befördern zu können, müssen ein Lebenserhaltungssystem und ein Startabbruchsystem hinzugefügt werden. Entweder der für Orion geplante Typ "Traktor" (bei dem ein Turm oben auf die Kapsel schießt) ein solider Motor, der ihn von einer gefährlichen Startsituation wegzieht) oder einen Drückertyp, der unter der Kapsel liegt und bei nominellen Missionen verwendbar sein kann, um in den Orbit zu gelangen, wodurch er weniger Geld und Gewicht verschwendet, wenn (als üblich) der Aufstieg geht gut.

Es ist für Landungen mit Fallschirmen ausgelegt (eine wichtige Fähigkeit für Abbrüche, da der größte Teil der Aufstiegswege zumindest zur ISS über den Atlantik verläuft), obwohl einige der Meinung sind, dass sie auch an Land landen könnte zumindest letztendlich, was eine einfachere Erholung ermöglicht. SpaceX hat es so entworfen, dass es wiederverwendbar ist, aber die NASA plant, für jede Frachtmission ein neues zu kaufen (und wird vermutlich auch die Besatzung tun, wenn SpaceX einen kommerziellen Crewvertrag erhält), was bedeutet, dass SpaceX über ausreichend Inventar für beide verfügen wird Kostengünstigere Fahrten für gewerbliche Kunden oder als kleine Raumstationen in Form von Dragon Lab. Da das Dragon Lab auf lange Zeit ausgelegt ist, könnte der Dragon auch als Rettungsboot für die ISS dienen, eine Funktion, die derzeit nur von den russischen Sojus ausgeübt wird (selbst wenn der Shuttle weiterhin operierte, kann er nur für eine Zeit im Orbit bleiben ein paar Wochen oder so). Das Unternehmen schätzt, dass es in drei Jahren (bis 2014) Fluggäste für eine Milliarde Dollar Entwicklungskosten fliegen könnte, einschließlich Abbruchtests und Flugdemonstrationen zur ISS.

Boeing

(Wiedergabe mit freundlicher Genehmigung von Boeing)

Boeings Einsteiger, eine gemeinsame Entwicklung mit Bigelow Aerospace, wird CST-100 genannt, vermutlich für den kommerziellen Weltraumtransport. Boeing hatte keinen Kommentar, als ich fragte, was mit CSTs-1 bis 99 geschehen ist. Tatsächlich heißt es in der Pressemitteilung von Boeing Hundert Kilometer - die Entfernung vom Boden bis zum niedrigen Erdorbit (LEO). Leider ist LEO viel weiter entfernt als das. Dies ist nur die Höhe, die traditionell als Beginn des Weltraums betrachtet wird. Wenn dies der Grund war, hätten sie es eigentlich CST-300 nennen sollen.

Boeing arbeitet derzeit an einem Auftrag der NASA über 18 Millionen US-Dollar im Rahmen des Commercial Crew Development-Programms (CCDev). Boeing hat die Zeichnungen für die Apollo-Kapsel (sie hat sie durch den Kauf der Weltraumdivisionen von Rockwell International in den neunziger Jahren geerbt) und die Kapsel sieht sehr ähnlich aus. Es ist größer als Apollo und wird in der Lage sein, bis zu sieben Passagiere zu befördern, wie Dragon, aber es ist kleiner als Orion, weil es keine Tiefenraumfähigkeiten benötigt oder besitzt.

Es ist so konzipiert, dass es mit Airbags (wahrscheinlich in White Sands) landen kann, obwohl es, wie Dragon, auch zu Wasserlandungen für Abbrüche in der Lage ist. Für maximale Flexibilität wird es in der Lage sein, auf einem Atlas oder Delta von United Launch Alliance sowie auf einem SpaceX-Falcon 9 gestartet zu werden, so dass (im Gegensatz zu Ares I / Orion) es überflüssige Möglichkeiten hat, in den Orbit zu gelangen eines Problems mit einem Launcher-Typ. Ihr Abbruchsystem wird ein Schieber sein, der flüssige hypergolische Treibmittel verwendet (Monomethylhydrazin und Stickstofftetroxid, dieselben Treibmittel wie das Shuttle-Orbital-Manövriersystem und das Reaktionskontrollsystem). Es verfügt über Motoren mit hohem Schub für Abbrüche und Motoren mit niedrigerem Schub (ähnlich wie die RCS-Shuttle-Motoren) für Orbitalmanöver bei Nenneinsätzen. Das automatisierte Rendezvous- und Docking-System (AR & D) basiert auf dem System, das erfolgreich für Orbital Express verwendet wird. Wie der Drache wird er für mindestens sechs Monate Orbitalmission konzipiert, sodass er auch als Rettungsboot verwendet werden kann. Eine endgültige Entscheidung von Boeing, das Projekt voranzutreiben, hängt von den politischen Ereignissen im Kongress ab. Boeing hat erklärt, dass sie den Geschäftsvorfall nicht mit eigenem Geld abschließen können, wenn keine NASA-Mittel zur Verfügung stehen und die Zusicherung besteht, dass sie nicht mit einem vom Steuerzahler finanzierten Orion konkurrieren muss. Mit ausreichender Finanzierung glauben sie jedoch, dass sie bis 2015 fliegen können.

Lockheed Martin

(Foto von Bernt Rostad / Flickr)

Bigelow Aerospace hat sich in der Vergangenheit mit Lockheed Martin zusammengetan, um einen "Orion Lite" zu bauen, der auf der Kapsel basiert, die als Teil von Constellation entwickelt wird, jedoch ohne die Tiefenraumfähigkeit. Bisher wurde für dieses Konzept keine staatliche Finanzierung bereitgestellt, und es ist mit der Politik des Schicksals von Orion verwickelt. An diesem Punkt scheint es ein unwahrscheinlicher Anwärter zu sein.

SpaceDev

(Foto über Wikimedia Commons)

Der vielleicht interessanteste, aber am längsten geschossene Teilnehmer ist der Dreamchaser. Der einzige Nicht-Kapsel-Anwärter ist ein Hebekörper, der auf dem alten Testfahrzeug der NASA HL-20 basiert. Tatsächlich gibt es ein Erbe, das etwa zwanzig Jahre zurückreicht, bis zum Personnel Launch System, das von den NASA Langley und Rockwell in den frühen Neunzigern als Ersatz für die Unterstützung der Besatzung von Raumstationsmitgliedern in Betracht gezogen wurde. Es wird ein vertikales Startfahrzeug (derzeit für einen Atlas V entworfen) sein, das in der Lage ist, überall auf der Welt über große Reichweiten und Landebahnen zu landen. Wie die anderen Fahrzeuge werden bis zu sieben Passagiere befördert. Es wird mit 20 Millionen US-Dollar an Startkapital aus dem CCDev-Programm entwickelt, aber wie Boeing wird wahrscheinlich viel mehr Geld der NASA erforderlich sein, um zur vollen Entwicklung überzugehen.

Endeffekt

Für die Wartung von ISS gibt es mehrere potenzielle Anbieter von Crew-Diensten, von denen alle wahrscheinlich weniger kosten würden, als mit dem unterfinanzierten Orion / MPCV, was zu Entlassungen führt. Der Hauptvorteil der letzteren ist die Fähigkeit, Crew über LEO hinaus zu befördern (obwohl dies auch ein Ziel für SpaceX's Dragon ist), und es gibt keine Gelder oder Pläne für Lander und andere Dinge, die für die ehrgeizigeren Missionen benötigt werden, so ein solches Fahrzeug Am Ende könnte alles andere als verkleidet sein und kein Platz mehr sein, selbst wenn er ausreichend finanziert ist. Aber wie bei allen wichtigen Entscheidungen der NASA liegt das Schicksal letztendlich beim Kongress.

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Orion
Drachen
CST-100
Orion Lite
Traumfänger
Jenseits der Erdumlaufbahn
Ja
Könnte sein
Nein
Nein
Nein
System starten
TBD
Falke 9
Delta IV, Atlas V, Falke 9
Atlas V
Atlas V
Landemodus
TBD
Rutschen im Wasser
Rutschen / Airbag an Land
TBD
Landebahn Landebahn
System abbrechen
Solider Traktor
TBD
Hypergolischer Drücker
Solider Traktor
TBD
Missionsdauer
Jahre
Ein Jahr
Sechs Monate
TBD
TBD
Passagierkapazität
TBD
7
7
TBD
7
Frühestes Betriebsdatum
TBD
2014
2015
TBD
TBD

How the Apollo Spacecraft works: Part 1 Video.

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