Az SLS/Orion – a NASA saját űrhajója I. rész

A NASA eredetileg a George W. Bush által 2004 januárjában beharangozott Constellation programmal életre hívott hordozórakéta és űrhajó párossal váltotta volna az űrsiklót. A Constellation programnak három kitűzött célja volt: az ISS űrállomás befejezése, 2020 előtt visszatérni a Holdra, és végül embert juttatni a Mars felszínére. Apró probléma, hogy Bush nem adott rá pénzt a NASA-nak, vagyis a meglévő költségvetésből kellett volna kigazdálkodniuk az egészet.

A CEV program

Azt már tudjuk, hogy egy hordozórakéta és az új űrhajó három célhoz készült, elnevezése Crew Exploration Vehicle (~Személyzettel ellátott Felfedező Jármű) is azt hangsúlyozta, hogy a Föld közvetlen környezetét elhagyva a Hold és a Mars elérése a feladata. Az első elgondolás, még Sean O. Keefe igazgató alatt, az volt, hogy 8 cégnek adnak lehetőséget az előzetes tervek elkészítéséhez, majd azokat elbírálva két konkurens gyártót kiválasztanak, amelyek megépítenek egy-egy tesztjárművet, amellyel 2008-ban egy szuborbitális repülést végeznek, és az elért eredmények alapján a NASA eldönti, melyik űrhajót rendeli meg – mérlegelve, melyik gyártó képes időben és költségkeretek között elérni a kitűzött célt. Ekkor még úgy volt, hogy 2012-re a CEV már képes lenne az ISS személyzetcseréjét kiszolgálni, de a fejlesztést az alvállalkozó cégek, és nem a NASA fogja irányítani.

A Lockheed Martin első tervezete a CEV-re egy kis méretű űrrepülőgép volt...

A nyolc pályázó cég több-kevesebb téren egyetértett abban, hogy a NASA által elvárt 6 fős személyzetet nehezen lehet a szűkös határidőkkel és költségekkel megoldani, tehát inkább 4 fős űrhajó a realitás, amelynek a tömege mindössze 7-11 tonna. A legolcsóbb indító jármű a már létező Delta-IV és Atlas-V családból származtatott megoldás lenne; mivel rendelkezésre áll, így a kifejlesztéshez nincs szükség jelentős extra költségre, és a határidők is tarthatóak lennének többé-kevésbé. A tenderen induló tervek többsége űrkapszula elvű lett volna a NASA elvárásainak megfelelően, kivéve a Lockheed mini űrrepülőgépét.

A pályázók jó része viszont elvében a Szojuzt másolta le, és nem az Apollót, tehát három modulból állt volna a CEV, egy visszatérő modulból, amely mögött egy műszaki modul van a manőverekhez szükséges hajtóművekkel, és az energiaellátást is ez biztosítaná, illetve egy külön orbitális modul, amely a kihasználható belső teret növeli, és az ISS kiszolgálásánál e nélkül indulna az űrhajó (így csökkenteni lehet az indítási tömeget, vagyis az ISS-hez olcsóbban lehetne feljutni).

A Boeing CEV koncepciója, a kúp alakú visszatérő modul mögött a műszaki modul, az orrán pedig egy hengeres orbitális modul – összességében egy Szojuz-szerű kialakítást látunk

Michael D. Griffin, a 2005-ben kinevezett új NASA igazgató ezeket az elképzeléseket azonban rövid úton fogta, és egy laza mozdulattal a kukába dobta – nagy nehezen kiharcolták az űrrepülőgép újraindítását, de azt az utasítást kapták, hogy 2010-ben le kell állítani, tehát minél hamarabb el kell indítani az új űrhajó gyártását, mert az ekkor már felülvizsgált ütemterv szerint is csak 2014-ben indulhatna az első CEV az ISS-re – márpedig így 4 évig maximum az orosz Szojuzokon mehetnek az amerikai űrhajósok a világűrbe. Griffin úgy döntött, hogy csak két induló csoportnak biztosít lehetőséget az ajánlattételre, ám a NASA által meghatározott elképzelésektől nem lehet eltérni, és majd 2006-ban kiválasztják az életképesebb megoldást, majd azt rendelik meg. Griffin elképzelése szerint így egy évvel hamarabb megkaphatja a NASA az új űrhajóját – legalábbis a leginkább emlegetett indok ez volt.

Hogy a NASA-n belül sem egyenesek a vonalak, az jól leszűrhető a Griffin által felállított igénylistából: az űrhajónak gyakorlatilag egy "beszteroidozott Apollo"-nak kell lennie, legalább 6 űrhajóssal a fedélzetén, és akár 30 tonnás indulótömeggel. Utóbbi alapból kizárta a már meglévő amerikai indítórakétákat (a már említett Delta és Atlas típusokat) a képletből, és két új indítórakétával számolt. Vagyis úgy akarta a programot felgyorsítani és olcsóbbá tenni az új igazgató, hogy közben még nem is egy rakétát is szeretett volna alá...

Az Ares névvel illetett család két méretben terveződött, az Ares-I a kisebb megoldás, Föld körüli pályára való álláshoz, például ha az ISS űrállomáshoz kellene feljutni. Ez effektíve egy hosszabb SRB-t (vagyis az űrsikló szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétája) használ első fokozatként, amire egy folyékony hajtóanyagú második fokozatot szereltek. Ahogy azonban nemrég átvettük, a szilárd hajtóanyagú rakétáknak van pár hátránya – elsősorban az, hogy nem lehet leállítani, ha egyszer beindítottad. Egy embert szállító rakétánál éppen ezért eddig is csak gyorsító rakétaként merült fel, első fokozatként soha.

Az Ares-I, amely csak az űrhajót viszi fel, és az Ares-V, ami minden mást

A másik rakéta, amit Ares-V. jelöléssel illetek, pedig egy nagy méretű szállító eszköz, amely jelentős terhet vihet a Föld körüli pályára, illetve amely a Hold vagy Mars úthoz szükséges többi modult felviszi. Eme nagyobbik jármű szintén az Űrsikló programra építkezett, két SRB gyorsítórakétája volt, az első fokozatában pedig az űrsiklónál is használt SSME hajtóműveket használták volna fel, később pedig ezen hajtóművek olcsóbb, nem újrafelhasználható verzióját gyártották volna hozzá.

A Project Constellation első elképzelése,
amely a Saturn V. és az STS elemeiből legózta volna össze az új rendszert...

A NASA CEV tervezet szerint az űrkapszula 5,5 méter átmérőjű, és mindent ennek az űrhajónak az alapján kell megoldani. Az ISS személyzetcseréjét (2005-ben még csak 3 fővel számolva), az ISS ellátását túlnyomásos és nem túlnyomásos tehertérrel (előbbi kvázi egy kibelezett űrkapszula), illetve majd a Block 2 űrhajó már a Hold körüli, majd a Block 3 űrhajó a Mars körüli úthoz is fel lesz készítve. Itt megint tetten érhető az útkeresés – élből két verziót kezdtek el számolni, egy 5 méter és egy 5,5 méter átmérőjűt, előbbi értelemszerűen kisebb tömegű.

A NASA CEV elvárási igényei 2005-ben: 3 főt feljuttatni az ISS-hez, túlnyomásos, illetve túlnyomás nélküli teherhajó verzió, majd a 4 fős Hold- és végül a 6 fős Mars úthoz való verzió

Érdekesség, hogy 2006 elejéig még a NASA folyékony oxigén és folyékony metán üzemanyagú rakétákat kért az új űrhajóra, amely a későbbi Mars-utazáskor kerülhet elő, mivel a metán előállítható a Mars légköréből – majd elengedték ezt az elvárást, és ezután már a hagyományosnak tekinthető Hidrazin alapú üzemanyagot kérték.

A két pályázó csapat vezetője a Northrop Grumman és a Lockheed Martin volt, utóbbi 2006. augusztus 31-én meg is nyerte a CEV tendert.

A NorthropGrumman elbukott ajánlata...

A Lockheed nyertes CEV tervének modellje 2006 augusztusában, körülötte a NASA CEV programjában érintett vezetők

Megszületett tehát az Ares/Orion páros.

Az Augustine-bizottság

Ugorjunk egyet az időben: 2008-ban új elnököt választottak, Barack Obama jöttével pedig Griffin távozik a NASA éléről, utódja Charles Bolden, egy veterán űrhajós. Griffin alatt a NASA az erőforrásait az emberes űrkutatás felé fordította (a Bush elnök által meghirdetett céloknak megfelelően), ennek legékesebb példája a JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) elkaszálása volt. A JIMO egy hatalmas, atomreaktorral táplált, 36 tonnás robotszonda; a Kallisztó, Ganümédész és Európa holdakat vizsgálta volna meg, egy 20 éves misszió keretében. A legalább 16 milliárd dolláros program viszont sok erőforrást vont volna el a Constellation programtól, vagyis az Ares-től és az Oriontól, így mennie kellett...

A JIMO fantáziarajza

Bolden az amerikai tengerészgyalogság tisztje, tesztpilótája, és négyszer járt a világűrben az űrsiklóval. Népszerű és jó kiállású vezetőnek ígérkezett, így a választást mindenki üdvözölte. Obama közben pedig felkérte Norman Augustine-t (a Martin Marietta, majd a Lockheed Martin cég korábbi CEO-ja, aki többször töltött már be állami tisztségeket is), hogy vizsgálja felül a NASA állapotát és távlati terveit. A bizottság pöröllyel verte szét az addigi reményeket. A megállapítások főbb pontjai:

- Kapja meg a NASA a támogatást az Űrsikló program két további útjára, és így 2011 közepéig repülhessen az űrsikló (amúgy Griffin is lobbizott keményen ugyanezért).
- Az ISS űrállomás anno 2015-ig volt tervezve, az elhúzódó építés miatt ezt 2020-ig legalább célszerű lenne kitolni.
- Az Ares-I/Orion általi ISS kiszolgálás ekkor papíron 2015-re tűnt megvalósíthatónak, a bizottság úgy véli, hogy további két év csúszás várható még, tehát 2017 előtt feltehetően az Orion nem fog embert szállítani.
- Az Ares-I nem felel meg az alacsony Föld körüli pályára (LEO) való feljutásra, és helyette kereskedelmi megoldásokat kellene keresni.
- A Constellation program sok éves csúszásban van, alapvetően alulfinanszírozott és az évek alatt csak emelkedtek a várható költségek, így abban a formában nem megvalósítható.
- Három ajánlott útvonal: Mars First, vagyis arra koncentrálni, hogy ember léphessen a Marsra, a Moon First, vagyis a Holdra való visszatérés, és a későbbi marsi utazáshoz való felkészülés a Hold felszínén, illetve a Flexible Path, amelynél először csak Föld közeli aszteroidák, és hasonló utakkal szereznének több tapasztalatot a későbbi Hold és Mars programhoz.
- A 2010-es költségvetési terv által biztosított NASA költségvetés nem alkalmas egyik LEO-n túlmutató cél eléréséhez sem.
- Ahhoz, hogy akár a Hold, akár a Mars elérhető legyen belátható időn belül, a 2010-es költségvetéshez képest további 3 milliárd dollárt kellene a NASA számára biztosítani évente (számszerűleg: a NASA 2010-ben 18,7 milliárd dollárt kapott, tehát legalább 21,7 milliárdra kellene emelni a költségvetését az elkövetkezendő években).
-Csendben pedig tegyük hozzá, hogy nem foglalkozott a robotmissziók és az emberes missziók arányával...

Az Augustine-bizottság 2009-ben

2010 áprilisában Obama lelkesítő, de kvázi semmitmondó beszédében megígérte, hogy öt év alatt összesen 6 milliárd dollárnyival toldják meg a NASA büdzséjét – a matek tehát az volt, hogy még papíron se kapja meg a NASA az évi 3 milliárdot, de legalább valamivel bővül a pénzügyi mozgásterük.

Hogy politikusnak sose higgy, aligha most tanulták meg a NASA-nál sem, mindenesetre tény, hogy 2016-ig végül összesen 4,3 milliárd dollárt vontak el a NASA-tól...
Mellesleg pedig 2010 októberében Obama kivetette a NASA költségvetéséből a Constellation programot – 7 év alatt cirka 10 milliárd dollár a jelek szerint értelmetlenül és eredménytelenül lett elköltve.

Az Orion MPCV

Az Obama-kasza azonban nem volt túl hatásos. Először is az elnökkel ellenzéki republikánus többségű kongresszus kötelezte a NASA-t, hogy folytassa az Orion munkálatait, és noha az ARES-I el lett kaszálva, az ARES-V átalakult

Földet érés CGI képen a 605-ös kódjelű tervnél – a légzsákokon lévő nyílásokon már áramlik ki a levegő, hogy tompítsa a becsapódást

Apró probléma, hogy az Orion 2006 és 2010 között többször is áttervezésre szorult, mivel az Ares-I teherbírása kevésnek bizonyult, míg az Orion túl nehéznek. A műszaki modult többször is kisebbre tervezték, aztán kapott egy "légzsákot", amellyel a szárazföldön is landolhatna, végül ezt aztán a tömegcsökkentés miatt kivették, és a kapszula ismét csak a tengerre szállhat le. A cirka 5,5 méteres átmérőből gyorsan 5 méteres lett, ami még így is az Apollo parancsnoki modulhoz képest két és félszeres belső teret jelent. A 6 fős személyzetet pedig csökkentették 4-re, majd rejtelmesen "2-6 fő" lett az erre vonatkozó megállapítás.

Az Ares/Orion párost leginkább nyűgnek tekintő Obama-vezetés alapvetően azzal a veszéllyel játszott, hogy elkaszálják az egészet, és a közben lendületet kapó kereskedelmi személyszállító űrhajó fejlesztés (Commercial Resupply Service és Commercial Crew Development - ezekről a második részben) lesz a jövő, mivel azok átvennék amúgy is az Orion helyét az ISS ellátásában – márpedig nyilvánvaló, hogy rövid távon főleg ez lesz a prioritása a NASA-nak, és nem a Hold- illetve Mars-misszió, legalábbis nem az adott költségvetési körülmények között. A republikánus többségű kongresszus és szenátus ezt a tervet térdmagasságban elkaszálta, és utasította a NASA-t, hogy folytassa az Orionon a munkálatokat, ám a NASA egy kompromisszumos megoldást vezetett fel: az Ares-I megy a levesbe, az Ares-V-ből pedig SLS lesz (Space Launch System ~ Űrbe Indító Rendszer – bár a kritikusok szerint helyesebb lenne a Senate Launch System ~ Szenátus Indító Rendszere nevet adni neki). Kifejezetten az Orion Földtől távolabbi (Hold, Mars) küldetéshez használnák fel, ahogy magát az Oriont is. A CCDev programban pedig két kereskedelmi űrhajó épülne, amelyet a NASA ugyanúgy fizetne, mint ahogy az ISS teherszállító űrhajóiért a CRS program keretében.

Hogy ne betonozhassák be ezt a helyzetet, a 2010-es NASA felhatalmazási törvénye (Authorization Act) meghatározza, hogy az SLS-nek és az Orionnak képesnek kell lennie az ISS küldetésekre.
Hogy ezt pedig kihangsúlyozzák, a CEV helyett MPCV (Multi-Purpose Crewed Vehicle ~ Többcélú Személyzettel Ellátott Jármű) jelöléssel illették az Orion-t.

A 2010-es NASA felhatalmazási törvény 303(b) szekciójában:

The capability to provide an alternative means of delivery of crew and cargo to the ISS, in the event other vehicles, whether commercial vehicles or partner-supplied vehicles, are unable to perform that function.

Vagyis az Orionnak (Multi-Purpose Crewed Vehicle) képesnek kell az ISS-re – szükség esetén – hasznos terhet és személyzetet szállítani, ha a kereskedelmi járművek (ie.: Cygnus/Dragon ill. CTS-100/Dragon V2), illetve a partnerországok járműve (ie.: Szojuz) nem képes ellátni ezt a feladatot.

A probléma, hogy az Orion terveiben nem szerepel a GN&C rendszer, amivel az ISS-hez tudna dokkolni. Ma sem. Holott a 2015-ös NASA felhatalmazási törvény megerősíti az Orion ilyen irányú képességét:

A 2015-ös NASA felhatalmazási törvény 204(a) szekciója:

The Orion crew capsule shall meet the practical needs and the minimum capability requirements described in section 303 of the National Aeronautics and Space Administration Authorization Act of 2010.

Vagyis az Orion kapszulának meg kell felelnie azoknak a képességeknek, amit a 2010-es törvény 303-as szekciójában leírtak. Ez azért érdekes, mert ezek alapján nem indokolt a NASA azon törekvése, hogy párhuzamosan két űrhajót is fejlesszenek a CCDev program keretében a redundancia miatt (ahogy a CRS, úgy a CCDev esetében is az indok a két párhuzamos megrendelésnél, hogy ha az egyik alapvető tervezési/kivitelezési hibába futna, a másik elláthassa a szükséges feladatokat). Ez valahol logikus is lenne, elvégre maga az Orion lenne biztonsági tartalék, ha a CCDev (egy) űrhajója nem válna be.

Csakhogy a NASA vezetése nem harapott rá erre. A szenátus indoklása szerint viszont azért ad több pénzt az SLS és az Orion programra, hogy megfeleljen az a 2010-es törvényben foglaltaknak, ami még mindig hatályban van, noha a NASA évek óta szabotálja ezt gyakorlatilag. Nem hivatalosan azért, hogy ne kedvtelenítse el a kereskedelmi partnereket (Boeing és SpaceX) attól, hogy rizikót vállaljanak a CCDev-ben való részvétellel (mivel a fejlesztési költségek egy részét nekik kell állniuk) – mondjuk ez inkább félhivatalos, hiszen Boden egy 2014-es meghallgatáson ezt elismerte.

Ez a témakör azonban nincs lezárva - a NASA Transition Authorization Act of 2017 szövege, ami előírja a megválasztott új NASA igazgatónak, hogy hivatalba lépése után 60 nappal válaszoljon arra, hogy:

"(A) those components and systems of Orion that ensure it is in compliance with section 303(b)(3) of that Act (42 U.S.C. 18323(b)(3));

(B) the expected date that Orion, integrated with a vehicle other than the Space Launch System, could be available to transport crew and cargo to the ISS;"

Az (A) pont arra vonatkozik, hogy az új NASA igazgatónak tisztáznia kell, hogy az Orion megfelel-e annak, amit a 2010-es törvény 303-as szekciójában leírtak, a (B) pont szerint pedig arra kell választ adnia, hogy az Orion nem az SLS orráról indulva mikor lehet képes hasznos terhet és űrhajósokat vinni az ISS-re.

Természetesen a háttérben itt inkább a lobbik közötti húzd meg-ereszd el folyik, de a lényeg, hogy törvényi alapon bebiztosították, hogy az Orionnak is képesnek kell lennie az ISS ellátására – ehhez pedig a pénzt és a lehetőséget a NASA-nak biztosítani kell.

Az SLS szál...

Mintegy mellékesen arról is folytatódik az ötletelés, hogy az SLS-t mire lehetne használni – gyakorlatilag ugyanis 2016-ig kizárólag az Orion 2018-as személyzet nélküli (Holdat megkerülő) és a 2021-2022-re tervezett emberes Holdat megkerülő küldetéshez, illetve egy még nem teljesen kidolgozott, 2026 környékére tervezett, Föld közeli aszteroidalátogatáshoz való indításokhoz került szóba a használata.

Az ötletelésbe beletartozott egy új, nagy méretű űrteleszkóp, illetve a későbbi emberes Mars-misszió moduljainak felvitele. Csakhogy egyik program se lett felvéve a finanszírozott programok közé, ily módon csak lehetőségként maradtak a listán.

Az SLS hordozórakéta, balra az Orion űrhajóval és egy plusz orbitális modullal, középen 8 méteres orrkúppal egy nagyméretű űrtávcsővel, jobb oldalon 10 méteres orrkúppal pedig egy Mars-űrhajó moduljának elhelyezésével

Mintegy meglepetésként, a Kongresszus felkarolta viszont a korábban Europa Clipper néven futó Europe Multiple-Flyby Mission (EMFM) műholdat, amely eredetileg valamikor 2022 körül indult volna egy ULA Atlas V 551 hordozórakétával – hogy a szonda a Jupiterhez eljuthasson, egy összetett, 7,4 éves manővert kellene ez esetben végrehajtani, miközben egyszer a Vénusz, és kétszer a Föld gravitációs mezejét használná fel ehhez. 2016-ban viszont bejelentették, hogy mivel a szonda egy leszállóegységet is magával visz, így az SLS hordozórakéta viszi majd, és az erősebb rakéta miatt egy közvetlen útvonalat választottak, ami több évvel rövidebb lehet. A program persze továbbra is erősen tervezés kategóriában van még, tehát semmi sincs a kőbe vésve.

Balra az SLS-szel indított EMFM, jobbra az Atlas V vagy Delta-IV opció

Erősen kérdéses persze, hogy kap-e erre elég pénzt a NASA. Az EMFM program az Európára való leszálló modullal együtt bizony több milliárd dolláros költséget jelent...

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!