|
|
Arany László: A Boeing CST-100 űrhajója |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
A CST-100 (Pilótás Űrszállító) űrhajó a Boeing Vállalat által tervezett, a Bigelow Aerospace társasággal közösen megvalósítandó űreszköz, amely egyben megfelel a NASA Kereskedelmi-alapú Pilótás Űrprogram Fejlesztési (CCDev) elvárásainak is. Elsődleges szerepe személyzet szállítása a Nemzetközi Űrállomásra, továbbá magánűrállomásokra, mindenekelőtt a Bigelow Aerospace által építendő Kereskedelmi Űrállomásra.
Külsejét tekintve rendkívüli hasonlóságokat fedezhetünk fel a Lockheed Martin vállalat által a NASA részére gyártott Orion űrhajóval. A pontos adatok nemrégiben jelentek meg, ebből láthatjuk, a kapszula - méretét tekintve - tágasabb az Apollo Parancsnoki Moduljánál és kisebb, mint az Orion űrkapszula. A CST-100 több ember szállítására alkalmas, akár hét asztronautát is feljuttathat a világűrbe, főként alacsony földkörüli pályára, köszönhetően a nagyobb belső hasznos térfogatának és a fenntartó rendszerek tömege jelentős csökkentésének. A tervek szerint akár hét hónapig képes a világűrben maradni; egyetlen űrkapszula pedig tízszer is felhasználható lesz. A NASA CCDev programjának első fázisában a Boeing 18 millió dollárt nyert az űrhajó előzetes fejlesztési munkálataira. A második fázisban ez az összeg immár 93 millió dollárral növekedett. 2012. augusztus 3-án a NASA bejelentette, 460 millió dollárral támogatja a Boeing Vállalatot a CST-100 űrhajójának fejlesztésében a Kereskedelmi-alapú Személyzet-Integrációs Képesség (CCiCap) program keretében.
1. ábra. A Boeing Vállalat CST-100 űrhajójának repülési profilja (gyártás és tesztelés, kilövés előtti előkészületek, kilövési műveletek, a Nemzetközi Űrállomáshoz vagy a Bigelow Aerospace felfújható űrállomásához csatlakozás, leszállás, keresés-mentés.
A CST-100 számos hordozórakétával indítható, többek között az Atlas V, a Delta IV és a Falcon 9 felhasználásával. A kísérleti repüléseket az Atlas V hordozórakétával kezdik majd meg. Kezdetben a Boeing még nem használta a CST-100 megjelölést. A név először Robert Bigelow, a Bigelow Aerospace igazgatójától hangzott el a nyilvánosság előtt, aki 2010. júniusában utalt az űrkapszulára ily módon. A „CST” rövidítés a Pilótás Űrszállító eszközre utal, a „100” pedig a 100 km-es számra, azaz a Kármán-vonal magasságára, ez az érték jelöli a világűr hivatalosan elfogadott határát. Megkapván a teljes összeget a CCDev 1 fázisának kivitelezésére, az Űregyezmény keretében, egy sor konkrét mérföldkőnek kellett megfelelni a 2010-es év során. Ezek: - Pénzügyi tanulmány elkészítése a toló-, illetőleg a húzó típusú, a start során használandó mentőrendszer (LAS) tekintetében - A rendszer terveinek áttekintése - A fellövés-megszakító rendszer demonstrációs tesztje - A fő hővédő pajzs gyártási folyamatának bemutatása - Az avionikai rendszer integrációjának bemutatása - A Parancsnoki Modul gyártásának bemutatása - Az űrkapszula leszállásának demonstrálása (ejtéses tesztek és függőleges irányú vízreszállás) - Az életfenntartó- és a levegő visszaforgató rendszer bemutatása - Autonóm Űrrandevú- és Dokkoló Rendszer (AR&D) hardver és szoftver bemutatója - Az űrkabin makettjének bemutatása
2. ábra. A CST-100 űrhajó és a Műszaki Egység. Az együttes teljes magassága 5.03 méter. A nyilak a következő elemekre mutatnak (balról-jobbra): hűtőbordák, űrkapszula (maximális átmérő 4.56 méter), elülső ablak, védőkúp – az emelkedés során, beszállóajtó, az űrkapszula és a Műszaki Egység közötti rendszerkapcsolatok, hajtóműházak.
A Boeing Vállalat 2010. júliusában tett nyilatkozata szerint az űrkapszula már 2015-ben bevethető lesz, amennyiben a szükséges rövidtávú finanszírozások megvalósulnak, ám már akkor jelezték azt is, hogy csak abban az esetben hajtják végre a fejlesztéseket a CST-100 űrhajón, amennyiben a NASA valóban véghezviszi a kereskedelmi űrrepülések megindítására vonatkozó, Obama elnök által bejelentett, a 2011-es költségvetési évtől megvalósuló elképzeléseket. Roger Krone, a Boeing vezetője szerint, a NASA általi finanszírozás lehetővé teszi a Boeing számára, hogy ne kelljen más támogatók után néznie, azaz a kivitelezés meglehetősen nehéznek bizonyulna a NASA nélkül. Továbbá, másodlagos célként jelölte meg a Nemzetközi Űrállomás kiszolgálása mellett, a Boeing egyik igen fontos ügyfelét és a vele való együttműködést, a Bigelow Aerospace-t
A CST-100 eredete Az űrhajó terve a Boeing NASA-val közös programjainak tapasztalatain alapszik, beleértve az Apollot, a Space Shuttle-t, az ISS-t és a Védelmi Minisztérium által finanszírozott Orbitális Expresszt. A CST-100 nem örököse az Orion tervezetnek, ám gyakran összekeverik az Orion űrhajóból eredeztetett Orion Light változattal, melyen a Bigelow Aerospace dolgozott a Locheed Martin vállalattal karöltve. Androgín Perifériális eszközzel (APAS) fogják felszerelni a dokkolási műveletek végrehajtása érdekében, továbbá a Boeing könnyűsúlyú hőpajzsát (BLA) használja majd a hővédelem ellátására. A kilövéskor pedig, veszély esetén, az RS-88 (Bantam) hajtóművel felszerelt rendszer lépne működésbe.
3. ábra. A CST-100 űrhajó különböző típusú grafikai ábrázolásai. (Keresztmetszet, a legénységi kabin felülnézetben, az űrhajó oldalnézetben – a légzsákokkal és a nyitott beszállóajtóval, a Műszaki Egység szerkezeti rajza.)
Eddigi tesztek Az épülő űrhajóhoz kapcsolódóan már eddig is számos tesztet hajtottak végre, és még ezt követően is jó néhány hátra van. 2011. szeptemberében hangzott el a Boeing bejelentése, miszerint sikeresen fejeztek be egy ejtési kísérlet-sorozatot a szilárd talajra történő leszállás esetén használandó légzsákok megbízható működésének igazolása érdekében. A légzsákok a CST-100 űrhajó hővédő pajzsa alatt helyezkednek el, a hővédő pajzs leválasztásra kerül az űrhajóról, amint az ejtőernyős fékezéssel ereszkedő kapszula eléri a másfél kilométeres magasságot. Ekkor a légzsákokat sűrített nitrogén és oxigén gáz keveréke fújja fel; az autóiparban megszokottól eltérő technika alkalmazásával. A kísérleteket a Mojave sivatagban hajtották végre, délkelet-Kaliforniában, a becsapódás sebességét 16 és 48 km/h között változtatva, annak érdekében, hogy utánozzák a leszálláskor esetleg jelentkező keresztbe fújó szél hatását. A Bigelow Aerospace építette a mobil adatrögzítő berendezést, valamint a kísérleteket is az említett vállalat hajtotta végre. 2012. áprilisában a Boeing Vállalat sikeres légköri ejtési kísérletet végzett el a Nevada sivatagban a Delamar sóstó kiszáradt medrében, Alamo közelében, Nevada államban, sikeresen tesztelve a CST-100-as űrhajója makettjének leszállását 3300 méteres magasságból, a három fő ejtőernyő használata mellett.
4. ábra. Felül: ejtési kísérletek szilárd talajra. Alul: vízreszállás szimulálása különböző érkezési szögben.
Újabb NASA bejelentés 2011. október 31-én a NASA bejelentette, hogy a Boeing Vállalattal való együttműködés keretében, az Űrhivatal a Boeing használatára bocsátja a OPF-3 (Űreszköz Előkészítő Létesítmény) épületét a Kennedy Űrközpontban, a CST-100 űrhajó megépítésére és tesztelésére.
Kereskedelmi partnerek és piac Az űrhajót úgy tervezték, hogy akár hét asztronauta szállítására is alkalmas legyen, ám a hasznos teher arány is növelhető, amennyiben az űrhajó kevesebb embert szállít. A Boeing nem egyedül vesz részt ebben a vállalkozásban. Az űrhajó másik célja ugyanis a Bigelow Aerospace által fejlesztés alatt álló felfújható űrállomás. Ennek értelmében a Bigelow is hozzájárul a költségekhez. Továbbá, a Boeing felajánlotta a Space Adventures vállalkozásnak a CST-100 űrhajó üléseinek árusítását turisztikai célokból, alacsony földkörüli pályát megcélozva. A cég azonban jelezte, nem teljesen biztos benne, hogy milyen kereslet jelentkezik majd e lehetőség iránt, ha egyáltalán. „A piac nyilvánvalóan létezik” – jelentette ki John Mulholland, a Boeing Vállalat alelnöke és egyben a Kereskedelmi Program igazgatója egy 2012-es interjú során. „Remélem, csak rövidtávon van ez így…, ám most csak annyit mondhatok, hogy mindez még képlékeny, ugyanis senki sem hajtott még végre ilyen vállalkozást, ismétlődő rendszerességgel. Meglátjuk.”
5. ábra. 2012-ben, Delamarban végrehajtott ejtési kísérlet a CST-100 űrhajó modelljével, a légzsákok tesztelése céljából.
NASA támogatás A NASA új űrhajó kifejlesztése után nézett az űrrepülőgép felváltása érdekében. Emiatt számos vállalatnak juttatott anyagi forrásokat, magánűrhajók megépítése céljából. A program a Kereskedelmi-alapú Pilótás Fejlesztés (CCDev) nevet kapta, s egyik kedvezményezettje pedig a Boeing. A Boeing CST-100 űrhajója mellett, a NASA ugyancsak financiális támogatást nyújt a Space Exploration Technologies (SpaceX) vállalat részére a Dragon űrhajó kifejlesztésére, továbbá a Sierra Nevada Vállalatnak a Dream Chaser megépítésére. Ezek a vállalatok az elmúlt évek során sikeresen teljesítették az önmaguk elé kitűzött célokat, ennek keretében a Dragon űrhajó több ízben is összekapcsolódott a Nemzetközi Űrállomással. A NASA 2012-re azonban az általa reméltnél jóval kevesebb pénzt kapott a kereskedelmi-alapú pilótás űrrepülések finanszírozására, mindösszesen 406 millió dollárt a kért 850 millió dollár helyett. Emiatt az első kereskedelmi járat elindítása legalább kétéves késést fog szenvedni – az Űrhivatal állítása szerint. Az Űrhivatal azonban továbbra is reménykedik abban, hogy legalább az egyik űrhajó készen lesz a 2016-2017-es időszakra, képes lesz embereket szállítani a világűrbe, miáltal jelentős mértékben csökkenhetne az Egyesült Államok függése Oroszországtól, nevezetesen a Szojuz űrhajótól, a Nemzetközi Űrállomás kiszolgálása tekintetében. Ám a Boeing Vállalat erősen hisz abban, hogy már 2015-2016-ban fel tudja bocsátani űrhajóját – természetesen a támogatások függvényében. „A meglévő szerződések fontos előrelépést jelentenek az Egyesült Államok pilótás űrprogramjának újraindításában” – jelentette ki Phil McAlister, a NASA Kereskedelmi Űrrepülés Fejlesztési Részlegének igazgatója, 2012. decemberében. „A NASA és ipari partnerei elkötelezettek űrhajósok biztonságos és költséghatékony felbocsátásában, hazai földről – öt éven belül.”
6. ábra. A CST-100 űrhajó az Atlas V hordozórakéta csúcsán. Jól megfigyelhető közvetlenül az űrhajó alatt az adapter, valamint a Centaur-fokozat (citromsárga).
Előkészületek az első repülésre A NASA-tól folyamatosan érkeznek a fejlesztési támogatások, ennek köszönhetően, a Boeing a CST-100 űrhajóját tesztek sorozatának vetette alá, felkészítendő az első repülésére. 2011-ben a vállalat elkészített egy 30x35 cm-es modellt szélcsatornás kísérletek végzésére, az űrhajó aerodinamikai karakterisztikáinak meghatározására. A modellt 20 különböző szögben vizsgálták, azt igyekezvén megtudni, miként viselkedik majd az űrhajó az esetleges repülés-megszakítás különböző fázisaiban. A következő évben ejtőernyős-ejtéses kísérletekre került sor a CST-100 űrhajóval, annak megfigyelésére, miként működik az űrhajó ejtőernyő- és légzsák rendszere. Az Apollo küldetésekkel ellentétben, a CST-100 szárazföldre érkezik leszálláskor, a légzsákok tehát rendkívül fontos szerepet töltenek be a biztonságos talajfogáskor. „Érdekes két év áll mögöttünk” – nyilatkozta 2012-ben Roger Krone, a Boeing Hálózati- és Űr-rendszereinek elnöke. „Úgy gondolom, hogy az iparvállalat számos tagja csatlakozott az űrrepülőgépes és a Nemzetközi Űrállomás programjához. [Erre alapozva] dolgozhatjuk ki űrstratégiánkat.” Az év további részében a társaság a NASA-val együttműködve meghatározta az Űrhajó pontos felépítését, újabb fontos lépést téve ezáltal a CCDev program harmadik fázisának megvalósítása felé. 2012. végén a Boeing jelezte, a CST-100 űrhajón a további fejlesztések a NASA-tól érkező támogatástól függenek. Amennyiben az anyagi források kiapadnak, a társaság átgondolja az űrhajó kifejlesztésének folytatását. „Kemény dió” – nyilatkozta Keith Reiley, a Boeing kereskedelmi-alapú fejlesztések programigazgatójának helyettese, a 2012. májusában, Los Angelesben megrendezett, Űrtechnológiai Expón. „Őszintén mondom, nem tudom, miként néz ki a folytatás. Gondolkoztunk erről, de semmi hivatalos lépést nem tettünk. Nyilvánvaló, hogy a NASA jelentős összeggel fog támogatni minket. Vajon a Boeing Vállalat hajlandó lesz továbbra is folytatni ezen a szinten? Kétlem. Talán valamivel alacsonyabb szinten, de tényleg nem tudom.” 2013. nyarán azonban még semmi ok nem látszott arra, hogy a Boeing lassítson. A Vállalat folytatja a CST-100 űrhajójával a már zajló teszteket, továbbra is erősen koncentrálva a célra, miszerint a dekád közepén űrhajósokat juttassanak az űrbe. A Boeing számára a következő kihívást a Tanúsítási Szerződés második szakasza jelenti majd, ez előre láthatólag 2014-ben indul. Ebben a periódusban a Nemzetközi Űrállomás űrhajósokkal történő ellátása érdekében szükséges valamennyi fejlesztési lépésnek meg kell felelni. A NASA tisztségviselői megjegyezték, a verseny nyitott, a CST-100 űrhajó tehát bizonyíthatja alkalmasságát a következő fordulóban is.
7. ábra. CST-100 űrhajók - a Bigelow Aerospace vállalat felfújható űrszállodájához csatlakozva, illetőleg közelítve hozzá.
Fontos mérföldkő a CST-100 űrhajó megvalósulásának útján Az első, nagy fontossággal bíró mérföldkövet a Boeing Társaság 2012. augusztus 23-án teljesítette, a NASA által meghirdetett Kereskedelmi-alapú Személyzet-Integrációs Képesség (CCiCap) kezdeményezése keretében. Az Integrált Rendszerek Áttekintése (ISR) során a Boeing bemutatta a CST-100 űrhajó legújabb változatát, a United Launch Alliance Atlas V-ös rakétarendszerét, továbbá a földi- és a repülésirányító rendszereket. Ezek a tervek szolgálnak majd alapjául a további fejlesztési munkálatoknak a CCiCap elvárások teljesüléséig. A Vállalat beszámolt biztonsági és repülés-biztosítási kérdésekről, melyek végül hozzájárulnak majd a rendszerek tanúsítványainak megszerzéséhez, miszerint az általuk kifejlesztett technika alkalmas pilótás űrrepülések lebonyolítására.
8. ábra. A Boeing Vállalat CST-100 űrhajója a NASA Apollo űrhajójával összehasonlítva. Látható, a CST-100 űrhajó kapszulája valamivel nagyobb, Műszaki egysége viszont lényegesen kisebb. Az arányokat jól érzékelhetjük az emberi léptékkel összevetve. „Az ISR meghatározta azokat az alapokat, melyek lehetővé teszik majd a csapatunk számára, hogy eljusson az űrhajó végleges terveinek kialakításához – tudatta John Mulholland. – Reméljük, hogy a tervezési szigor, a fejlesztési folyamat és a külső beszállítók révén a CST-100 űrhajó egyike lehet a jövő személyzet-szállító űrhajóinak a Nemzetközi Űrállomás vonatkozásában, és egyéb, alacsony földkörüli pályán lévő célok elérésére.” A NASA Kereskedelmi-alapú Pilótás Programjának (CCP) technikai szakértői is részt vettek a Houstonban tartott bemutatón. 50 éves tapasztalatuk a pilótás űrrepülés terén észrevételekkel és tanácsokkal segíti a munkálatok megvalósítását. „Valamennyi ipari partner felkészült arra, hogy a pilótás űrrepülési technikájukat a technikai fejlesztés terén távolabbra vigyék, mint bárki őelőttük, Amerikának ezért hamarosan ismét lesz saját, emberes űrprogramja az évtized közepe táján – nyilatkozta Ed Mango, a CCP programigazgatója. – Ez a bemutató csupán az első értékes mérföldkövét jelenti a Boeing fejlesztéseinek, várhatóan a NASA-val végzett partneri viszony el fog jutni a várakozások szerinti befejezésig.” A bemutatót követően a Boeing beszámolt számos kísérleti eredményről, melyeket a korábbi Kereskedelmi-alapú Pilótás Fejlesztés 2. szakaszát meghatározó törvényben (CCDev2) foglaltak szerint a NASA-val megkötött egyezményben rögzítettek. Ezek a tesztek felölelték ejtőrnyős- és légzsákos ejtési kísérleteket, start-megszakító hajtómű indítását és szélcsatornás vizsgálatokat. A NASA legújabb CCiCap megállapodásai a két korábbi kereskedelmi megegyezés szellemében fogantak, a céljuk pedig az, hogy az Űrhivatal ösztönözze a kereskedelmi-alapú személyszállító rendszerek és –alrendszerek kifejlesztését. A NASA közösen dolgozik ipari partnereivel a CCiCap megállapodás keretében, a cél pedig a dekád közepén asztronautákkal a fedélzeten végrehajtott demonstrációs repülések megvalósítása. A jövő fejlesztési és tanúsítási fázisai elvezetnek majd kereskedelmi alapú, személyzettel végrehajtott űrrepülések igénybe vehetőségéhez, a NASA ily módon el tudja juttatni űrhajósait a Nemzetközi Űrállomásra, ahol nagy jelentőségű kísérleteket folytatnak folyamatosan az emberiség javát szolgálva. A NASA célja a kereskedelmi-alapú űrrepülések beindításával alacsony földkörüli pályára egyben annak biztosítása is, hogy a kormányzati szervek és más kereskedelmi megrendelők hozzájuthassanak ehhez a lehetőséghez.
Elkészült az illesztő-gyűrű 2013. áprilisában a CST-100 űrhajó fejlesztése újabb mérföldkőhöz érkezett. Elkészült az a szerkezet, melynek segítségével az űrhajó összekapcsolható az Atlas V hordozórakétával, egyúttal a korábbi terveket is újabb felülvizsgálatnak vetették alá, mindennek eredményeként pedig az Egyesült Államok újabb lépéssel került közelebb ahhoz, hogy saját hordozóeszközeivel bocsássa fel saját űrhajósait. A szerkezetet Hordozórakéta Adapter névvel jelölték, a United Launch Alliance (ULA) tervezte, az időben történt elkészülte pedig egyben azt is jelenti, hogy az Atlas V hordozórakétára felszerelve, a CST-100 űrhajó első két kísérleti repülésére már 2016-ban sor kerülhet. „Jelen bemutató hűen demonstrálta a Boeing, az ULA és a NASA csapatai által végrehajtott egyedülálló erőfeszítéseket – nyilatkozta John Mulholland. – Ily módon megteremtődtek azok az alapok, melyek a szélcsatornás kísérletek megkezdéséhez szükségesek, továbbá a teljes kilövőrendszer összehangolását is megkezdhetjük.”
9 . ábra. A Boeing Vállalat CST-100 űrhajója belülről
Szélcsatornás teszt A Boeing Vállalat 2013. júniusában számolt be az utóbbi hónapokban végrehajtott szélcsatornás kísérleteiről, melyben a komplett rendszer - a CST-100-as űrhajója, az illesztő-gyűrű közvetítésével csatlakoztatott ULA Atlas V rakétája – részt vett. A teszt a NASA CCiCap kezdeményezése keretében zajlott. A Boeing és az ULA közösen dolgozik az Atlas V újonnan módosított alkotóján, a Centaur rakéta-fokozaton is. Újabb mérföldkövet jelent ez a kísérlet a CCiCap egyezmény keretében, s remélhetőleg semmi nem állja útját, hogy 2014. Közepére mind a 19 elvárásnak megfeleljenek. „A Centaurnak nagy szerepe van az űrhivatal hosszú és sikeres történetében, lényegében a legsikeresebb eszközről van szó – nyilatkozta Ed mango. – Mivel korábban nem használták pilótás küldetések végrehajtására, ezek a kísérletek kulcsfontosságúak a zökkenőmentes és biztonságos működés igazolására, hiszen ne feledjük, a csúcsán emberek fognak majd helyet foglalni.” A szélcsatornás kísérletek márciusban kezdődtek és egészen májusig tartottak a Moffett Field Centerben, Kaliforniában. A méretarányos modellt az Ames 3,6 méter átmérőjű, transzszonikus szélcsatornájában vizsgálták. A kapott adatok igen fontos ismeretekkel szolgálnak a Boeing Vállalat számára a rendszer biztonságáról, s arról, vajon megbízhatóan használható-e asztronauták világűrbe küldésére. A Centaur-fokozat folyékony oxigén tápláló-vezetékét márciusban, Murriettában, Kaliforniában tesztelték, annak a folyamatnak a karakterisztikáját igyekeztek feltárni, miként mozog az oxigén a tartályból a két hajtóműhöz, ahol elkeveredik a folyékony hidrogénnel, s berobbanva létrehozza a szükséges tolóerőt. A Centaur veszi át az Atlas V első fokozatától az űrhajó tovább gyorsításának feladatát az Atlas V üzemanyaga kifogyását követően, s állítja az űrhajót a tervezett pályára. A Centaur rendkívül sikeres és hosszú múltat tudhat maga mögött, többek között a Curiosity marsjáró indításában is fontos szerepet kapott. „A CST-100 űrhajó az adapterrel az Atlas V rakétához illesztve pontosan az elvárt módon viselkedett, megerősítvén előzetes elképzeléseinket az éles helyzetben történő tökéletes együttműködésüket illetően” – egészítette ki a híreket John Mulholland.
A CST-100 költségcsökkentési megoldásai - A Szojuz-Apollo, közös szovjet amerikai űrrepülés, részére kifejlesztett APAS dokkoló rendszer használata - Az Orbitális Expressz által már bemutatott Automatikus közelítő- és dokkoló rendszer (AR&D) - Az Apollo űrhajótól átvett ejtőernyő-rendszer - A start- és repülés-megszakító rendszer elemei már kifejlesztett berendezéseken alapulnak - A hővédő pajzs (BLA) átvétele más űrprogramokból - Kúp alakú, forgásszimmetrikus forma - Légzsákos leszállási módszer a CEV/Orion űrhajótól átvéve
A CST-100 űrhajó által még teljesítendő legfőbb mérföldkövek - Repülés-megszakítás a kilövőállásban – 2013. vége - Szerkezeti-terhelés tesztek – 2014. közepe - Legénység nélküli orbitális repülés – 2015. eleje - Emelkedés közbeni repülés megszakítás – 2015. közepe - Űrrepülés 2 asztronautával – 2015. vége - Az űrhajó-rendszer szolgálatba állíthatósága – 2016. eleje
A CST-100és az Apollo űrhajó összevetése
Lezárva: 2013. július 12.
Forrás: Wikipédia http://boeing.mediaroom.com/index.php?s=43
|
|
