211service.com
Del Apollo, del Boeing 787
Apollo-programmet, som sendte et dusin mænd til Månen, sluttede i 1972. Det er så længe siden, at færre end halvdelen af alle amerikanere er gamle nok til at have set en af dens missioner på direkte tv. Alligevel er noget af teknologien bag Apollo ved at blive bragt ud af pensionering for NASAs tilbagevenden til Månen, planlagt til 2020.
Orion-besætningskapslen kører ind i jordens kredsløb på toppen af Ares I-raketten, også under udvikling (kunstnerens koncept). Udlånt af NASA.
Agenturets nye system til at rejse til jordens kredsløb og senere til Månen og Mars, døbt Konstellationsprogrammet , duplikerer i det væsentlige Månemissionsteknologierne foreslået af Wernher von Braun i slutningen af 1950'erne og brugt i Apollo-programmet. For eksempel inkluderer den en flertrinsraket svarende til Apollos Saturn V, et mandskabskøretøj svarende til Apollo-kommandomodulet og en månelander direkte baseret på Apollo-landeren.
I sidste måned valgte NASA rumfartsgiganten Lockheed Martin til at bygge besætningskøretøjet, kaldet Orion. Fartøjets kegleformede besætningsmodul og cylindriske servicemodul er måske lige ankommet fra Smithsonian Air and Space Museum - bortset fra at de er en smule større end Apollo-versionerne og har fire til seks besætningsmedlemmer i stedet for tre.
Alligevel vil Orion ifølge Lockheed Martin embedsmænd få Apollo-fartøjet til at ligne en Model T. Orions reentry-system vil for eksempel inkorporere viden hentet fra Lockheeds seneste Genesis- og Stardust-missioner, som hentede materialer fra kometer. Hvad mere er, vil flyelektronikkens software og udstyr være baseret på systemer, der bruges i de nyeste passagerfly; og et nyt abortsystem vil føre astronauter væk fra hovedraketterne i tilfælde af en Challenger-lignende opsendelseskatastrofe.
Patrick McKenzie er forretningsudviklingschef for Orion-projektet hos Lockheed Martin Space Systems i Denver, CO. Han talte med Teknologigennemgang den 7. september om teknologierne – gamle og nye – der går ind i Orion.
Teknologianmeldelse: Hvad lærte rumfartsingeniører af Apollo, som kan anvendes i Orion-projektet? Og hvorfor ligner dit design så, i det mindste overfladisk, Apollo kommandomodul og servicemodul?
Patrick McKenzie: En af de mest varige ting, som Apollo fik ret i, var den aerodynamiske form af kapslen - som også tilfældigvis er det mest synlige element. En af grundene til, at NASA valgte at gå med formen af Apollo-typen, er den dokumenterede sikkerhedsdatabase, der følger med. Når du ser på alternativer som løftekropsdesign – rumfly som Shuttle – giver de ting som ekstra krydsrækkevidde [evnen til at styre til forskellige landingssteder], men du er ikke i stand til at flyve dem sikkert i tilfælde af at en kontrolsystemet går offline. Et ballistisk reentry-system som en kapsel kan returnere besætningen sikkert i tilfælde af en fejl. Men stort set alt andet ved denne kapsel er ny teknologi – ikke nødvendigvis blødende, men udviklet efter Apollo.
TR: Hvad er nogle af de vigtigste nye teknologier efter din mening?
OM EFTERMIDDAGEN: En af de store teknologiapplikationer, der helt klart vil være anderledes med Orion, er den automatiserede rendezvous og docking-kapacitet. Orion bliver nødt til at lægge til kaj med Den Internationale Rumstation og med Earth Departure Stage [raketten, der vil accelerere Orion ud af Jordens kredsløb til Månen]. Shuttle er manuelt docket, og Apollo var åbenbart ikke automatiseret. Orion vil have mulighed for manuel tilsidesættelse, men langt størstedelen af tiden skulle der ikke være behov for et besætningsmedlem til at gribe ind.
TR: Jeg forstår, at Orion vil have en ny type varmeskjold til genindtræden i Jordens atmosfære.
OM EFTERMIDDAGEN: Ideen er stort set den samme som med Apollo, men der kommer et nyt design og nye materialer, der giver mere robust beskyttelse. Det er vigtigt, fordi med køretøjer, der kommer tilbage fra Månen, eller især fra Mars, vil genindstigningshastighederne være meget højere [end med rumfartøjer i lav kredsløb om Jorden]. Vi kigger på varmeskjoldmaterialer som PICA [phenol-imprægneret carbonablator] og SLA [et korkbaseret ablativt materiale], som Lockheed har bevist på Genesis og Stardust deep-space prøve-returmissionerne.
En anden ting, der vil være ny, er spring genindtastning over, hvilket vi kommer til at gøre rutinemæssigt. Det er her, du hopper af atmosfæren og kommer tilbage igen, hvilket giver dig mulighed for at røre ned på land, i modsætning til Apollo-landingerne i havet. Det giver et ekstra mål for sikkerhed og forbedrer systemets genanvendelighed. Selvfølgelig kigger vi også på opgraderede landing-impact-systemer. Du kommer stadig ned på faldskærme, som Apollo gjorde, så udløser du airbags eller affyrer retroraketter, ligesom det russiske Soyuz-køretøj gør, for at bremse køretøjet for en sikker landing.
TR: Hvordan vil forholdene være inde i besætningsmodulet?
OM EFTERMIDDAGEN: Apollo kunne kun transportere tre personer, og de havde meget trange levevilkår. Orion-besætningsmodulet vil have dobbelt så meget volumen: 361 kubikfod pr. besætningsmedlem. Fire besætninger kan tage frem og tilbage til Månen, og på flyvninger til den internationale rumstation kunne vi rumme op til seks besætninger. Besætningsmodulet vil også være i stand til at forblive i kredsløb om Månen i en fuldstændig autonom tilstand, så alle fire besætningsmedlemmer kan gå ned til overfladen for potentielt langvarige ophold.
TR: For Apollo designede NASA et abortsystem til at transportere kommandomodulet væk fra Saturn V-raketten i tilfælde af en nødsituation. Sådan et abortsystem kunne have reddet Challenger-astronauterne, men det har rumfærgen desværre ikke. Hvad er ved at blive planlagt for Orion?
OM EFTERMIDDAGEN: Det er den samme slags idé som med Apollo. En af de særlige fordele ved kapselkonfigurationen i forhold til rumfærgen er det faktum, at vi ikke er sidemonteret. På Shuttle er både de solide raketforstærkere og den eksterne brændstoftank lige op ad køretøjets mave, og der er ingen måde at adskille besætningen fra dem i en nødsituation. Orion vil sidde på toppen af Ares I løfteraketten på samme måde som Apollo, så hvis der er nogen form for problemer med raketten nedenfor, er de avancerede opsendelsesafbrydelsesraketter på tårnet over besætningsmodulet fuldt ud i stand til at accelerere væk fra Ares og få besætningen i en sikker situation med faldskærme til landing.
TR: De gamle mekaniske cockpitsystemer i rumfærgen blev for nylig udskiftet med et moderne glascockpitdesign med fuldt elektroniske displays og kontroller. Jeg går ud fra, at teknologien også vil gå ind i Orion?
OM EFTERMIDDAGEN: Avioniksystemerne om bord kommer til at være lysår foran, hvor Apollo var. Ikke kun vil vi have det, du kaldte glascockpittet, men det andet nøgleelement er dobbelt fejltolerance. Det betyder, at med de kritiske systemer, der er indbygget i Orion, kan du have to fejl i det samme system og stadig flyve sikkert. Systemet, som vores holdkammerat Honeywell arbejder på, er baseret på flyelektronikarkitekturen i Boeing 787, som også er dobbeltfejltolerant. Systemerne overvåger konstant hinanden, og hvis et system har et problem, tager et andet automatisk over. Det tilføjer noget ekstra vægt og kompleksitet til køretøjet, men det giver en meget større sikkerhedsmargin på disse meget farlige rummissioner.
TR: Rumfærgen skal udgå i 2010, og de første bemandede testflyvninger til Constellation Program – eller i det mindste Ares-raketten med Orion på toppen – er planlagt til 2014. Hvad vil være de sværeste teknologiske udfordringer, når du prøver at holde til den tidsplan?
OM EFTERMIDDAGEN: Typisk ender udviklingen af flyelektroniksoftware med at være et kritisk element. RCS-motorerne, afledte af Shuttle's RCS-motorer, er et andet [Reaction Control System - de små sidemonterede raketter, der bruges til attitudekontrol og styring. Shuttle's RCS-motorer stammede selv fra Apollo. -red. ] Så det kommer ned til software og fremdrift. Vi er opmærksomme på disse kritiske vejproblemer og arbejder med NASA for at løse dem tidligt. Vi vil gerne lukke hullet efter Shuttle's pensionering og tynde tidsplanen ned til testlanceringer i 2012 eller endnu før. Men udviklingsprocessen for Ares I-lanceringen af køretøjer skal gå sammen med Orion.
TR: Fra præsident Kennedys tale i maj 1961, der bekendtgjorde målet om at lande på Månen, til selve Apollo 11-landingen i juli 1969, gik der lidt mere end otte år. I dag siger NASA, at det vil tage mindst 14 år at gøre det samme. Hvorfor?
OM EFTERMIDDAGEN: Orion-delen af projektet ville sandsynligvis være i stand til månemissioner tidligere end 2020. Når det er sagt, bliver du også nødt til at udvikle en månelander, et jordafgangstrin og et liftkøretøj [Ares I og Ares V]. Fordi NASA's budget i dag og alder er en meget mindre procentdel af nationens budget, end det var i Apollo-æraen, er vi nødt til at gå, som du kan betale, som NASA-administrator [Michael] Griffin udtrykker det. Den oprindelige budgetprioritet er at udvikle Ares I og Orion. Vi vil ikke være i stand til at lave udvikling på månelanderen, EDS og alle elementerne i Ares V parallelt.
TR: Hvorfor tror du, at Lockheed Martins forslag til Orion-kontrakten vandt over Northrop Grummans? Tilbød Lockheed overlegen teknologi?
OM EFTERMIDDAGEN: Jeg er ekstremt stolt af holdet og det, de opnåede med det tekniske koncept, vi leverede til NASA. Men kravene er stadig i færd med at ændre sig, og alle tilbudsgiverne skulle faktisk forholde sig til en diameterændring [i Orion-kapslen] halvvejs i processen, fra 5,5 meter ned til 5 meter. Da NASA leverede så mange ting til os som krav, blev spillereglerne noget udjævnet.
Når det kommer til stykket, tilmelder NASA sig et forhold til en industriel partner, der kommer til at vare et par årtier. De ønskede at vide, at det ville blive et lykkeligt ægteskab, hvor partnerskabets ånd var i virkeligheden. Under fase I [da NASA betalte flere tilbudsgivere for at udvikle designs til Orion], tog vi initiativet til at sikre, at vores projektkontor var samlokaliseret i Houston, hvilket gjorde det nemt for dem at deltage i alle vores kontrolbestyrelsesmøder og andre vigtige begivenheder ud over de typiske halvårlige anmeldelser. Vi har en betydelig arbejdsstyrke på Michoud Assembly Facility i New Orleans [hvor Shuttle's eksterne tanke er sat sammen]; vi tog tidligt en beslutning om at lave den endelige samling og checkout på Kennedy Space Center; vi skal lave motortest i Stennis Space Center i Mississippi [NASAs primære teststed for raketfremdrift]. Det tror jeg, NASA har sat pris på.