211service.com
Deel Apollo, Deel Boeing 787
Het Apollo-programma, dat een dozijn mannen naar de maan stuurde, eindigde in 1972. Het is zo lang geleden dat minder dan de helft van alle Amerikanen oud genoeg is om een van zijn missies live op tv te hebben gezien. Toch staat een deel van de technologie achter Apollo op het punt met pensioen te worden gehaald voor NASA's terugkeer naar de maan, gepland voor 2020.
De Orion-bemanningscapsule rijdt in een baan om de aarde bovenop de Ares I-raket, ook in ontwikkeling (concept van de kunstenaar). Met dank aan NASA.
Het nieuwe systeem van het bureau voor reizen naar de baan om de aarde en later naar de maan en Mars, genaamd Het sterrenbeeldprogramma , dupliceert in wezen de maanmissietechnologieën die eind jaren vijftig door Wernher von Braun werden voorgesteld en in het Apollo-programma werden gebruikt. Het bevat bijvoorbeeld een meertrapsraket vergelijkbaar met Apollo's Saturn V, een bemanningsvoertuig vergelijkbaar met de Apollo-opdrachtmodule en een maanlander die rechtstreeks is gebaseerd op de Apollo-lander.
Vorige maand koos NASA ruimtevaartgigant Lockheed Martin om het bemanningsvoertuig, Orion genaamd, te bouwen. De kegelvormige bemanningsmodule en cilindrische servicemodule van het vaartuig zijn misschien net aangekomen uit het Smithsonian Air and Space Museum, behalve dat ze iets groter zijn dan de Apollo-versies, met vier tot zes bemanningsleden in plaats van drie.
Maar volgens Lockheed Martin-functionarissen zal Orion het Apollo-vaartuig eruit laten zien als een Model T. Orion's terugkeersysteem, bijvoorbeeld, zal kennis bevatten die is verkregen uit de recente Genesis- en Stardust-missies van Lockheed, die materialen van kometen hebben opgehaald. Bovendien zullen de avionica-software en -apparatuur gebaseerd zijn op systemen die worden gebruikt in de nieuwste passagiersvliegtuigen; en een nieuw afbreeksysteem zal astronauten wegvoeren van de belangrijkste raketten in het geval van een Challenger-achtige lanceringsramp.
Patrick McKenzie is business development manager voor het Orion-project bij Lockheed Martin Space Systems in Denver, CO. Hij sprak met Technologie beoordeling op 7 september over de technologieën – oude en nieuwe – die Orion binnenkomen.
Technologie beoordeling: Wat hebben lucht- en ruimtevaartingenieurs van Apollo geleerd dat kan worden toegepast in het Orion-project? En waarom lijkt uw ontwerp, althans oppervlakkig, zo op de Apollo-commandomodule en servicemodule?
Patrick McKenzie: Een van de meest duurzame dingen die Apollo goed kreeg, was de aerodynamische vorm van de capsule, die ook het meest zichtbare element is. Een van de redenen waarom NASA koos voor de Apollo-achtige vorm is de bewezen veiligheidsdatabase die daarbij hoort. Als je kijkt naar alternatieven zoals ontwerpen met een heflichaam - ruimtevliegtuigen zoals de Shuttle - bieden ze dingen als extra cross-range [de mogelijkheid om naar verschillende landingsplaatsen te sturen], maar je bent niet in staat om ze veilig te vliegen in het geval dat een besturingssysteem gaat offline. Een ballistisch terugkeersysteem zoals een capsule kan de bemanning veilig terugbrengen in het geval van een storing. Maar vrijwel al het andere aan deze capsule is nieuwe technologie - niet per se hypermodern, maar ontwikkeld na Apollo.
TR: Wat zijn volgens jou enkele van de belangrijkste nieuwe technologieën?
P.M: Een van de belangrijkste technologische toepassingen die duidelijk anders zal zijn met Orion, is de geautomatiseerde rendez-vous- en docking-mogelijkheid. Orion zal moeten aanmeren bij het internationale ruimtestation en bij de Earth Departure Stage [de raket die Orion uit de baan van de aarde naar de maan zal versnellen]. De shuttle is handmatig gedockt en Apollo was duidelijk niet geautomatiseerd. Orion zal handmatige override hebben, maar in de overgrote meerderheid van de tijd zou er geen behoefte moeten zijn aan een bemanningslid om in te grijpen.
TR: Ik begrijp dat Orion een nieuw type hitteschild zal hebben voor terugkeer in de atmosfeer van de aarde.
P.M: Het idee is vrijwel hetzelfde als bij Apollo, maar er komt een nieuw ontwerp en nieuwe materialen die een robuustere bescherming bieden. Dat is belangrijk omdat met voertuigen die terugkomen van de maan, of vooral van Mars, de terugkeersnelheden een stuk hoger zullen zijn [dan met ruimtevaartuigen in een lage baan om de aarde]. We kijken naar hitteschildmaterialen zoals PICA [met fenol geïmpregneerde koolstofablator] en SLA [een op kurk gebaseerd ablatief materiaal] dat Lockheed heeft bewezen tijdens de Genesis en Stardust deep-space monsterretourmissies.
Een ander ding dat nieuw zal zijn, is terugkeer overslaan, wat we routinematig gaan doen. Dat is waar je de atmosfeer afkaatst en weer terugkomt, wat je de mogelijkheid geeft om op het land te landen, in tegenstelling tot de Apollo-landingen in de oceaan. Dat zorgt voor een extra mate van veiligheid en vergroot de herbruikbaarheid van het systeem. Natuurlijk kijken we ook naar verbeterde landing-impactsystemen. Je komt nog steeds met parachutes naar beneden, zoals Apollo deed, dan zet je airbags in of vuur je retroraketten af, vergelijkbaar met wat het Russische Sojoez-voertuig doet, om het voertuig te vertragen voor een veilige landing.
TR: Hoe zullen de omstandigheden zijn in de bemanningsmodule?
P.M: Apollo kon slechts drie mensen vervoeren en ze hadden zeer krappe levensomstandigheden. De bemanningsmodule van Orion zal twee keer het volume hebben: 361 kubieke voet per bemanningslid. Vier bemanningsleden kunnen heen en weer naar de maan, en op vluchten naar het internationale ruimtestation kunnen we maximaal zes bemanningsleden huisvesten. Ook kan de bemanningsmodule in een volledig autonome modus in een baan rond de maan blijven, zodat alle vier de bemanningsleden naar de oppervlakte kunnen gaan voor mogelijk langdurig verblijf.
TR: Voor Apollo ontwierp NASA een abort-systeem om de commandomodule weg te voeren van de Saturn V-raket in het geval van een lanceringsnoodgeval. Zo'n afbreeksysteem heeft misschien de Challenger-astronauten gered, maar helaas heeft de Space Shuttle er geen. Wat staat er op de planning voor Orion?
P.M: Het is hetzelfde soort idee als bij Apollo. Een van de bijzondere voordelen van de capsuleconfiguratie ten opzichte van de Space Shuttle is het feit dat we niet aan de zijkant gemonteerd zijn. Op de Shuttle bevinden zowel de solide raketboosters als de externe brandstoftank zich precies tegen de buik van het voertuig, en er is geen manier om de bemanning te scheiden van die in een noodgeval. Orion zal bovenop het Ares I-lanceervoertuig zitten op dezelfde manier als Apollo, zodat als er een probleem is met de raket eronder, de geavanceerde raketten voor het afbreken van de lancering op de toren boven de bemanningsmodule volledig in staat zijn om weg te versnellen van de Ares en de bemanning in een veilige situatie brengen, met parachutes om te landen.
TR: De oude mechanische cockpitsystemen in de Space Shuttle zijn onlangs vervangen door een modern glazen cockpitontwerp, met volledig elektronische displays en bedieningselementen. Ik neem aan dat die technologie ook naar Orion gaat?
P.M: De avionica-systemen aan boord zullen lichtjaren verder zijn dan waar Apollo was. We hebben niet alleen wat u de glazen cockpit noemde, maar het andere belangrijke element is dubbele fouttolerantie. Dat betekent dat met de kritieke systemen die in Orion zijn ingebouwd, u twee storingen in hetzelfde systeem kunt hebben en toch veilig kunt vliegen. Het systeem waar onze teamgenoot Honeywell aan werkt, is gebaseerd op de avionica-architectuur van de Boeing 787, die ook dual-fault tolerant is. De systemen houden elkaar constant in de gaten en als het ene systeem een probleem heeft, neemt een ander het automatisch over. Het voegt wat extra gewicht en complexiteit toe aan het voertuig, maar het biedt een veel grotere veiligheidsmarge tijdens deze zeer gevaarlijke ruimtemissies.
TR: De Space Shuttle gaat in 2010 met pensioen en de eerste bemande testvluchten voor het Constellation Program - of in ieder geval de Ares-raket met Orion bovenop - staan gepland voor 2014. Wat zullen de moeilijkste technologische uitdagingen zijn die je probeert te volbrengen aan dat schema?
P.M: Doorgaans wordt de ontwikkeling van luchtvaartelektronicasoftware een kritiek padelement. De RCS-motoren, afgeleiden van de RCS-motoren van de Shuttle, zijn een ander [Reaction Control System: de kleine aan de zijkant gemonteerde raketten die worden gebruikt voor houdingscontrole en besturing. De RCS-motoren van de Shuttle waren zelf afgeleid van Apollo. -red. ] Het komt dus aan op software en voortstuwing. We zijn ons bewust van deze kritieke padproblemen en werken samen met NASA om ze vroegtijdig aan te pakken. We willen het gat dichten na de pensionering van de Shuttle en het schema verkorten tot testlanceringen in 2012 of zelfs eerder. Maar het ontwikkelingsproces van de Ares I-lanceringsvoertuigen moet samen met Orion komen.
TR: Van de toespraak van president Kennedy in mei 1961 waarin het doel van de landing op de maan werd aangekondigd tot de daadwerkelijke landing van Apollo 11 in juli 1969, gingen er iets meer dan acht jaar voorbij. Vandaag zegt NASA dat het minstens 14 jaar zal duren om hetzelfde te doen. Waarom?
P.M: Het Orion-gedeelte van het project zou waarschijnlijk eerder dan 2020 in staat zijn tot maanmissies. Dat gezegd hebbende, zul je ook een maanlander, een vertrekfase van de aarde en een hefvoertuig [de Ares I en Ares] moeten ontwikkelen V]. Omdat het budget van NASA tegenwoordig een veel kleiner percentage van het budget van de natie is dan in het Apollo-tijdperk, moeten we gaan zoals je kunt betalen, zoals NASA-beheerder [Michael] Griffin het stelt. De eerste begrotingsprioriteit ligt bij de ontwikkeling van Ares I en Orion. We zullen niet in staat zijn om de maanlander, de EDS en alle elementen van Ares V parallel te ontwikkelen.
TR: Waarom denk je dat het voorstel van Lockheed Martin voor het Orion-contract won van dat van Northrop Grumman? Biedt Lockheed superieure technologie?
P.M: Ik ben enorm trots op het team en wat ze hebben bereikt met het technische concept dat we aan NASA hebben geleverd. Maar de vereisten zijn nog steeds aan het veranderen en alle bieders kregen halverwege het proces te maken met een diameterverandering [in de Orion-capsule], van 5,5 meter naar 5 meter. Met NASA die ons zoveel dingen als vereisten leverde, werd het speelveld enigszins genivelleerd.
Als het erop aankomt, tekent NASA voor een relatie met een industriële partner die een paar decennia zal duren. Ze wilden weten dat het een gelukkig huwelijk zou worden, waar de geest van partnerschap echt tot uiting kwam. Tijdens Fase I [toen NASA verschillende bieders betaalde om ontwerpen voor Orion te ontwikkelen], namen we het initiatief om ervoor te zorgen dat ons projectbureau zich in Houston bevond, waardoor het gemakkelijk voor hen was om deel te nemen aan al onze vergaderingen van de controleraad en andere belangrijke gebeurtenissen naast de typische tweemaandelijkse recensies. We hebben een aanzienlijk personeelsbestand in de Michoud-assemblagefaciliteit in New Orleans [waar de externe tanks van de shuttle in elkaar worden gezet]; we hebben al vroeg de beslissing genomen om de eindmontage en kassa te doen bij Kennedy Space Center; we gaan motortesten doen in het Stennis Space Center in Mississippi [de primaire testlocatie voor raketvoortstuwing van NASA]. Ik denk dat NASA dat heeft gewaardeerd.