|
V roce 2005 byla v NASA v rámci studie ESAS (o návratu američanů na Měsíc) navržena nová kosmická loď pro lety do vzdálenějších oblastí kosmu. Koncepčně vycházela z tvaru kabiny Apollo, ale byla o něco větší a výkonnější. Měla být schopna dopravit až 6 kosmonautů ke stanici ISS a až 4 kosmonauty k Měsíci a zpět (u Měsíce loď měla zůstat na oběžné dráze a kosmonauti měli přistávat na povrchu měsíce ve speciálním modulu [LSAM], který nebyl přímou součástí transportní lodi). Loď byla pracovně nazývána Crew Exploration Vehicle (CEV) a v roce 2006 byla oficiálně pojmenována Orion (podle známého souhvězdí). Nosičem lodi měla být raketa Ares 1 (dříve označovaná jako Crew Launch Vehicle - CLV).
Za
hlavního dodavatele lodi Orion byla 31.8.2006 vybrána firma Lockheed Martin
(která v soutěži NASA zvítězila nad konkurenčním konsorciem Northrop Grumman/Boeing).
Základní kontrakt na vývoj lodi měl hodnotu 3,9 mld. USD a předpokládal
stavbu dvou exemplářů, jednoho nákladního (pro lety k ISS) a jednoho pilotovaného
(do září 2013).
V následujícím textu je popsána představa firmy Lockheed Martin o řešení lodi Orion (tak, jak byla prezentována na tiskové konferenci NASA 31.8.2006).
Loď Orion se tvarem podobá lodi Apollo z 60. let 20. století, ale těží z využití nových technologií (v oblasti počítačů, elektroniky, zabezpečení životních podmínek, pohonu a tepelné ochrany).
Při
startu se Orion skládá ze čtyř hlavních částí. Na špičce je věžička záchranného
systému LAS (Launch Abort System), následuje kónická kabina pro posádku
CM (Crew Module) spojená s válcovým servisním modulem SM (Service
Module) obsahujícím hlavní pohonný systém lodi. Spojení s nosnou raketou
zajišťuje přechodový adaptér SA (Spacecraft Adapter). Na oběžné dráze
(a dál) už operuje jen CM a SM.
Toto uspořádání lodi a tvar kabiny je zatím nejbezpečnějším a nejspolehlivějším řešením pro start i návrat lidí z oběžné dráhy, zvláště při vyšších rychlostech, jako například při letu od Měsíce. Umístění na špičce nosné rakety znemožňuje poškození lodi případnými odpadávajícími úlomky tepelné izolace nádrží a záchranný systém LAS je schopen zajistit bezpečné přistání kosmonautů i při havárii nosné rakety v kterékoliv fázi startu. Kónická návratová kabina bez křídel odstraňuje případné problémy s poškozením nosných ploch a přitom při využití současných technologií dovoluje i poměrně přesné přistání.
Detaily konstrukce jednotlivých částí lodi Orion
Záchranný systém LAS (Launch Abort System)
LAS
má tvar dlouhé trubky, připojené ke špičce kabiny CM. V kritické situaci
(např. při havárii nosné rakety) je schopen prudce odnést kabinu s kosmonauty
do bezpečné výšky a vzdálenosti od rakety tak, aby kabina pak mohla bezpečně
přistát na svých padácích. Hlavní motor systému LAS vyvine tah cca 2,25
MN (230 tun) po dobu 2 sekundy. Čtyři hlavní trysky motoru jsou skloněny
o 30° mimo kabinu CM tak, aby spaliny kabinu nepoškodily. Celý systém LAS
obsahuje ještě vlastní řídicí motorky pro směrování odletu od nosné rakety
a také oddělovací motor k bezpečnému vzdálení systému LAS po odhození od
kabiny CM. Systém LAS má celkovou hmotnost 6176 kg, z toho je 3696 kg suchá
hmotnost konstrukce a 2480 kg pohonných látek. Při normálním průběhu vzletu
se nepoužitý systém LAS odhazuje krátce po dohoření prvního stupně a zážehu
druhého stupně nosné rakety Ares 1.
Kabina pro posádku CM (Crew Module)
Kabina
CM má tvar kužele s useknutou špičkou. U základny má průměr 5 m a celková
délka je cca 3,3 m. Stěny jsou skloněny v úhlu 32,5°. V přední části kabiny
je umístěn stykovací uzel slučitelný s uzly na adaptérech PMA stanice ISS.
V zadní části je umístěn ablativní tepelný štít konstruovaný jako výměnná
skořápka, která se vymění po každém letu. V konstrukci kabiny jsou z 20
% použity kompozitní materiály. V plášti jsou celkem 4 obdélníková okna.
Orientační motorky jsou navrženy jako kyslíkometanové a poskytují celkovou
zásobu rychlosti (delta V) cca 50 m/s. Přistávací systém obsahuje 3 hlavní
padáky. Celkový tlakovaný objem kabiny je cca 19,5 m3 z toho
čistý obytný prostor je cca 10 m3. Suchá hmotnost kabiny CM je
7891 kg, pohonné látky mají hmotnost 175 kg a zásoby kyslíku, dusíku a vody
pro posádku činí až 128 kg. Celková kalkulovaná startovací hmotnost kabiny
je 8485 kg. Přistávací hmotnost CM je 7336 kg. Náklad z Měsíce může mít
hmotnost až 100 kg.
Servisní modul SM (Service Module)
Servisní
modul má tvar válce o průměru 5 m a délce cca 3,5 m (plus tryska motoru
dlouhá cca 2,5 m). Modul SM obsahuje hlavní pohonný systém lodi Orion, který
je odvozen z manévrovacích motorů OMS raketoplánu, a paracuje s hypergolickými
pohonnými látkami (MMH/N2O4). Celkové delta V, které
je SM schopen zajistit lodi Orion, je 1855 m/s, což stačí pro spojení s
EDS/LSAM na oběžné dráze kolem Země, pro samostatné manévry na oběžné dráze
kolem Měsíce a pro závěrečný odlet k Zemi (TEI). Podíl kompozitních materiálů
na konstrukci servisního modulu je 31 %. Hlavní napájení v kosmu zajišťují
dva kruhové panely fotovoltaických článků o celkové ploše 36 m2
a výkonu 9,15 kW. Servisní modul mimo jiné dále obsahuje radiátory termoregulačního
systému (plocha 31 m2, chladicí výkon 6,3 kW), manévrovací motorky
RCS, antény komunikačního systému, poziční světla a doplňkové nádrže na
kyslík.
Přechodový adaptér SA (Spacecraft Adapter)
Kónický
adaptér mezi nosnou raketou Ares
1 a lodí Orion má na straně lodi průměr 5 m, na straně rakety průměr
5,5 m a délku cca 3,3 m. Hmotnost adaptéru činí 581 kg.
Celá loď (včetně záchranného systému) je dlouhá cca 20 metrů, má maximální průměr 5 metrů a startovací hmotnost cca 25 tun.
Je pravděpodobné, že některé detaily konstrukce lodi Orion se v průběhu vývoje změní. Na této stránce se pokusím případné změny sledovat a zahrnout je do popisu aktuálního stavu.
Typické
využití lodi Orion pro lety ke stanici ISS:
- transport až 6 kosmonautů pro výměnu posádky stanice (nahoru i dolů)
- životnost po připojení k ISS až 210 dnů
- záchranná loď pro celou posádku stanice (6 osob)
- doprava nákladu pro zásobování stanice
Typický plánovaný průběh pilotovaného letu na Měsíc a využití lodi
Orion pro tuto misi:
- nejprve odstartuje těžká raketa Ares 5 a na nízkou oběžnou dráhu Země
dopraví lunární modul LSAM a urychlovací stupeň EDS
- po několika dnech je loď Orion se 4 kosmonauty vynesena raketou Ares
1 na stejnou oběžnou dráhu jako EDS/LSAM
- Orion přiletí k EDS/LSAM a připojí se k lunárnímu modulu LSAM
- stupeň EDS zajistí odlet celé sestavy směrem k Měsíci a pak je stupeň
EDS odhozen (dále už není potřebný)
- motory lunárního modulu LSAM navedou modul i s připojenou lodí Orion
na oběžnou dráhu kolem Měsíce
- všichni kosmonauti přejdou do LSAM, odpojí se od lodi Orion a v lunárním
modulu LSAM přistanou na Měsíci
-
loď Orion zůstává na oběžné dráze kolem Měsíce v nepilotovaném režimu
- pobyt kosmonautů na Měsíci může trvat až 7 dní
- startovací část modulu LSAM vzlétne z Měsíce a na jeho oběžné dráze
se spojí s lodí Orion
- kosmonauti přejdou do kabiny lodi Orion a zbytek modulu LSAM je odhozen
(dále už není potřebný)
- motor servisního modulu lodi Orion zajistí odlet z oběžné dráhy Měsíce
směrem k Zemi
- krátce před příletem k Zemi je servisní modul SM odhozen (dále už není
potřebný)
- zbývající samotná kabina CM lodi Orion bez jakéhokoliv brzdění přímo
z dráhy od Měsíce vstoupí do atmosféry Země
- tepelný štít kabiny CM ochrání kosmonauty před vysokými teplotami při
aerodynamickém brzdění
- po snížení rychlosti proběhne závěrečné přistání kabiny na padácích
(primárně na souši na západě USA, ale může být i do vody)
Po ukončení provozu kosmických raketoplánů (plánovaném na rok 2010) má být loď Orion hlavním transportním prostředkem NASA pro pilotované lety. V tomto smyslu se někdy o lodi Orion hovoří jako o "následníku raketoplánů", ale parametry i možnosti obou typů lodí jsou značně rozdílné a vlastně neporovnatelné. Řada možností raketoplánu nebude pro lodi Orion dosažitelná (doprava těžkých a rozměrných nákladů i s kosmonauty k ISS, zajištění montáže velkých dílů stanice, doprava težkých a rozměrných nákladů z oběžné dráhy zpět na Zemi, jemné a přesné přistání na dráze blízko místa startu). Naopak raketoplán systému STS není vhodný pro lety do vzdálenějšího kosmu a principiálně je méně bezpečný než loď Orion.
[ Obsah | Pilotované lety | Orion v NASA ]