Debiut Starlinera

  • Lotnictwo Aviation International 1/2020
Wschód słońca - na wyrzutni rakieta Atlas ze statkiem kosmicznym Starliner.

Wschód słońca — na wyrzutni rakieta Atlas ze stat­kiem kosmicz­nym Starliner.

Po mar­co­wym pierw­szym locie orbi­tal­nym statku kosmicz­nego Crew Dragon firmy SpaceX, pod koniec roku przy­szła kolej na debiut kon­struk­cji kon­ku­renta w ramach pro­jektu NASA Commercial Crew Program – Starlinera firmy Boeing. Statek co prawda wypeł­nił dwa pod­sta­wowe zada­nia, czyli prze­trwał bez­za­ło­gowy lot orbi­talny, po czym bez­piecz­nie wylą­do­wał w wyzna­czo­nym miej­scu, jed­nak połą­cze­nie z Międzynarodową Stacją Kosmiczną nie zostało zre­ali­zo­wane.

Choć brzmi to nie­praw­do­po­dob­nie, oka­zało się, że inży­nie­ro­wie pro­gra­mi­ści kon­cernu-giganta chyba nie znają się na zegarku. Przynajmniej tak wynika z prze­biegu lotu OFT, który w wyniku nie­wy­chwy­co­nego pod­czas testo­wa­nia błędu o mało nie zakoń­czył się tuż po jego roz­po­czę­ciu wodo­wa­niem na Oceanie Indyjskim, a może nawet utratą statku. Ale po kolei.

Dwa statki dla NASA

Jedenaście lat temu NASA podała zało­że­nia dla statku kosmicz­nego, który miał umoż­li­wić stały dostęp do ISS na „ame­ry­kań­skich warun­kach” – start za pomocą ame­ry­kań­skiej rakiety i z ame­ry­kań­skiego tery­to­rium, powrót także na tery­to­rium Stanów Zjednoczonych, bądź na ich wodach przy­brzeż­nych. Warunki brze­gowe dla nowego statku były pro­ste – miał być przy­naj­mniej czte­ro­oso­bowy, posia­dać moż­li­wo­ści dostar­cza­nia i zwo­że­nia z powro­tem ładun­ków o masie co naj­mniej 500 kg, zapew­nić zało­dze nie­prze­rwany ratu­nek od chwili wej­ścia do kabiny do jej opusz­cze­nia przez 24 godziny na dobę przez okres nie krót­szy, niż 210 dni (sie­dem mie­sięcy) – to ostat­nie oczy­wi­ście przy­łą­czony do ISS. NASA nie narzu­cała fir­mom żad­nych roz­wią­zań, ani też żad­nych nie wyklu­czała. Tak w 2009 r. powstał trój­fa­zowy, kon­kur­sowy pro­gram doświad­czalny CCP (Commercial Crew Program). Ponieważ prze­bieg pro­gramu został szcze­gó­łowo opi­sany w arty­kule „Debiut nowego statku kosmicz­nego” (LAI, nr 4/2019), obec­nie przy­po­mnę jedy­nie go w czę­ści, doty­czą­cej pro­po­zy­cji Boeinga.
W fazie pierw­szej (Commercial Crew Development, lata 2010 – 2011) na nagrody prze­zna­czono zale­d­wie 50 mln USD, z czego Boeing otrzy­mał 18 milio­nów na budowę statku pod nazwą robo­czą CST-100. W dru­giej run­dzie (Commercial Crew Development Round 2, lata 2011 – 2012) z sumy łącz­nej 269,3 mln USD Boeing uzy­skał pier­wot­nie aż 92,3 miliona, a póź­niej jesz­cze dodat­kowo 20,6 miliona dola­rów. Podczas rundy trze­ciej (Commercial Crew inte­gra­ted Capability, lata 2012 – 2014) firma dostała 480 mln USD na kon­ty­nu­ację budowy statku. Od 2012 r., nie­za­leż­nie od bie­gną­cych pro­gra­mów, roz­po­częto kolejne rundy współ­za­wod­nic­twa, obej­mu­jące cer­ty­fi­ka­cję powsta­ją­cych stat­ków zgod­nie z wyma­ga­niami NASA.
W ramach Certification Products con­tracts (lata 2013 – 2014) Boeing uzy­skał około 10 mln USD, nato­miast naj­waż­niej­sza tran­sza tra­fiła do niego w ramach final­nego pro­gramu CCtCap (Commercial Crew Transportation Capability), reali­zo­wa­nego w latach 2014 – 2019. Boeing otrzy­mał 4,2 mld USD, a drugi zwy­cięzca – SpaceX – 2,6 miliarda dola­rów. Kwoty te obej­mo­wały dokoń­cze­nie budowy stat­ków, ich cer­ty­fi­ka­cję, loty bez­za­ło­gowe, a także zało­gowy lot testowy do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz 2 – 6 lotów regu­lar­nych. Zatem Boeing dostał od NASA na ten cel łącz­nie 4,8209 miliarda dola­rów. Zgodnie z warun­kami kon­traktu, przy­naj­mniej jeden z wybra­nych stat­ków – a więc CST-100 bądź Crew Dragon, powi­nien być gotów do pierw­szej regu­lar­nej misji naj­póź­niej w trze­cim kwar­tale 2017 r.

Zespolenie kabiny z modułem serwisowym.

Zespolenie kabiny z modu­łem ser­wi­so­wym.

CST-100

Zacznijmy od nazwy. CST jest skró­tem od Crew Space Transportation, liczba 100 zaś, wbrew roz­po­wszech­nio­nej opi­nii, nie pocho­dzi od wyra­żo­nej w kilo­me­trach umow­nej gra­nicy, od któ­rej zaczyna się kosmos, tzw. linii Kármána. Jest to po pro­stu numer nadany pro­jek­towi, nie­ma­jący odnie­sie­nia do cze­go­kol­wiek. Ponieważ nazwa była mało chwy­tliwa, 4 wrze­śnia 2015 r. Boeing poin­for­mo­wał o nada­niu stat­kowi ofi­cjal­nej nazwy CST-100 Starliner, z cza­sem pozo­sta­jąc tylko przy jej dru­gim czło­nie. Zgodnie z defi­ni­cją, Starliner to zało­gowy sta­tek kosmiczny z kabiną wie­lo­krot­nego (do 10 razy) użytku, prze­zna­czony do ope­ro­wa­nia na niskiej orbi­cie oko­ło­ziem­skiej. Jego głów­nym zada­niem będzie dostar­cza­nie i wymiana sta­łych załóg Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz poten­cjal­nie innych sta­cji, np. pla­no­wa­nych przez firmą Bigelow. Może pomie­ścić w swym wnę­trzu do sied­miu osób.
Składa się z dwóch pod­sta­wo­wych ele­men­tów – modułu zało­go­wego (Crew Module, CM) i modułu ser­wi­so­wego (Service Module, SM). Moduł zało­gowy ma kształt ścię­tego u wierz­chołka stożka, jego śred­nica wynosi 4,56 m, wyso­kość zaś około 2,2 m (te i następne dane są przy­bli­żone, gdyż firma, jak dotąd, nie udo­stęp­niła dokład­nej spe­cy­fi­ka­cji statku), a obję­tość her­me­ty­zo­wana 11 m³. Moduł ser­wi­sowy w kształ­cie niskiego walca ma iden­tyczną śred­nicę, nato­miast jego wyso­kość wynosi około 2,5 m. Podczas startu szczyt statku jest chro­niony przez pokrywę star­tową o wyso­ko­ści około 30 cm i śred­nicy o pod­stawy 1,7 m. Jej masa wynosi około 100 kg, zostaje ona odrzu­cona przed zapło­nem sil­nika dru­giego stop­nia rakiety nośnej.
Wokół gór­nej czę­ści kabiny została umiesz­czona osłona ter­miczna w kształ­cie koł­nie­rza, przy­kry­wa­ją­cego deli­katne ele­menty kon­struk­cji, głów­nie węzeł połą­cze­niowy oraz spa­do­chrony (sta­tek ląduje na trzech cza­szach). Ma ona masę 150 kg. Węzeł cumow­ni­czy NDS/iLIDS, umoż­li­wia auto­ma­tyczne bądź ręczne cumo­wa­nie do jed­nego z węzłów ISS, wypo­sa­żo­nych w adap­ter IDA (International Docking Adapter). Adaptery IDA umiesz­czone są na łącz­ni­kach PMA‑2 i PMA‑3 (Pressurized Mating Adapter), przy­twier­dzo­nych do modułu Harmony (Node 2) sta­cji. Na spo­dzie kabiny umiesz­czono dolną osłonę ter­miczną w postaci tar­czy o masie 750 kg. Pomiędzy nimi umiesz­czono cztery nadmu­chi­wane mie­szanką azo­towo-tle­nową poduszki amor­ty­za­cyjne. Kabina jest wypo­sa­żona w sil­niczki orien­ta­cji, napę­dzane hydra­zyną (90 kg).
Sucha masa kabiny bez ładunku i załogi wynosi około 6,4 t, mak­sy­malna star­towa około 8,3 t, a mak­sy­malna po lądo­wa­niu około 7,2 t. Moduł ser­wi­sowy ma suchą masę około 3,3 t i mie­ści w sobie około 2,3 t mate­ria­łów pęd­nych (hiper­go­licz­nej mie­szanki mono­me­ty­lo­hy­dra­zyna i czte­ro­tlenku azotu). Napędzają one 20 sil­ni­ków manew­ro­wych OMAC o ciągu 6 kN każdy, cztery sil­niki prze­rwa­nia startu LAE (Launch Abort Engine, będące pochodną sil­ni­ków RS-88) o ciągu 176,6 kN każdy, a także 28 sil­nicz­ków sys­temu orien­ta­cji RCS. Na jego spo­dzie umiesz­czono panele solarne, gene­ru­jące ponad 2,9 kW ener­gii elek­trycz­nej. Łączna dłu­gość statku wynosi 5,03 m a masa pod­czas pierw­szego startu była rzędu 13,9 t.
Ponieważ śred­nica statku prze­wyż­sza śred­nicę dru­giego stop­nia rakiety nośnej, w celu zapo­bie­że­nia powsta­niu nie­bez­piecz­nie dużych sił aero­dy­na­micz­nych, wokół gór­nego adap­tera zamon­to­wano pier­ście­niową osłonę o śred­nicy 4,56 m i wyso­ko­ści 1,8 m. Osłona o masie około jed­nej tony zostaje podzie­lona na dwie czę­ści i odrzu­cona krótko po uru­cho­mie­niu sil­nika dru­giego stop­nia. Statek jest budo­wany i ser­wi­so­wany w wyna­ję­tej w 2011 r. od NASA hali Commercial Crew and Cargo Processing Facility (C3PF), daw­nej OPF‑3 słu­żą­cej do obsługi orbi­te­rów pro­gramu STS, zlo­ka­li­zo­wa­nej w Centrum Kosmicznym im. Kennedy’ego (KSC).
Centrum kon­troli misji Starlinera mie­ści się w jed­nym z pomiesz­czeń w budynku Ośrodka Kontroli Misji (MCC), zlo­ka­li­zo­wa­nej w Centrum Kosmicznym im. Johnsona (JSC). Statek ma żywot­ność 60 godzin w locie auto­no­micz­nym lub 210 dni (sie­dem mie­sięcy) w sta­nie hiber­na­cji w skła­dzie ISS. Podstawową rakietą nośną Starlinera jest ofe­ro­wany przez United Launch Alliance (ULA) Atlas‑5 w wer­sji N22, czyli bez osłony star­to­wej, z dwiema rakie­tami pomoc­ni­czymi AJ-60A i z podwójną jed­nostką napę­dową RL-10A‑4 – 2 w dru­gim stop­niu DEC (Dual Engine Centaur). Rakieta ta może star­to­wać z kom­pleksu SLC-41 na Cape Canaveral. W przy­szło­ści zosta­nie ona zastą­piona rakietą Vulcan, co unie­za­leżni ULA od sto­so­wa­nia w pierw­szym stop­niu rosyj­skich sil­ni­ków RD-180. W szcze­gól­nych wypad­kach, gdyby Atlas był z jakichś przy­czyn nie­do­stępny, Starlinera mógłby wyno­sić Falcon‑9 bądź Delta-4H.
Podczas startu mak­sy­malne prze­cią­że­nie w żad­nej fazie lotu nie prze­kra­cza g+3,5. Wyprodukowane zostały trzy egzem­pla­rze kabiny, ozna­czone SV‑1, SV‑2 i SV‑3. Pierwszy z nich został użyty pod­czas PAT, trzeci został prze­zna­czony na potrzeby bez­za­ło­go­wej misji demon­stra­cyj­nej (Orbital Flight Test, OFT), drugi zaś jest przy­go­to­wy­wany dla zało­go­wej misji demon­stra­cyj­nej (Crew Flight Test, CFT). Podstawowym miej­scem lądo­wa­nia Starlinera jest White Sands Missile Range (Nowy Meksyk), zapa­sowe to Dugway Proving Ground (Utah), Wilcox Playa (Arizona) i Edwards AFB (Kalifornia).

  • Waldemar Zwierzchlejski

To jest skrócona wersja artykułu.

CZYTAJ E-WYDANIE KUP WYDANIE PAPIEROWE