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.

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).