Studie architektury průzkumných systémů - Exploration Systems Architecture Study

Office of Exploration Systems Insignia.png

The Studie architektury průzkumných systémů (ESAS) je oficiální název rozsáhlé studie na systémové úrovni, kterou vydala Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) v listopadu 2005 v reakci na amerického prezidenta George W. Bush Oznámení o svém cíli návratu ze dne 14. ledna 2004 astronauti do Měsíc a nakonec Mars - známý jako Vize pro průzkum vesmíru (a neoficiálně jako „Moon, Mars and Beyond“ v některých leteckých kruzích, ačkoli specifika lidského programu „za“ zůstává nejasná). The Program souhvězdí byla v roce 2010 zrušena Obamova administrativa a nahrazen Program Artemis v roce 2017 pod Trumpova administrativa.

Rozsah

Správce NASA Michael Griffin objednal řadu změn v původně plánovaném Posádkové průzkumné vozidlo (Nyní Orion MPCV ) akviziční strategie navržená jeho předchůdcem Sean O'Keefe. Griffinovy ​​plány upřednostňovaly design, který vyvinul jako součást studie pro Planetární společnost, spíše než předchozí plány pro Posádkové průzkumné vozidlo vyvíjeny paralelně dvěma konkurenčními týmy. Tyto změny byly navrženy v interní studii s názvem Exploration Systems Architecture Study,[1] jehož výsledky byly oficiálně prezentovány během a tisková konference koná v ústředí NASA v Washington DC. dne 19. září 2005.

ESAS zahrnoval řadu doporučení k urychlení rozvoje CEV a provádění Souhvězdí projektu, včetně strategií pro létání letů s posádkou CEV již v roce 2012 a metod pro servis Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) bez použití Raketoplán,[2] pomocí nákladních verzí CEV.

Původně měl být propuštěn 25. července 2005, po misi „Návrat k letu“ v roce 2006 Objev, vydání ESAS bylo odloženo do 19. září, údajně kvůli špatným recenzím představení plánu a určitému odporu ze strany Úřad pro správu a rozpočet.[2]

Spouštěcí systém založený na raketoplánu

Původní „strategie nákupu“ CEV pod vedením Seana O 'Keefe by prošly dvěma „fázemi“ designu CEV. Návrhy předložené v květnu 2005 měly být součástí fáze 1 návrhu CEV, po níž měl následovat orbitální nebo suborbitální odlet technologické demonstrační kosmické lodi FAST v roce 2008. Zrušit výběr u jednoho dodavatele pro fázi 2 programu by došlo později ten rok. K prvnímu letu CEV s posádkou dojde až v roce 2014. V původním plánu upřednostňovaném bývalým správcem NASA Seanem O'Keefe by CEV zahájila Vyvinuté postradatelné nosné vozidlo (EELV), konkrétně Boeing Delta IV Heavy nebo Lockheed Martin Atlas V Těžké hodnoty EELV.

Se změnou administrátorů NASA však Mike Griffin tento plán ukončil, považoval jej za nepřijatelně pomalý a na začátku roku 2006 se přesunul přímo do Fáze 2. Zadal 60denní interní studii k opětovnému posouzení konceptů nyní známý jako ESAS - který upřednostňoval spuštění CEV na a raketoplán odvozený z nosné rakety. Griffin dále plánoval urychlit nebo jinak změnit řadu aspektů původního plánu, který byl vydán v loňském roce[když? ]. Místo odletu CEV v roce 2008 by se NASA přesunula do fáze 2 programu CEV v roce 2006, přičemž lety CEV byly zahájeny již v červnu 2011.[Citace je zapotřebí ]

ESAS vyzval k vývoji dvou nosných raket odvozených z raketoplánů na podporu nyní zaniklý Program souhvězdí;[3] jeden odvozený z raketoplánu pevný raketový posilovač který by se stal nyní zrušeným Ares I. zahájit provoz CEV a řadového těžkého výtahu pomocí SRB a raketoplánu externí nádrž spustit Earth Departure Stage a Lunar Surface Access Module, který byl známý jako Ares V (tento design byl znovu použit pro Space Launch System ). Výkon nákladního člunu odvozeného z nákladu (SDLV) by byl 125 až 130 tun Nízká oběžná dráha Země (LEV). SDLV by umožnil mnohem větší užitečné zatížení na start než volba EELV.

Srovnání Saturn V, Raketoplán a tři Shuttle Derived Launch Vehicles (SDLV).

Posádka bude vypuštěna v CEV na vrcholu pětisegmentové derivace raketoplánu Solid Rocket Booster a nový horní stupeň kapalného paliva založený na vnější nádrži raketoplánu. Původně měl být poháněn jedinou, odhodnou verzí Hlavní motor raketoplánu, to bylo později změněno na modernizovanou a uprated verzi J-2 raketový motor (známý jako J-2 X) použitý na S-IVB horní stupně používané na Saturn IB a Saturn V rakety. Tento posilovač by byl schopen umístit až 25 tun na nízkou oběžnou dráhu Země. Posilovač by používal komponenty, které již byly hodnoceny člověkem.[Citace je zapotřebí ]

Náklad by byl vypuštěn na těžkou verzi raketoplánu, což by byl „in-line“ posilovač, který by na nosič namontoval užitečné zatížení. Možnost in-line původně představovala pět vyhození verze SSME na základní scéně, ale později byl změněn na pět RS-68 raketové motory (v současné době používané na EU) Delta IV Heavy raketa), s vyšším tahem a nižšími náklady, což vyžadovalo mírné zvýšení celkového průměru jádra. Dva zvětšené pětisegmentové SRB pomohly motorům RS-68 pohánět druhý stupeň rakety, známý jako Fáze odletu ze Země (EDS) a užitečné zatížení do LEO. Mohlo by to zvednout asi 125 tun na LEO a podle odhadů stálo za vypuštění 540 milionů dolarů.

Infrastruktura v Kennedyho vesmírné středisko, včetně Budova montáže vozidel (VAB) a odpalovací rampy raketoplánu LC-39A a 39B byla udržována a přizpůsobena potřebám budoucích obřích nosných raket. Nová podložka LC-39C byla později postavena na podporu malých nosných raket s možností konstrukce LC-39D nebo vzkříšení původní LC-34 nebo LC-37A podložky v okolí Stanice vzdušných sil Cape Canaveral používá Saturn IB pro rané orbitální mise Země Apollo.[Citace je zapotřebí ]

Konfigurace CEV

ESAS doporučil strategie pro létání s CEV s posádkou do roku 2014 a schválil a Lunar Orbit Rendezvous přístup na Měsíc. Verze LEV CEV odnesly na ISS posádky čtyři až šest. Měsíční verze CEV by nesla čtyřčlennou posádku a Mars CEV šest. Náklad mohl být také přepraven na palubu bezpilotní verze CEV, podobně jako v ruštině Pokrok nákladní lodě. Lockheed Martin byl NASA vybrán jako dodavatel CEV. Toto vozidlo by se nakonec stalo Orion MPCV s prvním letem v roce 2014 (EFT-1 ), jeho první let s posádkou v roce 2022 (Artemis 2 ) a první přistávací let na Měsíci v roce 2024 (Artemis 3 ). Pouze jedna verze vozidla byla zkonstruována pro podporu misí v hlubokém vesmíru, přičemž převody posádky ISS byly zajišťovány Program komerčních posádek.

Modul pro opětovný vstup CEV by vážil asi 12 tun - téměř dvojnásobek hmotnosti velitelského modulu Apollo - a stejně jako Apollo by byl připevněn k servisnímu modulu pro podporu života a pohon (Evropský servisní modul ). CEV by byla tobolka podobná Apollu s Viking -typ tepelný štít, ne a zvedací tělo nebo okřídlený vozidlo jako raketoplán. Dotklo by se to spíše půdy než vody, podobně jako u vody ruština Kosmická loď Sojuz. To by se změnilo na splashdown pouze kvůli úspoře hmotnosti CST-100 Starliner by byla první americká kosmická loď přistávající na zemi. Byly zahrnuty možné přistávací plochy, které byly identifikovány Edwards Air Force Base, Kalifornie, Carson Flats (Carson Sink[4]), Nevada a okolí Moses Lake, Washington Stát. Přistání na západním pobřeží by umožnilo přeletět většinu cesty zpět Tichý oceán spíše než obydlené oblasti. CEV by použil ablativní (podobný Apollu) tepelný štít, který by byl po každém použití vyřazen, a samotný CEV by mohl být znovu použit asi 10krát.

Zrychlený vývoj měsíčních misí měl být zahájen do roku 2010, jakmile Shuttle odešel do důchodu. Lunární povrchový přístupový modul, který by později byl známý jako Altair a posilovač těžkých výtahů (Ares V ) bude vyvíjen souběžně a oba budou připraveny k letu do roku 2018. Konečným cílem bylo dosáhnout přistání na Měsíci do roku 2020, Program Artemis nyní cílí na lunární přistání v roce 2024. LSAM by byla mnohem větší než Lunární modul Apollo a byl by schopen nést až 23 tun nákladu na měsíční povrch, aby unesl měsíční základnu.

Stejně jako Apollo LM by LSAM zahrnoval sestupnou fázi pro přistání a výstupovou fázi pro návrat na oběžnou dráhu. Čtyřčlenná posádka jela ve výstupové fázi. Stupeň výstupu bude poháněn a metan /kyslík palivo pro návrat na oběžnou dráhu měsíce (později změněno na kapalný vodík a kapalný kyslík, kvůli počátkům raketového pohonu kyslík / metan). To by umožnilo použít derivát stejného přistávacího modulu na pozdější mise na Marsu, kde lze metanový pohon vyrábět z marťanské půdy v procesu známém jako Využití zdrojů na místě (ISRU). LSAM by podporovala čtyřčlennou posádku na měsíčním povrchu asi týden a využívala k průzkumu měsíčního povrchu pokročilá toulavá vozidla. Obrovské množství nákladu přepravovaného LSAM by bylo nesmírně výhodné pro podporu měsíční základny a pro přenesení velkého množství vědeckého vybavení na měsíční povrch. Artemis použije samostatně spuštěné landery pod Program CLPS dodávat podpůrné vybavení pro měsíční základny.

Profil měsíční mise

Profil měsíční mise byl kombinací setkávání oběžné dráhy Země a setkání na oběžné dráze měsíce (LOR) přístup. Nejprve LSAM a EDS bude vypuštěn na vrchol těžkého výtahu odvozeného z raketoplánu (Ares V ). EDS by byl derivátem S-IVB horní stupeň používaný na Saturn V raketa a použije jeden J-2X motor podobný tomu, který se používá u posilovače odvozeného od SRB[Citace je zapotřebí ] (původně měly být použity dva motory J-2X, ale motory RS-68 pro základní fázi umožní NASA použít pouze jeden). Posádka by pak byla spuštěna v CEV na posilovači odvozeném od SRB (Ares I. ) a CEV a LSAM zakotví na oběžné dráze Země. EDS pak poslal komplex na Měsíc. LSAM by zabrzdil komplex na měsíční oběžnou dráhu (podobně jako u Blok D raketa se nezdařila Sovětský měsíční výstřel pokus v 60. a 70. letech), kdy by čtyři astronauti nastoupili na LSAM k sestupu na měsíční povrch na týden průzkumu. Část LSAM by mohla zůstat pozadu s nákladem, aby se zahájilo zřizování dlouhodobé základny.

LSAM i lunární CEV by nesly čtyřčlennou posádku. Celá posádka sestoupila na měsíční povrch a CEV zůstala neobsazena.[5] Poté, co strávil čas na měsíčním povrchu, posádka se vrátila na měsíční oběžnou dráhu ve výstupové fázi LSAM. LSAM by se připojila k CEV. Posádka by se vrátila k CEV a odhodila LSAM a poté by motor CEV posadil posádku na kurz Země. Poté, stejně jako Apollo, bude servisní modul upuštěn a CEV sestoupí k přistání pomocí systému tří padáků.

Nakonec a Lunární základna sponzorovaná NASA bude postavena, pravděpodobně poblíž jižního pólu Měsíce. Toto rozhodnutí však ještě nebylo přijato a bude záviset na potenciální mezinárodní a komerční účasti na průzkumném projektu. The Program Artemis doufá, že do roku 2028 zřídí malou mezinárodní lunární základnu[Citace je zapotřebí ]

Rozšíření na Mars

Použití škálovatelných CEV a přistávacích modulů s motory na metan znamenalo, že na Měsíci bylo možné provádět smysluplné testování hardwaru pro mise na Marsu. Případné mise na Marsu by se začaly podrobně plánovat kolem roku 2020 a zahrnovaly by použití lunárního ISRU a byly by také „třídy spojky“, což znamená, že spíše než dělat Venuše průlet a strávení 20–40 dní na povrchu Marsu, posádka by šla přímo na Mars a zpět a strávila asi 500–600 dní zkoumáním Marsu.

Náklady

ESAS odhadl náklady na lunární program s posádkou do roku 2025 na 217 miliard dolarů, což je jen o 7 miliard dolarů více, než do té doby předpokládaný rozpočet NASA na průzkum.

Návrh ESAS byl původně považován za dosažitelný pouze s využitím stávajícího financování NASA, aniž by došlo k výraznému omezení ostatních programů NASA, avšak brzy se ukázalo, že je zapotřebí mnohem více peněz. Příznivci Constellation to považovali za ospravedlnění pro ukončení programu Shuttle co nejdříve a NASA provedla plán na ukončení podpory pro Shuttle i ISS v roce 2010. To bylo asi o 10 let dříve, než bylo plánováno pro oba programy, takže je třeba to zvážit výrazný řez. To mělo za následek silné námitky mezinárodních partnerů, že USA neplní své závazky, a obavy v Kongresu, že by investice do ISS byla zbytečná.

Kritika

Viz také: § kritika odvozeného z raketoplánu

Počínaje dubnem 2006 se objevila kritika ohledně proveditelnosti původní studie ESAS. Ty se většinou točily kolem použití paliva metan-kyslík. NASA původně hledala tuto kombinaci, protože ji bylo možné „těžit“ in situ z měsíční nebo marťanské půdy - něco, co by mohlo být potenciálně užitečné při misích do těchto nebeských těles. Tato technologie je však relativně nová a nevyzkoušená. Přidalo by to projektu značnou dobu a systému velkou váhu. V červenci 2006 reagovala NASA na tuto kritiku změnou plánu na tradiční raketová paliva (kapalný vodík a kyslík pro LSAM a hypergolici pro CEV). To snížilo váhu a zkrátilo časový rámec projektu.[6]

Hlavní kritika ESAS však byla založena na odhadech bezpečnosti a nákladů. Autoři použili míru selhání startu Titanu III a IV jako odhad poruchovosti těžkého Delta IV. Titan kombinoval hlavní stupeň odvozený z raného ICBM s velkými segmentovými posilovači tuhého paliva a dříve vyvinutým horním stupněm na vodík. Bylo to složité vozidlo a mělo relativně vysokou poruchovost. Naproti tomu byl Delta IV Heavy designem „čistého plechu“, který byl stále v provozu a používal pouze kapalné palivo. Naopak k odhadu poruchovosti Ares I byla použita míra selhání raketoplánu SRB, avšak byly zvažovány pouze starty po ztrátě Challengeru a každý start raketoplánu byl považován za dva úspěšné starty Ares, přestože Shuttle SRBs nezahrnují systémy pro vedení nebo řízení rolí.

Delta IV je v současné době vypuštěna z komplexu 37 vzdušných sil Cape Canaveral a výrobce, United Launch Alliance, navrhl zahájit odtud lidské lety. Při odhadu nákladů však ESAS předpokládal, že všechny konkurenční návrhy budou muset být spuštěny z Launch Complex 39 a že bude muset být upravena budova shromáždění vozidel, mobilní spouštěcí platformy a podložky A a B, aby se do nich vešly. Zařízení LC-39 jsou mnohem větší, složitější, starší a nákladnější na údržbu než moderní zařízení v komplexu 37 a jsou pro Delta, která je integrována vodorovně a přepravována bez paliva, zcela nevhodná. Tento předpoklad nebyl ve zprávě odůvodněn a výrazně zvýšil odhadované provozní náklady pro Delta IV. A konečně, rozhodnutí z roku 2011 přidat bezpilotní test Orionu na Delta IV jasně odporuje závěru ESAS, že to nebylo možné.

Přezkoumání Výboru letových plánů pro lidský vesmír USA

Hlavní článek: Přezkoumání Výboru letových plánů pro lidský vesmír USA

The Přezkoumání Výboru letových plánů pro lidský vesmír USA (také známý jako Výbor HSF, Augustinova komisenebo Augustinův výbor) byla skupina svolaná NASA na žádost Úřad pro politiku vědy a technologie (OSTP), zkontrolovat národ lidský vesmírný let plány na zajištění „energické a udržitelné cesty k dosažení jejích nejodvážnějších aspirací ve vesmíru“. Přezkum byl oznámen OSTP 7. května 2009. Pokrýval možnosti lidského vesmírného letu poté, co NASA plánovala vyřadit Raketoplán. Souhrnná zpráva byla poskytnuta řediteli OSTP John Holdren, Úřad pro vědu a technologii v Bílém domě (OSTP) a Správce NASA 8. září 2009. Předpokládané náklady spojené s kontrolou byly 3 miliony USD. Činnost výboru byla naplánována na 180 dní; zpráva byla vydána 22. října 2009.

Výbor soudil 9letého Program souhvězdí být tak pozadu, nedostatečně financovaný a nadměrně rozpočet, že splnění některého z jeho cílů by nebylo možné. Prezident Obama odstranil program z rozpočtu na rok 2010, čímž program skutečně zrušil. Jedna součást programu, Kapsle posádky Orion byl přidán zpět k plánům, ale jako záchranné vozidlo doplňující ruský Sojuz při návratu posádek stanice na Zemi v případě nouze.

Zdá se, že navrhovaný „konečný cíl“ pro vesmírný let člověka vyžaduje dva základní cíle: (1) fyzickou udržitelnost a (2) ekonomickou udržitelnost. Výbor přidává třetí cíl: splnění klíčových národních cílů. Mezi ně může patřit mezinárodní spolupráce, rozvoj nových průmyslových odvětví, energetická nezávislost, snižování změny klimatu, národní prestiž atd. Ideální destinace by proto měla obsahovat zdroje, jako je voda pro udržení života (také dodávající kyslík pro dýchání a vodík pro kombinaci s kyslíkem pro raketové palivo) a drahé a průmyslové kovy a další zdroje, které mohou mít hodnotu pro konstrukci vesmíru a možná v některých případech stojí za návrat na Zemi (např. viz těžba asteroidů ).

Viz také

Reference

  1. ^ „Nákup vozidel pro průzkum posádky“. NASA. Archivovány od originál dne 2008-04-03. Citováno 2008-03-26.
  2. ^ A b „NASA studuje bezpilotní řešení pro dokončení vesmírné stanice s růstem návratnosti letových nákladů“. spaceref.com. Citováno 2008-03-26.
  3. ^ „NASA plánuje postavit dvě nová nosná raketa odvozená z raketoplánu“. spaceref.com. Citováno 2008-03-26.
  4. ^ „Analýza počasí na přistávací ploše pro konstelační program NASA“ (PDF). Citováno 2011-06-24.
  5. ^ „Poznámky ke konferenci a výstavě AIAA Space 2005“ (PDF). NASA. Archivovány od originál (PDF) dne 8. 9. 2005. Citováno 2008-03-26.
  6. ^ „NASA provádí zásadní konstrukční změny CEV“. nasaspaceflight.com. Archivovány od originál dne 03.02.2008. Citováno 2008-03-26.

externí odkazy