Manje od tri godine dele nas od drugog leta kosmičkog broda Orion tokom koga je planirano obletanje Meseca i povratak na Zemlju. Stručnjaci američke kompanije Lockheed Martin uveliko rade na testiranju aparature komandnog modula, dok se u evropskom koncernu Airbus razvija servisni modul. Prvi put Amerika i Evropa skupa grade kosmički brod za čovekove letove u duboki kosmos.
Proteklo je više od godinu dana od prvog istraživačko-eksperimentalno-probnog leta (ETF-1 – Exploration Test Flight) prototipa kosmičkog broda (KB) Orion. Decembra 2014. Orion je na vrhu rakete-nosača Delta IV Heavy lansiran na razvučenu eliptičnu orbitu koja ga je dovela do maksimalnog rastojanja od Zemlje od 5808 km. U povratku, komandni modul (CM) Orion uleteo je u atmosferu brzinom od 32917 km/č kada je proveren njegov ključni deo – toplotni štit. Komandni modul je sleteo na talase Pacifika, nešto manje od pet časova posle lansiranja iz Kenedijevog kosmičkog centra na Kejp Kanaveralu.
Zahvaljujući prikupljenim podacima tokom misije ETF-1, inženjeri kompanije Lockheed Martin koja projektuje, gradi i testira CM, su već uneli mnogo izmena u njegovim konstruktivnim rešenjima. Ove promene treba da povešaju stepen sigurnosti CM i bezbednost posade, fleksibilnost i pouzdanost rada njegovih sistema i operativnost modula za koji su planirane veoma ambiciozne ali i izuzetno rizične misije sledeće decenije.
Sledeći let KB Orion, nazvan istraživačka misija broj jedan (EM-1-Exploration Mission), planiran je za septembar 2018. Misija EM-1 će trajati 22 dana i biće obavljeno bez posade. Te 2018. očekuju nas prvi operativni letovi američkih privatnih kosmičkih brodova Dragon V2 (kompanije SpaceX) i CST-100 Starliner (Boeing), prema Medjunarodnoj kosmičkoj stanici (MKS). Takodje, 2018. ruskom delu MKS biće pridodat laboratorijski modul “Nauka”, i sasvim je moguće da Kina tada lansira prvi, osnovni modul svoje orbitalne stanice. Medjutim, u odnosu na ove misije koje su vezane za niske orbite oko Zemlje, Orion će tokom misije EM-1 obaviti translunarni let. Po prvi put od Apolla-17 koji je decembra 1972. leteo od Zemlje do Meseca i natrag, će jedan kosmički brod projektovan za let ljudske posade prokrstariti putanjama dubokog kosmosa.
Nosač Oriona u misiji EM-1 je takozvani “Blok-1” (Block) super-raketa SLS, kojoj će ovo biti prvo lansiranje. Sa performansama sve tri verzije (bloka) nosača SLS-a ćemo se upoznati u nekom od narednih tekstova, ali za sada ćemo navesti da je “Blok-1” prva verzija rakete-nosača SLS nosivosti oko 70 tona. Ona će biti korišćena kao osnova sledećih varijanti SLS od kojih će najjača imati kapacitet od oko 130 tona za nisku orbitu (uz mogućnosti povećanja do 150t) i krajem sledeće decenije biti korišćena za planetarne misije.
https://en.wikipedia.org/wiki/Orion_Service_Module#/media/File:Orion_with_ATV_SM.jpg
Kosmički brod Orion sa komandnim i evropskim servisnim modulom
https://en.wikipedia.org/wiki/Exploration_Mission_1#/media/File:Art_of_SLS_launch.jpg
Lansiranje broda Orion raketom-nosačem SLS u misiji EM-1 septembra 2018.
https://en.wikipedia.org/wiki/Exploration_Mission_1#/media/File:EM-1_mission_path.png
Od Zemlje do Meseca i natrag - putanja leta broda Orion tokom misije EM-1
Po izlasku na nisku orbitu, kada se Orion bude nalazio iznad centralnih delova Južne Amerike, biće obavljeno paljenje raketnog motora drugog stepena SLS i prelazak Oriona sa orbite oko Zemlje na trajektoriju leta prema Mesecu. U rečniku NASA-e još od vremena Apolla, ova operacija nosi oznaku TLI (Trans-Lunar Injection – u slobodnom prevodu “prelazak na translunarnu putanju”). Posle TLI, brod se odvaja od drugog stepena rakete-nosača i nastavlja let ka Mesecu putanjom koju u NASA-i nazivaju “roštiljskom”, budući da se na njoj u cilju što bolje toplotne ravnoteže brod lagano okreće oko svoje centralne ose. Došavši do Meseca, Orion zalazi iza njegove nevidljive strane i na visini od 185km od površine Meseca pomoću raketnog motora OMS-E servisnog modula prelazi na lunarnu orbitu. Tokom kruženja oko Meseca, Orion će obaviti još nekoliko korekcija orbite leta u cilju formiranja takozvane udaljene retrogradne orbite apogeja 70000km, sa koje će krenuti natrag prema Zemlji. Za vreme povratnog leta, biće obavljena još jedna korekcija leta u cilju preciznog ulaska CM u atmosferu. Pre toga, od njega će biti odvojen servisni modul i adaptor.
Toplotni štit – ključni element bezbednosti posade
Tokom leta EM-1 stručnjaci planiraju da testiraju najveći broj sistema komandnog i servisnog modula koji će se, pet godina kasnije, 2023. nalaziti na brodu Orion kada po prvi put on bude nosio astronaute. Jedan od retkih sistema koji se neće nalaziti u komandnom modulu za vreme misije EM-1 je sistem očuvanja života.
Osnovni delovi toplotne i mehaničke zaštite komandnog modula (CM) broda Orion
Očekuje se da će Orion ući u atmosferu brzinom od 39501 km/č, tokom koga će biti testrian njegov toplotni štit, ključni deo novog kosmičkog broda za bezbednost posade. Njegov koncept je zasnovan na toplotnom štitu komandnog modula Apollo. Medjutim, kako je prečnik osnove Oriona 5 metera a površina 19,6m2, to je 64% više od toplotnog štita Apolla koji je imao 3,91m u prečniku. Ova razlika je dovela do suštinskih promena u projektovanju i samoj konfiguraciji toplotnog štita, kao i u njegovoj strukturi. Na primer, toplotni štit korišćen za vreme misije ETF-1 je bio napravljen od fiberglasa strukture pčelinjeg saća sa 320 000 individualnih ćelija. Svaka ćelija je bila popunjena ablativnim materijalom Avcoat (“evkout”) koji predstavlja moderniju verziju materijala korišćenog kod broda Apollo. Avcoat se sastoji od posebnih epoksilnih smola impregniranih sa silikonskim vlaknima. Kompletni toplotni štit je termički obradjen u velikoj pećnici, kada se smole ravnomerno razlivaju u tanane slojeve čija se kompozicija zatim proverava skeniranjem pomoću X-zraka.
Osnovna uloga toplotnog štita je da zaštiti komandni modul Oriona od prekomernog zagrevanja u završnoj etapi leta, tokom ulaska u guste slojeve atmosfere. Medjutim, za vreme lansiranja, kada raketa-nosača SLS bude ubrzavala i prolazila kroz različite slojeve atmosfere, komandni modul će takodje biti izložen velikim toplotno-mehaničkim naprezanjima. Kao i Apollo, komandni modul Oriona se nalazi u svojevrsnom oklopu koji ga štiti za vreme lansiranja. Za razliku od toplotnog štita koji je izradjen u jednom delu, zaštitni oklop modula se sastoji od šest panela koji se odbacuju pred ulazak broda na orbitu. Toplotna zaštita panela oklopa se sastoji od 970 termičkih pločica, sličnih onma koje su korišćene na spejs šatlu.
Pored toplotne na Orionu postoji i mehanička zaštita u obliku dva panela koji štite komandni modul od udara mikrometeorita i orbitalnog otpada. Njihova konstrukcija je modifikovana na osnovu podataka prikupljenih sa senzora instaliranih unutar mehaničke zaštite korišćene za vreme misije ETF-1. Naime, paneli Oriona su za vreme njegovog prvog leta u decembru 2014. imali veštački napravljene rupice dubine do 3,5 cm koje su predstavljale simulacije udara mikrometeorita. Tada su obavljena merenja intenziteta toplote koja može prodreti kroz mehanička oštećenja nastala udarom mikrometeorita ili orbitalnog otpada i eventualno prodre kroz titanujumsko telo kapsule i ugrozi živote astronauta.
Komandni modul Oriona
Astronauti ulaze u simulator komandog modula broda Orion.
Prvi let sa ljudskom posadom Oriona planiran je 2023.
Evropski servisni modul
Pored komandnog modula, u fokusu misije EM-1 biće svi sistemi Evropskog servisnog modula (ESM) kome će ovo biti prvi let u kosmos. Kada je NASA potpisala ugovor sa Lockheed Martinom o gradnji Oriona, projekta je obuhvatao razvoj kompletnog kosmičkog broda – znači komandnog i servisnog modula. Medjutim, kasnije je NASA odlučila, naravno na mig Bele kuće, da u projekat Orion uvede i Evropsku kosmičku agenciju (ESA), kojoj je poverila gradnju servisnog modula. Za uzvrat, NASA će ESA-i omogućiti da u budućnosti koristi njene usluge misija na MKS. U okviru dogovora dve kosmičke agencije, planirana je gradnja samo jednog servisnog modula, ali se ne isključuje mogućnost da u zavisnosti od pozicije ESA-e prema nastavku programa MKS ugovor bude proširen sa još jednim servisnim modulom.
Modul ESM, koga razvija evropski koncern Airbus, je zasnovan na projektu evropskog automatskog teretnog kosmičkog broda ATV koji je tokom pet misija korišćen za snabdevanje MKS neophodnim materijalima za nastavak operativnog korišćenja Kosmičke stanice. Njegova dužina iznosi 4m, prečnik 5,2m, a ukupna masa na startu 13,5 tona. Od toga, 8,6t otpada na gorivo neophodnog za rad 33 raketna motora ESM-a. Sa spoljašnje strane, ESM ima četiri panela sunčevih baterija raspona 19m koje imaju kapacitet od 11,2kW i generišu jednosmernu struju pri nominalnom naponu od 120V. Sunčeve ćelije američke firme Emcore su izradjene od galijuma-arsenida i mogu menjati ugao i oblik (da se povijaju napred i pozadi) u cilju što boljeg osvetljenja sunčevim zracima i izbegavanja eventualnih oštećenaj od izduvnih gasova tokom rada korekcionih raketnih motora..
Evropski servisni modul broda Orion
Evropski servisni modul obezbeduje sve vitalne funkcije, kao što su pogon i napajanje električnom energijom
Glavni raketni motor ESM
Pogonski sistem ESM i praktično broda Orion se sastoji od 33 motora. Glavni motor snage 25,7kN (kilonjutna) je razvijen na bazi manevarskog motora OSM-E koji je korišćen kod spejs šatla za njegovo prevodjenje sa orbite oko Zemlje na putanju povratka. Ovaj motor koristi kombinaciju monometil hidrazina (MMH) i nitrogen tetroksdia (N2O4). Pored glavnog, postoje osam pomoćnih motora potiska 490N kompanije Aerojet Rocketdyne za upravljanje kretanjem broda po svim osama, i 24 motora tipa R-4D-11 potiska 220N koje projektuje Airbus. Glavni motor će se koristiti tokom ulaska broda na orbitu oko Meseca i za njeno napuštanje, radi povrata na Zemlju. Osam manjih motora potiska 490N će se koristiti za manje korekcije putanje leta prema Mesecu i za vreme povratka, takodje ukoliko glavni motor otkaže oni služe kao rezervni pogonski sistem. Konačno, njihova treća funkcija je da pruže dodatnu potisnu silu u slučaju neuspešnog lansiranja i urgentnog odvajanja broda od rakete-nosača.
Budući planovi
Znači sledeći let Oriona treba da bude obavljen septembra 2018. bez ljudske posade. Za super raketu-nosač SLS i Evropski servisni modul biće ovo prvi kosmički let. Ranije, NASA je planirala prvo lansiranje Oriona sa ljudskom posadom tri godine posle misije ME-1, znači 2021. Medjutim, nedavno je u svetlu planova razvoja raketnog stepena SLS sa kriogenim raketnim motorom koji će biti korišćen za izbacivanje Oriona na translunarne i transplanetarne trajektorije, NASA je odlučila da za dve godine odloži prvo lansiranje Oriona sa posadom. To znači da će astronauti prvi put poleteti u Orionu 2023, za vreme njegovog trećeg leta (misoja EM-2), pet godina posle misije EM-1, a devet godina posle prvog probnog leta ETF-1. Poredjenja radi, NASA je u periodu izmedju februara 1966. i aprila 1968. obavila šest eksperimentalnih letova broda Apollo bez posade, da bi tek Apollo-7 u oktobru 1968. leteo sa astronautima. Medjutim, dok je period izmedju prvog probnog i prvog pilotiranog leta broda Apollo iznosio manjke od tri godine, kod Oriona ovaj period će iznositi devet godina (naravno, ukoliko sve ide po planu).
Ovo je još jedan pokazatelj koliko je proces razvoja novih kosmičkih brodova i lansirnih sistema transformisan uz apostrofiranje bezbednosti i tehno-ekonomskih parametara. To je i prirodno znajući da su se raketno-kosmičke projektantske škole već nekoliko puta promenile i da je na sceni nova generacija inženjera koja koristi principijelno nove i daleko naprednije tehnologije simuliranja i ispitivanja.
Tokom prve pilotirane misije EM-2 godine 2023. Orion će biti upućen prema Mesecu na takozvanu retrogradnu mesečevu orbitu čime će praktično biti ponovljena misija EM-1 (naravno, samo što će se tada u Orionu nalaziti četvoročlana posada). Godine 2026. za vreme misije EM-3 planirano je da Orion sa ljudskom posadom obavi misiju istraživanja asteroida koji će prethodno tokom jedne automatske misije biti zahvaćen i prebačen na orbitu oko Meseca. A nedavno je NASA najavila da razmatra za četvrtu misiju EM-4 koja bi trebala biti obavljena 2029/30. jednogodišnji boravak astronauta na orbiti oko Meseca u maloj mesečvoj orbitalnoj stanici, kada će biti simuliran let na Mars.
Korak po korak, NASA lagano formira dugoročni program latova kosmičkog broda Orion i nosača SLS sa ciljevima koji se fundamentalno razlikuje u odnosu na Apollo. Za razliku od Apolla koji je kao “politički” motivisan projekat imao za cilj da “samo” bezbedno odvede ljude na Mesec i vrati ih na Zemlju do kraja šeste decenije prošlog veka, bez ikakvih budućih planova, u fokusu razvoja programa Orion su veoma ambiciozne misije letova u duboki kosmos, prema Mesecu, asteroidima i konačno ka Marsu u cilju razvoja prvih planetarnih kolonija. Zbog toga će svaka misija kosmičkog broda Orion Orion imati ogorman značaj, jer će trasirati puteve budućih čovekovih letova na druge planete.
