25 maja br., około godziny szóstej wieczorem czasu moskiewskiego, odbyło się pierwsze dokowanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz statku kosmicznego SpaceX Dragon opracowanego przez prywatną firmę. Wydarzenie to wywołało wiele pochwał i najśmielsze założenia dotyczące przyszłości światowej astronautyki. W opinii większości specjalistów i amatorów tej dziedziny ludzkiej działalności przyciąganie prywatnych finansów i starania do astronautyki nada jej doskonałego rozmachu. Należy zauważyć, że takie fabrykacje krążą po świecie od dziesięciu lat, jeśli nie dłużej. Jednak dopiero wystrzelenie ciężarówki Dragon na orbitę i późniejsze dokowanie stało się wydarzeniem, które przekształciło proste domysły w bardzo realistyczne wersje. W świetle tej zmiany poglądów możemy spodziewać się pomyślnej realizacji innych komercyjnych projektów z dziedziny astronautyki.
Statek KosmicznyJeden
Pierwszy prywatny projekt statku kosmicznego, SpaceShipOne, został zbudowany przez Scaled Composite LLS od końca lat dziewięćdziesiątych. Trwał rozwój tego aparatu do lotów suborbitalnych, m.in. do udziału w konkursie Ansari X-Prize. Aby otrzymać to ostatnie, nowe urządzenie musiało wykonać dwa loty suborbitalne w ciągu dwóch tygodni i wrócić na Ziemię.
Ze względu na specyfikę proponowanego kursu lotu SpaceShipOne otrzymał charakterystyczny wygląd. Aerodynamicznie jest to samolot bezogonowy z pionowym kilem wysuniętym do tyłu. Co więcej, w przeciwieństwie do przeważającej większości innych bezogonów, kile mają upierzenie poziome. Ten fakt wywołał kiedyś wiele emocji dla osób próbujących wpasować SpaceShipOne do istniejącej klasyfikacji układów. Specjalnie zaprojektowany hybrydowy silnik rakietowy został umieszczony w tylnej części kadłuba. Niewielkie wymiary i wymagania dotyczące ciągu silnika turbogazowego stały się powodem poszukiwania nowego niestandardowego paliwa. W rezultacie wybrano parę paliwową polibutadien – tlenek azotu. Blok polibutadienowy znajduje się w komorze spalania, a po uruchomieniu silnika do komory podawany jest środek utleniający.
Oprócz niezwykłej elektrowni statku ciekawy jest również przebieg jego lotu. Start z konwencjonalnego pasa startowego o wystarczającej długości odbywa się za pomocą specjalnie zaprojektowanego samolotu WhiteKnight. Samolot oryginalnej konstrukcji unosi statek kosmiczny na wysokość 14 kilometrów, po czym następuje rozprzęgnięcie. Co więcej, lecący bezwładnie SpaceShipOne osiąga wymagany kąt natarcia, a jego pilot uruchamia silnik. W ciągu minuty z małym hybrydowym silnikiem rakietowym zapewnia ciąg rzędu 7500 kgf. Podczas przyspieszania pojazd suborbitalny osiąga prędkość nieco większą niż M = 3, co wyraźnie nie wystarcza do wejścia na orbitę. Niemniej jednak po wyłączeniu silnika na wysokości około 50 kilometrów prędkość pojazdu jest wystarczająca do kontynuowania lotu po trajektorii balistycznej. Dzięki bezwładności SpaceShipOne wznosi się na maksymalną wysokość lotu – około 100 kilometrów – gdzie wynosi trzy minuty. Gdy prędkość statku okaże się niewystarczająca do dalszego przebywania w kosmosie, rozpoczyna się zejście. Ciekawostką jest to, że na początku schodzenia tylna część skrzydeł aparatu wraz z zamontowanymi na nim kilami i stabilizatorami unosi się w górę pod znacznym kątem. Odbywa się to w celu zwiększenia oporu powietrza i zmniejszenia prędkości opadania. Na wysokości 17 kilometrów skrzydła powracają do swojej pierwotnej pozycji, a SpaceShipOne planuje wylądować na lotnisku.
Pierwszy lot testowy pojazdu suborbitalnego odbył się 20 maja 2003 roku. Następnie WhiteKnight podniósł prototypowy statek na wysokość ponad 14 kilometrów. Ponad rok później odbyły się dwa loty załogowe, które przyniosły twórcom projektu zasłużoną sławę i nagrodę funduszu X-Prize. 29 września 2004 roku pilot M. Melville przeniósł doświadczony SpaceShipOne na wysokość 102,93 kilometrów. Zaledwie pięć dni później pilot B. Binney dokonał drugiego ważnego wejścia w kosmos, osiągając 112 kilometrów. Za dwa załogowe loty suborbitalne w ciągu dwóch tygodni (w rzeczywistości jeden), Scaled Composite LLS otrzymał nagrodę w wysokości dziesięciu milionów dolarów.
Statek kosmiczny dwa
Projekt SpaceShip One był niewątpliwie udany i udany. Ale tylko trzy miejsca w kokpicie sprawiły, że komercyjne perspektywy tego projektu stały się bardzo wątpliwe. Wymagane było znaczne zrewidowanie projektu w celu doprowadzenia nośności statku do bardziej udanej formy. W tym celu, niemal natychmiast po otrzymaniu nagrody Ansari X-Prize, Scaled Compopositer LLS rozpoczął nowy projekt – SpaceShipTwo (SS2).
Konstrukcja drugiej wersji „Space Spike” jest do pewnego stopnia podobna do pierwszej. Jednak nowe wymagania dotyczące nośności nie mogły nie wpłynąć na układ. Konieczna była więc zmiana rozmiaru kadłuba, przestawienie go i zmiana położenia skrzydła. W przeciwieństwie do górnopłata SpaceShipOne, SS2 jest dolnopłatem: jego skrzydło jest przymocowane do dolnej części kadłuba. Zrobiono to, aby poprawić wydajność lotu w gęstych warstwach atmosfery i zwiększyć odporność termiczną podczas opadania. Ostatecznie zmieniono kształt kilu i stabilizatorów. Jeśli chodzi o system podnoszenia skrzydeł, ta metoda obniżania szybkości opadania okazała się całkowicie skuteczna i akceptowalna do zastosowania w nowym projekcie. Podobnie stało się z typem układu napędowego, choć zmiana parametrów masowo-gabarytowych aparatu pociągała za sobą opracowanie nowego silnika gazowego.
Procedura lotu SpaceShipTwo jest zasadniczo podobna do tej z pierwszej wersji pojazdu. Jedyną różnicą jest rodzaj lotniskowca - WhiteKnight II został opracowany dla SS2, który ma inny układ kadłuba i nowe silniki turboodrzutowe. Według głównego konstruktora projektu B. Rutana SS2 jest w stanie wznieść się na wysokość 300 kilometrów, chociaż w praktyce dane te nie zostały jeszcze potwierdzone.
Testowanie różnych podprogramów projektu SpaceShipTwo nie było łatwe. Tak więc nowy projekt urządzenia wymagał również nowej ochrony termicznej. Jednak najtrudniejsza praca dotyczyła nowego, mocniejszego silnika hybrydowego. 26 lipca 2007 roku w ośrodku testowym na lotnisku Mojave podczas testów silników doszło do tragedii. Zbiornik z 4,5 tonami utleniacza nie wytrzymał ciśnienia i eksplodował. Rozrzucone odłamki metalu zabiły trzy osoby, a trzy inne zostały ranne o różnym stopniu ciężkości. Na szczęście ranni na czas otrzymali niezbędną pomoc i już po kilku tygodniach mogli wrócić do aktywnego życia.
Pierwszy lot testowy pierwszego prototypu SS2, który otrzymał własną nazwę VSS Enterprise, odbył się 22 marca 2010 roku. Podobnie jak w przypadku pierwszego SpaceShip, podczas tego lotu prototypowy statek był cały czas zadokowany do lotniskowca. Kolejne kilka miesięcy spędziliśmy na holach bezzałogowych i sprawdzaniu wszystkich systemów pokładowych. W połowie lipca tego samego roku SS2 wystartował po raz pierwszy z załogą na pokładzie. Dwóch pilotów po raz kolejny sprawdziło działanie systemów łączności, nawigacji i sterowania. Trzy miesiące później nastąpiło pierwsze rozłączenie Enterprise, po którym nastąpiło szybowanie. Ze względów finansowych i technicznych nie doszło do pierwszego lotu suborbitalnego zaplanowanego na 2011 rok z przekroczeniem dolnej granicy kosmosu. Ponadto jesienią ubiegłego roku loty testowe musiały zostać zawieszone na czas nieokreślony. Obecnie planowane jest wznowienie testów latem tego roku.
Z oczywistych względów jest za wcześnie, aby mówić o komercyjnych perspektywach SpaceShipTwo. Testy nie zostały jeszcze zakończone, a urządzenie nigdy nie było w kosmosie. Ale już kierownictwo firmy deweloperskiej twierdzi, że w najbliższym czasie powstanie pięć SS2 i dwa WhiteKnight II. Ponadto w 2009 r. firma Scaled Composite LLS oferowała rezerwację miejsc na loty turystyczne. Poprosili o bilet za 200 tysięcy dolarów. Jednak nawet trzy lata po rozpoczęciu nagrywania klientów, pierwsi z nich nadal nie byli w stanie wznieść się w kosmos.
Smok Spacex
Bardziej udany niż SS2 okazał się projekt Dragon firmy SpaceX. Jednak w przeciwieństwie do programów Scaled Composite LLS, powstał przy wsparciu NASA. Ponadto ma inne cele. W przeciwieństwie do czysto turystycznego statku kosmicznego, Dragon jest pojazdem typu reentry przeznaczonym do dostarczania ładunków na stacje kosmiczne.
To właśnie cechy aplikacji spowodowały charakterystyczny wygląd i podział strukturalny aparatu Dragon. Składa się z dwóch części - cylindrycznego wyposażenia-ładunku i ładunku w postaci ściętego stożka. Wewnątrz statku znajduje się 14 metrów sześciennych pod ciśnieniem, a 10 kolejnych nie jest chronionych przed przeciekami powietrza. Statek kosmiczny jest umieszczany na orbicie za pomocą rakiety nośnej Falcon-9.
Pierwszy lot testowy Smoka odbył się 8 grudnia 2010 roku. Pojazd startowy wystartował z wyrzutni Kennedy Center i umieścił pojazd na orbicie. Dragon wykonał dwie orbity wokół Ziemi i zszedł w dół. Kapsuła lądowania została zalana na Oceanie Spokojnym, u wybrzeży Ameryki. Półtora roku później – w maju 2012 roku – odbył się pierwszy pełnoprawny start Dragona. Statek kosmiczny wystrzelony na orbitę z powodzeniem zbliżył się do ISS i został do niej zadokowany. Warto zauważyć, że z możliwych sześciu ton ładunku Dragon dostarczył ISS tylko 520 kilogramów. Kierownicy projektów przypisują tę różnicę w wadze konieczności dodatkowej weryfikacji systemów i niechęci do ryzyka dużego obciążenia o dużym znaczeniu. Dragon przywiózł na ISS coś, co nazywają opcjonalnymi przedmiotami.
W najbliższym czasie SpaceX zamierza zakończyć odbiór wszystkich dokumentów niezbędnych do eksploatacji statku. Następnie możliwe będzie rozpoczęcie pełnoprawnej operacji komercyjnej. Chociaż, jak mówią w SpaceX, początkowo ich tworzenie będzie działać wyłącznie na dostawę ładunku na ISS. W dalszej przyszłości na bazie „Smoka” powstanie załogowy statek kosmiczny Red Dragon, przeznaczony do lotu na Marsa. Ale rozwój tej opcji jest wciąż w powijakach.
CST-100
Oprócz małych firm w tworzenie komercyjnych statków kosmicznych zaangażowani są również giganci przemysłu lotniczego. Od 2009 roku Boeing pracuje nad projektem CST-100. Zimą 2010 roku agencja NASA włączyła się w rozwój projektu, choć jej udział ma pomóc w zakresie badań i przejąć niewielką część dofinansowania. Celem projektu CST-100 jest stworzenie nowego statku kosmicznego do wystrzeliwania ładunków i ludzi na orbitę. W przyszłości aparat zdolny do wystrzelenia w kosmos siedmiu osób powinien stać się w pewnym stopniu następcą wahadłowców.
Z oczywistych względów szczegóły techniczne projektu są w dużej mierze nieznane. Niemniej jednak eksperci Boeinga opublikowali już niektóre niuanse przyszłego statku kosmicznego. Przy całkowitej masie około 10 ton i średnicy kadłuba do 4,5 metra zostanie wyniesiony na orbitę za pomocą rakiety Atlas V. Zejście ma się odbyć tą samą metodą, którą stosuje Dragon lub Rosyjski Sojuz. Na bazie CST-100 planuje się stworzenie kilku pojazdów o różnym przeznaczeniu, przeznaczonych do wystrzeliwania ładunków i ludzi w kosmos.
Obecnie testowane są różne systemy i komponenty przyszłego statku. Pierwszy lot CST-100 zaplanowano na 2015 rok. W sumie w 15 roku planowane jest przeprowadzenie trzech wodowań. Podczas pierwszego statek kosmiczny zostanie wystrzelony na orbitę w trybie automatycznym. Wtedy drugi bezzałogowy statek kosmiczny weźmie udział w testach systemu ratunkowego, a dopiero w trzecim locie na pokładzie CST-100 będą ludzie. Komercyjne wykorzystanie nowego statku kosmicznego rozpocznie się dopiero w 2016 roku, pod warunkiem, że nie będzie większych problemów z testowaniem.
Tycho brahe
Wszystkie opisane powyżej projekty mają jedną wspólną cechę. Tworzone są przez dość duże organizacje. Jak się okazuje, firma wcale nie musi nią być, żeby wziąć udział w prywatnym kosmicznym wyścigu. Tak więc biuro projektowe Copenhagen Suborbitals składa się tylko z dwóch osób - Christiana von Bengtsona i Petera Madsena. Wspomaga ich 17 pasjonatów, którzy zajmują się montażem wszystkich elementów projektu. Program kosmiczny „Tycho Brahe” nosi imię duńskiego astronoma renesansu. Celem projektu noszącego imię astronoma jest budowa kompleksu rakietowo-kosmicznego do lotów suborbitalnych.
Kompleks Tycho Brahe składa się z wyrzutni rakiet sprzężonej z pojazdem nośnym HEAT-1X oraz załogowej kapsuły MSC (MicroSpaceCraft). Rakieta z silnikiem hybrydowym ma nietypowe rozmiary jak na tę klasę technologii. Tak więc HEAT-1X ma średnicę tylko 25 cali (64 centymetry). Nietrudno się domyślić, że kapsuła mieszkalna ma również niewielkie rozmiary. Kapsułka MSC to zamknięta tuba ze szklanym nosem. Zgodnie z zamysłem konstruktorów kapsułę należy wystrzelić rakietą na wysokość około 100 kilometrów. W końcowej fazie lotu rakieta wraz z kapsułą wchodzi w ruch po trajektorii balistycznej. Zjazd ma odbywać się przy pomocy hamulców aerodynamicznych, spadochronu i szeregu innych urządzeń. Ze względu na niewielkie wymiary pojazdu zjeżdżającego, pojawiają się poważne wątpliwości co do możliwości bezpiecznego zjazdu.
Pierwszy start rakiety z masowym i wielkościowym symulatorem człowieka zaplanowano na 5 września 2010 roku. Został odwołany na kilka godzin przed wyznaczonym czasem. Podczas jednej z ostatnich kontroli układów okazało się, że występują problemy z nagrzewaniem się zaworu zasilającego utleniacz. Ze względu na specyfikę projektu ogrzewanie tej części musiało odbywać się przy pomocy zwykłej domowej suszarki do włosów, nawet mocnej. Poprawa przeciągnęła się do początku czerwca ubiegłego roku. Ale potem pojawiły się problemy, tym razem z układem zapłonowym. Na szczęście szybko to naprawiono i 3 czerwca rakieta HEAT-1X w końcu uniosła MSC w powietrze. Zgodnie z planem lotu rakieta miała wznieść się na wysokość około 2,8 kilometra, a następnie zrzucić owiewkę i moduł MSC. Ten ostatni musiał zejść na spadochronie. Wyjście na wysokość projektową i strzelanie do modułu z manekinem zakończyły się sukcesem. Ale liny spadochronu do lądowania zaplątały się. Urządzenie wpadło do Morza Bałtyckiego.
Po pierwszym uruchomieniu testowym, zespół Copenhagen Suborbitals doszedł do wniosku, że potrzeba wielu ulepszeń. Właściwie to właśnie robią teraz wszystkie dwa tuziny entuzjastów. Podobno Tycho Brahe ma wiele wad. Za tym założeniem przemawia fakt, że rok po pierwszym, nie do końca udanym locie kompleksu, autorzy projektu nie spieszą się z udostępnianiem informacji o dacie kolejnego startu. Oczywiście grupa przedsiębiorczych obywateli nie jest jeszcze w stanie przypomnieć sobie swojego rozwoju. Jednak Tycho Brahe jest obecnie jedynym europejskim prywatnym projektem kosmicznym, który wszedł nawet w fazę testów.
