21 lipca 2011 roku amerykański statek kosmiczny Atlantis wykonał swoje ostatnie lądowanie, co położyło kres długiemu i ekscytującemu programowi Space Transportation System. Z wielu przyczyn technicznych i ekonomicznych podjęto decyzję o zaprzestaniu eksploatacji systemu promu kosmicznego. Niemniej jednak idea statku kosmicznego wielokrotnego użytku nie została porzucona. Obecnie powstaje jednocześnie kilka podobnych projektów, a niektóre z nich zdążyły już pokazać swój potencjał.
Projekt statku kosmicznego wielokrotnego użytku promu kosmicznego miał kilka głównych celów. Jednym z głównych było obniżenie kosztów lotu i przygotowania do niego. Możliwość wielokrotnego użycia tego samego statku teoretycznie dawała pewne korzyści. Dodatkowo charakterystyczny wygląd techniczny całego kompleksu pozwolił na znaczne zwiększenie dopuszczalnych gabarytów i masy ładowności. Unikalną cechą STS była możliwość powrotu statku kosmicznego na Ziemię w jego ładowni.
Ostatni start sondy Altantis, 8 lipca 2011 r. Zdjęcie NASA
Jednak podczas eksploatacji stwierdzono, że nie wszystkie zadania zostały wykonane. Tak więc w praktyce przygotowanie statku do lotu okazało się zbyt długie i kosztowne – według tych parametrów projekt nie spełniał pierwotnych wymagań. W wielu przypadkach statek kosmiczny wielokrotnego użytku w zasadzie nie mógłby zastąpić „konwencjonalnych” pojazdów nośnych. Wreszcie, stopniowe moralne i fizyczne starzenie się sprzętu doprowadziło do najpoważniejszych zagrożeń dla załóg.
W rezultacie podjęto decyzję o zakończeniu działania Systemu Transportu Kosmicznego. Ostatni 135 lot odbył się latem 2011 roku. Cztery istniejące statki zostały spisane na straty i przekazane do muzeów jako niepotrzebne. Najbardziej znaną konsekwencją takich decyzji był fakt, że amerykański program kosmiczny przez kilka lat pozostawał bez własnego załogowego statku kosmicznego. Do tej pory astronauci musieli wchodzić na orbitę za pomocą rosyjskiej technologii.
Ponadto cała planeta została bez systemów wielokrotnego użytku na czas nieokreślony. Jednak pewne środki są już podejmowane. Do tej pory amerykańskie przedsiębiorstwa opracowały kilka projektów statków kosmicznych wielokrotnego użytku tego czy innego rodzaju. Wszystkie nowe próbki zostały już przynajmniej wyjęte do testów. W dającej się przewidzieć przyszłości będą również mogli rozpocząć pełnoprawną działalność.
Boeing X-37
Głównym elementem kompleksu STS był samolot orbitalny. Ta koncepcja jest obecnie wykorzystywana w projekcie Boeinga X-37. W późnych latach dziewięćdziesiątych Boeing i NASA zaczęli badać temat statków kosmicznych wielokrotnego użytku, które mogą znajdować się na orbicie i latać w atmosferze. Na początku ostatniej dekady prace te doprowadziły do rozpoczęcia projektu X-37. W 2006 roku prototyp nowego typu przeszedł testy w locie ze zrzutem z samolotu przewoźnika.
Samolot Boeing X-37B w owiewce rakiety nośnej. Zdjęcie: Siły Powietrzne USA
Program zainteresował Siły Powietrzne USA i od 2006 r. jest realizowany w ich interesie, choć z pewną pomocą NASA. Według oficjalnych danych Siły Powietrzne chcą uzyskać obiecujący samolot orbitalny, zdolny do wystrzeliwania różnych ładunków w kosmos lub przeprowadzania różnych eksperymentów. Według różnych szacunków, obecny projekt X-37B może być wykorzystywany także w innych misjach, w tym związanych z rozpoznaniem czy pełnoprawną pracą bojową.
Pierwszy lot kosmiczny sondy X-37B odbył się w 2010 roku. Pod koniec kwietnia rakieta Atlas V wystrzeliła pojazd na ustaloną orbitę, gdzie pozostawał przez 224 dni. Lądowanie „jak samolot” miało miejsce na początku grudnia tego samego roku. W marcu następnego roku rozpoczął się drugi lot, który trwał do czerwca 2012 roku. W grudniu odbyło się kolejne wodowanie, a trzecie lądowanie odbyło się dopiero w październiku 2014 roku. Od maja 2015 do maja 2017 doświadczony X-37B wykonał swój czwarty lot. 7 września ubiegłego roku rozpoczął się kolejny lot testowy. Kiedy zostanie ukończony, nie jest określony.
Według nielicznych oficjalnych danych celem lotów jest zbadanie pracy nowej technologii na orbicie, a także przeprowadzenie różnych eksperymentów. Nawet jeśli doświadczone X-37B rozwiązują zadania wojskowe, zleceniodawca i wykonawca nie ujawniają takich informacji.
W obecnej postaci produkt Boeing X-37B to samolot rakietowy o charakterystycznym wyglądzie. Wyróżnia go duży kadłub i samoloty środkowe. Używany jest silnik rakietowy; sterowanie odbywa się automatycznie lub za pomocą poleceń z ziemi. Według znanych danych w kadłubie przewidziano przedział ładunkowy o długości ponad 2 m i średnicy ponad 1 m, który może pomieścić do 900 kg ładunku.
W tej chwili doświadczony X-37B jest na orbicie i rozwiązuje przydzielone zadania. Kiedy wróci na Ziemię, nie wiadomo. Nie podano również informacji o dalszym przebiegu projektu pilotażowego. Podobno nowe wiadomości o najciekawszym rozwoju pojawią się dopiero przy kolejnym lądowaniu prototypu.
SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser
Inną wersją samolotu orbitalnego jest statek kosmiczny Dream Chaser firmy SpaceDev. Projekt ten był rozwijany od 2004 roku, aby wziąć udział w programie NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), ale nie mógł przejść pierwszego etapu selekcji. Jednak firma deweloperska wkrótce zgodziła się na współpracę z United Launch Alliance, która była gotowa zaoferować swój pojazd startowy Atlas V. W 2008 roku SpaceDev stał się częścią Sierra Nevada Corporation, a wkrótce potem otrzymał dodatkowe fundusze na stworzenie swojego samolotu. Później doszło do porozumienia z Lockheed Martin na wspólną budowę sprzętu doświadczalnego.
Doświadczony samolot orbitalny Dream Chaser. Zdjęcie autorstwa NASA
W październiku 2013 roku latający prototyp Dream Chaser został zrzucony z helikoptera lotniskowca, po czym przeszedł do lotu szybowcowego i wykonał lądowanie poziome. Pomimo awarii podczas lądowania prototyp potwierdził cechy konstrukcyjne. W przyszłości na stoiskach przeprowadzono kilka innych testów. Na podstawie ich wyników projekt został sfinalizowany, a w 2016 roku rozpoczęto budowę prototypu do lotów kosmicznych. W połowie ubiegłego roku NASA, Sierra Nevada i ULA podpisały umowę na przeprowadzenie dwóch lotów orbitalnych w latach 2020-21.
Nie tak dawno twórcy urządzenia Dream Chaser otrzymali pozwolenie na uruchomienie pod koniec 2020 roku. W przeciwieństwie do wielu innych nowoczesnych rozwiązań, pierwsza misja kosmiczna tego statku zostanie przeprowadzona z prawdziwym ładunkiem. Statek kosmiczny będzie musiał dostarczyć określony ładunek na Międzynarodową Stację Kosmiczną.
W swojej obecnej formie statek kosmiczny wielokrotnego użytku Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser to samolot o charakterystycznym wyglądzie, przypominającym wyglądem niektóre amerykańskie i zagraniczne rozwiązania. Pojazd ma całkowitą długość 9 m i jest wyposażony w skrzydło delta o rozpiętości 7 m. Aby zapewnić kompatybilność z istniejącymi pojazdami nośnymi, w przyszłości zostanie opracowane skrzydło składane. Masa startowa określona jest na 11,34 t. Dream Chaser będzie w stanie dostarczyć na ISS 5,5 tony ładunku i wrócić do 2 ton na Ziemię. Zejście z orbity "jak samolot" wiąże się z mniejszymi przeciążeniami, co ma być przydatne do dostarczania niektórych urządzeń i próbek w oddzielnych eksperymentach.
Smok Spacex
Z wielu powodów idea samolotu na orbicie nie jest obecnie zbyt popularna wśród twórców nowych technologii kosmicznych. Wygodniejszy i bardziej opłacalny jest obecnie statek kosmiczny wielokrotnego użytku o „tradycyjnym” wyglądzie, który jest wystrzeliwany na orbitę za pomocą rakiety nośnej i wraca na Ziemię bez użycia skrzydeł. Najbardziej udanym opracowaniem tego rodzaju jest Dragon firmy SpaceX.
Statek towarowy SpaceX Dragon (misja CRS-1) w pobliżu ISS. Zdjęcie autorstwa NASA
Prace nad projektem Dragon rozpoczęły się w 2006 roku i były prowadzone w ramach programu COTS. Celem projektu było stworzenie statku kosmicznego z możliwością wielokrotnych startów i powrotów. Pierwsza wersja projektu zakładała stworzenie statku transportowego, a w przyszłości planowano na jego podstawie opracować załogową modyfikację. Do tej pory Dragon w wersji „ciężarowej” wykazał zdecydowane rezultaty, podczas gdy oczekiwany sukces załogowej wersji statku stale się przesuwa w czasie.
Pierwsze demonstracyjne wodowanie transportowca Dragon miało miejsce pod koniec 2010 roku. Po wszystkich wymaganych modyfikacjach NASA zamówiła pełnoprawne uruchomienie takiego urządzenia w celu dostarczenia ładunku na Międzynarodową Stację Kosmiczną. 25 maja 2012 r. Smok z powodzeniem zadokował na ISS. W przyszłości przeprowadzono kilka nowych startów z dostawą towarów na orbitę. Najważniejszym etapem programu stało się uruchomienie 3 czerwca 2017 roku. Po raz pierwszy w historii programu naprawiony statek został ponownie zwodowany. W grudniu w kosmos poleciał kolejny statek kosmiczny, lecący już na ISS. Biorąc pod uwagę wszystkie testy, produkty Dragona wykonały do tej pory 15 lotów.
W 2014 roku SpaceX ogłosił obiecujący załogowy statek kosmiczny Dragon V2. Argumentowano, że to urządzenie, będące rozwinięciem istniejącej ciężarówki, będzie w stanie dostarczyć na orbitę lub wrócić do domu nawet siedmiu astronautów. Poinformowano również, że w przyszłości nowy statek może być używany do latania wokół Księżyca, w tym z turystami na pokładzie.
Jak to często bywa w przypadku projektów SpaceX, oś czasu projektu Dragon V2 przesunęła się kilkakrotnie. Tak więc z powodu opóźnień z rzekomym lotniskowcem Falcon Heavy data pierwszych testów przesunęła się na 2018 rok, a pierwszy załogowy lot stopniowo „oddalał się” na 2019 rok. Wreszcie kilka tygodni temu firma deweloperska ogłosiła zamiar rezygnacji z certyfikacji nowego „Smoka” do lotów załogowych. W przyszłości takie zadania mają być rozwiązywane za pomocą nieutworzonego jeszcze systemu wielokrotnego użytku BFR.
Statek kosmiczny Dragon ma całkowitą długość 7,2 m i średnicę 3,66 m. Sucha masa wynosi 4,2 t. Jest w stanie dostarczyć na ISS ładunek o wadze 3,3 tony i zwrócić do 2,5 tony ładunku. Aby pomieścić określony ładunek, proponuje się użycie szczelnego przedziału o objętości 11 metrów sześciennych i nieciśnieniowej objętości 14 metrów sześciennych. Nieuszczelniony przedział opada podczas schodzenia i spala się w atmosferze, podczas gdy druga objętość ładunku wraca na Ziemię i ląduje na spadochronie. Aby skorygować orbitę, statek kosmiczny jest wyposażony w 18 silników typu Draco. Wydajność systemów zapewnia para paneli słonecznych.
W rozwoju załogowej wersji „Smoka” wykorzystano niektóre jednostki bazowego statku transportowego. Jednocześnie uszczelniony przedział musiał zostać znacznie przerobiony, aby rozwiązać nowe problemy. Zmianie uległy również inne elementy statku.
Lockheed martin orion
W 2006 roku NASA i Lockheed Martin zgodzili się zbudować obiecujący statek kosmiczny wielokrotnego użytku. Projekt został nazwany na cześć jednej z najjaśniejszych konstelacji - Oriona. Na przełomie dekady, po zakończeniu części prac, kierownictwo Stanów Zjednoczonych zaproponowało rezygnację z tego projektu, ale po długich sporach został on uratowany. Prace były kontynuowane i do tej pory przyniosły pewne rezultaty.
Statek perspektywiczny Orion widziany przez artystę. Rysunek NASA
Zgodnie z pierwotną koncepcją statek Orion miał być używany w różnych misjach. Z jego pomocą miała dostarczać towary i ludzi na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Z odpowiednim ekwipunkiem mógłby polecieć na Księżyc. Rozważano też możliwość lotu na jedną z asteroid, a nawet na Marsa. Niemniej jednak rozwiązanie takich problemów przypisano odległej przyszłości.
Zgodnie z planami ostatniej dekady, pierwszy testowy start Oriona miał nastąpić w 2013 roku. Na 2014 rok planowali start z astronautami na pokładzie. Lot na Księżyc można było przeprowadzić do końca dekady. Następnie harmonogram został dostosowany. Pierwszy lot bezzałogowy przełożono na 2014 rok, a start z załogą na 2017 rok. Misje księżycowe zostały przełożone na lata dwudzieste. Do tej pory loty z załogą zostały przełożone na następną dekadę.
5 grudnia 2014 roku miało miejsce pierwsze testowe uruchomienie Oriona. Statek kosmiczny z symulatorem ładunku został wyniesiony na orbitę przez pojazd startowy Delta IV. Kilka godzin po wystrzeleniu wrócił na Ziemię i wodował w określonym obszarze. Nie przeprowadzono jeszcze żadnych nowych uruchomień. Jednak specjaliści z Lockheed Martin i NASA nie czekali bezczynnie. W ciągu ostatnich kilku lat zbudowano szereg prototypów do przeprowadzania określonych testów w warunkach naziemnych.
Zaledwie kilka tygodni temu rozpoczęto budowę pierwszego Oriona do lotu załogowego. Jego uruchomienie zaplanowano na przyszły rok. Zadanie wystrzelenia statku kosmicznego na orbitę zostanie powierzone obiecującemu pojazdowi nośnemu Space Launch System. Zakończenie trwających prac pokaże realne perspektywy całego projektu.
Projekt Orion przewiduje budowę statku o długości ok. 5 mi średnicy ok. 3,3 m. Cechą charakterystyczną tego aparatu jest duża objętość wewnętrzna. Pomimo zainstalowania niezbędnego sprzętu i instrumentów, wewnątrz szczelnego przedziału pozostaje nieco mniej niż 9 metrów sześciennych wolnej przestrzeni, odpowiedniej do instalacji niektórych urządzeń, w tym siedzeń załogi. Statek będzie mógł zabrać na pokład maksymalnie sześciu astronautów lub określony ładunek. Całkowita masa statku została określona na 25,85 tony.
Systemy suborbitalne
Obecnie realizowanych jest kilka ciekawych programów, które nie przewidują wystrzelenia ładunku na orbitę Ziemi. Przyszłe modele sprzętu wielu amerykańskich firm będą mogły wykonywać tylko loty suborbitalne. Ta technika ma być wykorzystywana w niektórych badaniach lub w rozwoju turystyki kosmicznej. Nowe projekty tego typu nie są rozpatrywane w kontekście rozwoju pełnoprawnego programu kosmicznego, niemniej jednak budzą pewne zainteresowanie.
Suborbitalny statek SpaceShipTwo pod skrzydłem samolotu transportowego White Knight Two. Zdjęcia Virgin Galactic / virgingalactic.com
Projekty SpaceShipOne i SpaceShipTwo firm Scale Composites i Virgin Galactic proponują budowę kompleksu składającego się z samolotu nośnego i orbitalnego. Od 2003 roku oba typy sprzętu wykonały znaczną liczbę lotów testowych, podczas których testowano różne cechy konstrukcyjne i metody pracy. Przewiduje się, że statek kosmiczny typu SpaceShipTwo będzie mógł zabrać na pokład do sześciu pasażerów turystycznych i wynieść ich na wysokość co najmniej 100-150 km, tj. powyżej dolnej granicy przestrzeni kosmicznej. Start i lądowanie powinno odbywać się z „tradycyjnego” lotniska.
Blue Origin pracuje nad kolejną wersją systemu przestrzeni suborbitalnej od połowy ostatniej dekady. Proponuje wykonywać takie loty za pomocą pakietu rakiety nośnej i statku, podobnych do tych, które są używane w innych programach. Co więcej, zarówno rakieta, jak i statek muszą być wielokrotnego użytku. Kompleks nazwano New Shepard. Od 2011 roku pociski i statki nowego typu regularnie wykonują loty testowe. Udało mu się już wysłać statek kosmiczny na wysokość ponad 110 km, a także zapewnić bezpieczny powrót zarówno statku kosmicznego, jak i rakiety nośnej. W przyszłości system New Shepard powinien być jedną z innowacji w dziedzinie turystyki kosmicznej.
Przyszłość wielokrotnego użytku
Przez trzy dekady, od początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, kompleks Systemu Transportu Kosmicznego / Wahadłowiec był głównym środkiem transportu ludzi i towarów na orbitę w arsenale NASA. Ze względu na moralną i fizyczną przestarzałość, a także w związku z niemożnością uzyskania wszystkich pożądanych rezultatów, eksploatację promów przerwano. Od 2011 roku Stany Zjednoczone nie posiadają statków wielokrotnego użytku. Co więcej, chociaż nie mają własnego pojazdu załogowego, w wyniku czego astronauci muszą latać na obcej technologii.
Pomimo zakończenia działania Systemu Transportu Kosmicznego, amerykańska astronautyka nie rezygnuje z samej idei statków kosmicznych wielokrotnego użytku. Ta technika wciąż cieszy się dużym zainteresowaniem i może być wykorzystywana w wielu różnych misjach. W tej chwili NASA i wiele organizacji komercyjnych opracowuje jednocześnie kilka obiecujących statków kosmicznych, zarówno samolotów orbitalnych, jak i systemów z kapsułami. W tej chwili projekty te są na różnych etapach i pokazują różne sukcesy. W bardzo niedalekiej przyszłości, nie później niż na początku lat dwudziestych, większość nowości osiągnie etap lotów testowych lub pełnoprawnych, co pozwoli na ponowne zbadanie sytuacji i wyciągnięcie nowych wniosków.
