Del Apollo, del Boeing 787

Apollo-programmet, som skickade ett dussin män till månen, avslutades 1972. Det är så länge sedan att mindre än hälften av alla amerikaner är gamla nog att ha sett ett av dess uppdrag på direktsänd TV. Ändå är en del av tekniken bakom Apollo på väg att gå i pension för NASA:s återkomst till månen, planerad till 2020.

Orions besättningskapsel åker in i jordens omloppsbana ovanpå Ares I-raketen, också under utveckling (konstnärens koncept). Med tillstånd av NASA.

Byråns nya system för att resa till jordens omloppsbana och senare till månen och Mars, dubbat Konstellationsprogrammet , duplicerar i huvudsak månuppdragsteknologierna som Wernher von Braun föreslog i slutet av 1950-talet och användes i Apollo-programmet. Till exempel innehåller den en flerstegsraket som liknar Apollos Saturn V, ett besättningsfordon som liknar Apollo-kommandomodulen och en månlandare direkt baserad på Apollo-landaren.

Förra månaden valde NASA flygjätten Lockheed Martin för att bygga besättningsfordonet, kallat Orion. Farkostens konformade besättningsmodul och cylindriska servicemodul kan precis ha anlänt från Smithsonian Air and Space Museum - förutom att de är lite större än Apollo-versionerna och har fyra till sex besättningsmedlemmar istället för tre.

Ändå, enligt Lockheed Martin-tjänstemän, kommer Orion att få Apollo-farkosten att se ut som en Model T. Orions återinträdessystem kommer till exempel att införliva kunskap från Lockheeds senaste Genesis- och Stardust-uppdrag, som hämtade material från kometer. Dessutom kommer flygelektronikens mjukvara och utrustning att baseras på system som används i de nyaste passagerarjetplanen; och ett nytt abortsystem kommer att föra bort astronauter från huvudraketerna i händelse av en Challenger-liknande uppskjutningskatastrof.

Patrick McKenzie är affärsutvecklingschef för Orion-projektet på Lockheed Martin Space Systems i Denver, CO. Han pratade med Teknikgranskning den 7 september om teknologierna – gamla och nya – som går in i Orion.

Teknikrecension: Vad lärde flygingenjörer av Apollo som kan tillämpas i Orion-projektet? Och varför ser din design så lik ut, åtminstone ytligt, Apollos kommandomodul och servicemodul?

Patrick McKenzie: En av de mest hållbara sakerna som Apollo fick rätt var den aerodynamiska formen på kapseln – som också råkar vara det mest synliga elementet. En av anledningarna till att NASA valde att gå med formen av Apollo-typ är den beprövade säkerhetsdatabasen som följer med det. När du tittar på alternativ som lyftkroppskonstruktioner – rymdflygplan som Shuttle – ger de saker som extra räckvidd [förmågan att styra till olika landningsplatser], men du kan inte flyga dem säkert i händelse av att en kontrollsystemet går offline. Ett ballistiskt återinträdessystem som en kapsel kan returnera besättningen på ett säkert sätt i händelse av ett fel. Men praktiskt taget allt annat med denna kapsel är ny teknik – inte nödvändigtvis blödande kant, utan utvecklad efter Apollo.

TR: Vilka är några av de viktigaste nya teknikerna enligt dig?

P.M: En av de stora teknologiapplikationerna som helt klart kommer att bli annorlunda med Orion är den automatiska mötes- och dockningskapaciteten. Orion kommer att behöva docka med den internationella rymdstationen och med Earth Departure Stage [raketen som kommer att accelerera Orion ur jordens omloppsbana till månen]. Shuttle är manuellt dockad, och Apollo var uppenbarligen inte automatiserad. Orion kommer att ha manuell överstyrningsförmåga, men det stora flertalet gånger borde det inte finnas något behov av en besättningsmedlem att ingripa.

TR: Jag förstår att Orion kommer att ha en ny typ av värmesköld för återinträde i jordens atmosfär.

P.M: Tanken är i stort sett densamma som med Apollo, men det kommer en ny design och nya material som ger ett mer robust skydd. Det är viktigt eftersom med fordon som kommer tillbaka från månen, eller särskilt från Mars, kommer återinträdeshastigheterna att bli mycket högre [än med rymdfarkoster i låg omloppsbana om jorden]. Vi tittar på värmesköldmaterial som PICA [fenolimpregnerad kolablator] och SLA [ett korkbaserat ablativt material] som Lockheed har bevisat på Genesis och Stardust djuprymdprovsreturuppdrag.

En annan sak som kommer att bli ny är att hoppa över återinträde, vilket vi kommer att göra rutinmässigt. Det är där du studsar av atmosfären och kommer tillbaka in igen, vilket ger dig möjligheten att landa på land, i motsats till Apollo-landningarna i havet. Det ger ett extra mått av säkerhet och förbättrar återanvändbarheten av systemet. Naturligtvis tittar vi också på uppgraderade landningseffektsystem. Du kommer fortfarande ner i fallskärmar, som Apollo gjorde, sedan sätter du ut krockkuddar eller avfyrar retroraketer, liknande vad det ryska Soyuz-fordonet gör, för att sakta ner fordonet för en säker landning.

TR: Hur kommer förhållandena att se ut i besättningsmodulen?

P.M: Apollo kunde bara bära tre personer, och de hade mycket snäva levnadsvillkor. Orion besättningsmodul kommer att ha dubbelt så stor volym: 361 kubikfot per besättningsmedlem. Fyra besättningar kan åka fram och tillbaka till månen, och på flyg till den internationella rymdstationen kunde vi ta emot upp till sex besättningar. Dessutom kommer besättningsmodulen att kunna stanna i omloppsbana runt månen i ett helt autonomt läge, så att alla fyra besättningsmedlemmar kan gå ner till ytan, för potentiellt långvariga vistelser.

TR: För Apollo designade NASA ett abortsystem för att bära kommandomodulen bort från Saturn V-raketen i händelse av en uppskjutningsnödsituation. Ett sådant abortsystem kan ha räddat Challenger-astronauterna, men tyvärr har rymdfärjan inte någon. Vad planeras för Orion?

P.M: Det är samma typ av idé som med Apollo. En av de särskilda fördelarna med kapselkonfigurationen jämfört med rymdfärjan är det faktum att vi inte är sidomonterade. På Shuttle är både de solida raketboosters och den externa bränsletanken rakt upp mot magen på fordonet, och det finns inget sätt att skilja besättningen från dem i en nödsituation. Orion kommer att sitta ovanpå Ares I-raketen på samma sätt som Apollo, så att om det finns något problem med raketen nedanför, är de avancerade raketerna för avbrytande av uppskjutning på tornet ovanför besättningsmodulen fullt kapabla att accelerera bort från Ares och få besättningen i en säker situation, med fallskärmar för landning.

TR: De gamla mekaniska cockpitsystemen i rymdfärjan ersattes nyligen med en modern glascockpitdesign med helt elektroniska displayer och kontroller. Jag antar att teknik kommer in i Orion också?

P.M: Avioniksystemen ombord kommer att vara ljusår före där Apollo var. Inte bara kommer vi att ha vad du kallade glascockpit, utan det andra nyckelelementet är dubbel feltolerans. Det betyder att med de kritiska systemen som byggs in i Orion kan du ha två fel i samma system och fortfarande flyga säkert. Systemet som vår lagkamrat Honeywell arbetar med är baserat på flygelektronikarkitekturen hos Boeing 787, som också är dubbelfeltolerant. Systemen övervakar varandra hela tiden och om ett system har problem tar ett annat automatiskt över. Det tillför lite extra vikt och komplexitet till fordonet, men det ger en mycket större säkerhetsmarginal på dessa mycket farliga rymduppdrag.

TR: Rymdfärjan kommer att gå i pension 2010, och de första besättningsflygningarna för Constellation Program – eller åtminstone Ares-raketen med Orion på toppen – är planerade till 2014. Vilka kommer att vara de svåraste tekniska utmaningarna när du försöker hålla till det schemat?

P.M: Vanligtvis slutar utvecklingen av flygelektronikens mjukvara som ett kritiskt element. RCS-motorerna, derivat av Shuttle's RCS-motorer, är ett annat [Reaction Control System - de små sidomonterade raketerna som används för attitydkontroll och styrning. Shuttle's RCS-motorer härrörde själva från Apollo. -eds. ] Så det handlar om mjukvara och framdrivning. Vi är medvetna om dessa kritiska vägproblem och arbetar med NASA för att ta itu med dem tidigt. Vi skulle vilja täppa till gapet efter Shuttle:s pensionering och sänka schemat för att testlansera 2012 eller ännu tidigare. Men utvecklingsprocessen för Ares I lanseringsfordon måste gå ihop med Orion.

TR: Från president Kennedys tal i maj 1961 som tillkännagav målet att landa på månen till den faktiska Apollo 11-landningen i juli 1969, gick lite mer än åtta år. Idag säger NASA att det kommer att ta minst 14 år att göra samma sak. Varför?

P.M: Orion-delen av projektet skulle förmodligen kunna utföra månuppdrag tidigare än 2020. Med det sagt kommer du också att behöva utveckla en månlandare, en jordavgångssteg och ett lyftfordon [Ares I och Ares V]. Eftersom NASA:s budget i dag och ålder är en mycket mindre andel av nationens budget än den var under Apollo-eran, måste vi gå som du kan betala, som NASA-administratören [Michael] Griffin uttrycker det. Den initiala budgetprioriteringen är att utveckla Ares I och Orion. Vi kommer inte att kunna göra utveckling på månlandaren, EDS och alla delar av Ares V parallellt.

TR: Varför tror du att Lockheed Martins förslag till Orion-kontraktet vann över Northrop Grummans? Erbjöd Lockheed överlägsen teknik?

P.M: Jag är oerhört stolt över teamet och vad de åstadkommit med det tekniska konceptet vi levererade till NASA. Men kraven håller fortfarande på att förändras, och alla anbudsgivare fick faktiskt hantera en diameterförändring [i Orion-kapseln] halvvägs genom processen, från 5,5 meter ner till 5 meter. När NASA levererade så många saker till oss som krav, jämnades spelplanen ut något.

När det kommer till kritan, skriver NASA på en relation med en industriell partner som kommer att pågå i ett par decennier. De ville veta att det skulle bli ett lyckligt äktenskap, där andan av partnerskap var ett verkligt bevis. Under Fas I [när NASA betalade flera anbudsgivare för att utveckla design för Orion] tog vi initiativet till att se till att vårt projektkontor var samlokaliserat i Houston, vilket gjorde det enkelt för dem att delta i alla våra styrelsemöten och andra viktiga händelser utöver de typiska tvåmånadersgranskningarna. Vi har en betydande personalstyrka på Michoud Assembly Facility i New Orleans [där skyttelns yttre tankar är sammansatta]; vi fattade tidigt ett beslut att göra slutmontering och utcheckning vid Kennedy Space Center; vi kommer att göra motortestning vid Stennis Space Center i Mississippi [NASA:s primära testplats för raketframdrivning]. Jag tror att NASA har uppskattat det.

Dölj