Boeing CST-100 Starliner

A Boeing a 2000-es évek legvégén nekiállt egy új űrhajó tervezésének (hogy egész pontosak legyünk, a NASA CEV felhívására adott tervet porolta le), leginkább a Bigelow Aerospace ösztönzésére. Bigelow sikeresen kifejlesztett egy felfújható űrállomás koncepciót, csakhogy hiába, ha nincs űrhajó, amely felvihetné az űrhajósokat hozzá. Hiába próbálkozott egy X-Prize-szerű díjjal, pontosan zéró érdeklődő volt rá (50 millió dollárt ajánlott fel a győztesnek, de hát a kifejlesztés inkább több száz, vagy még inkább több milliárd dolláros költség, szóval az 50 millió dolláros díj kvázi aprópénznek felelt csak meg annak, aki képes lehetne erre).

Animáció a Bigelow BA330 űrállomás modul indításáról,
és hogy a végén egy Boeing CST-100 bedokkol hozzá

Azonban a cég a saját pénzéből komolyabb összeget nem szánt a programra, bár az induló CCDev-1-en beadta az elképzelést, ahol kapott is arra pénzt, hogy az előzetes terveket kidolgozzák. Majd a CCDev-2 és a CCiCap keretében egyre több és több pénzt sikerült megnyerni, végül a CCtCap keretében nyertesnek hirdették – a NASA saját véleménye szerint a Boeing tette le a műszakilag legkidolgozottabb ajánlatot, így győzelme nem volt túl nagy meglepetés.

A Boeing űrhajója először a CST-100 jelölést kapta, amelyből a CST a Crew Space Transport (~ Személyzetszállító Űrjármű) rövidítése, de hogy pontosan honnan is származik a név, az a ködös múltba veszett, ugyanis a CST-100-at nem is a Boeing, hanem Bigelow említette meg először. Mivel a 'liner' (menetrendszerű utasszállító hajó vagy repülőgép) elnevezésnek is hosszú története van a cég életében, a Boeing 307 Stratolinertől (amely az első túlnyomásos utastérrel rendelkező utasszállító volt) a Boeing 787 Dreamlinerig, így adta magát, hogy a CST-100 elnevezése 'Starliner' (nehezen magyarítható, a liner jelentését már fent levezettük, a star pedig ugye csillagot jelent) legyen – marketing terén tehát a Boeing megtette a kötelező köröket (noha feltehetően kényelmetlen, hogy a konkurens Lockheed egy, az 1950-es években megjelent utasszállítója már viselte ezt a nevet).

Az űrhajó alapvetően az Apollóra emlékeztet (fun fact: az Apollo eredeti gyártói, a North American és a Rockwell egyaránt a Boeing részei lettek felvásárlás útján), ahhoz hasonlóan egy parancsnoki és egy műszaki modulból áll. Mint ilyen, leegyszerűsítve a CST-100 a korábban már bemutatott Boeing CEV terve, csak éppen az orbitális modul nélkül.

A CST-100 Starliner parancsoki modulja

A csonkakúp alakú modul 4,56 méter átmérőjű, a magassága 3 méter, illetve cirka 3,3 méter a dokkolórendszer feletti áramvonalas orrkúppal. Ahogy az Orion, úgy a Starliner esetében is a nyomásálló modul lesz a kapszula fő eleme, a többi elemet hozzá rögzítik. A nyomásálló modul érdekessége, hogy ez két alumínium-lítium ötvözetből kiöntött, majd gépi forgácsolással kikönnyített félből áll – ez ugyan nem egyszerű vagy könnyű eljárás, ám mivel nincs benne hegesztés, így azokkal nem is kell küzdeni (az alumíniumötvözet hegesztése nem egyszerű, illetve utána alapos vizsgálatot igényel, megfelelő lett-e a hegesztés), vagyis végső soron mégis olcsóbb és könnyebb lehet. A két darabból összerakott modul előnye, hogy a karbantartáskor, illetve az összeszereléskor kényelmesen hozzáférhető minden részegység, míg ha egyetlen darabból lenne, akkor a beltér elemeinél figyelembe kellene venni a viszonylag kis méretű ajtó méretét, és részelemekre bontani a nagyobb darabokat.

A két modulból álló nyomásálló test előnye...

...és a két darab összeszerelés közben

A kapszula ugyan nagyobb, mint az Apollo CM volt, ám ebben 7 embernek is el kell férnie – igaz, a hírek szerint "mindössze" 4 fős személyzetet visznek majd az ISS-hez, a többi hasznos teher lesz. A beltér hozzávetőleg 9 köbmétere innen nézve sem túl sok, ráadásul a mérnökök az ablakok számát is alacsonyan tartották: mindössze az oldalajtón és vele majdnem szemben van egy kisebb, kerek ablak, illetve a pilóta feje felett van egy valamivel nagyobb, négyszög alakú, amelyen keresztül az űrhajó orra előtti részre van rálátása. Érdekesség, hogy az első számítógépes trükkfelvételeken még több ablak, illetve belső képernyőre vetített külső látkép szerepelt, de ezek gyorsan eltűntek, ahogy a futurisztikus beltér is...

A korai CGI kép, amelyet láthatóan elgurult gyógyszerrel álmodozhattak a belső tér tervező,
így panoráma ablakokkal és sci-fibe illő beltérrel operáltak

Hogy a bezártságérzetet csökkentsék, a Boeing az új építésű Boeing-737 és 787 utasszállítóin feltűnt 'Sky Interior' (~ Égbolt Beltér) fantázianevű megoldást hívta segítségül, ami leegyszerűsítve a jármű belterében kék hangulatvilágítást jelent. Hozzá kell tenni, a Boeing azt tervezi, hogy az űrhajó az indítás után 12-18 órán belül már dokkolhat is az űrállomáson, így a személyzetnek viszonylag kevés időt kell az űrhajóban töltenie.

A Sky Interior egy Boeing 737-800 fedélzetén...

...és a Starliner belsőtér makettjében

Az űrhajó irányításáért ugyan elvben egy ember a felelős, de a műszerfal alapvetően két embert szolgál ki információval, noha a kezelőszervekhez csak a pilóta fér hozzá szabadon, ezzel szemben például az Orion és Dragon v2 műszerfalánál úgy gondolkodtak, hogy két fős "kezelő" személyzet közül bármelyik átveheti az irányítást. A műszerfal amúgy a tervek szerint egyfajta átmenet lesz a teljesen modern, csak érintőképernyőkre építő rendszerek (mint amit a Dragon v2-nél használnak) és a régi analóg (kapcsolókra épülő) rendszerek között. A Boeing úgy véli, hogy a hagyományos kapcsolók, biztonság szempontból bevált és bolondbiztos megoldások, így a lényeges rendszereket azokról lehet kezelni, az érintőképernyőn a részfeladatok és a megjelenítendő adatok között lehet csak váltogatni.

A pilóta előtti műszerfal és felette a pilóta előtti ablak a szimulátorban

Az űrhajó orrán az új, a SpaceX által is használt Nemzetközi Dokkolórendszer (International Docking System - IDS) nevű található, és elviekben azonos a rádiórendszer is, amiből a redundancia miatt két darabot helyeztek el. A létfenntartó rendszer a CCDev-1 részeként a Paragon által kifejlesztett megoldásra épül, ez felelős a széndioxid megkötéséért, a por megszűréséért, valamint a levegő hőmérsékletének és páratartalmának szinten tartásáért. A személyzet kommunikációjáért és szórakoztatásáért egy-egy tablet felel, amelyek az űrhajó saját wifi kapcsolatán keresztül kommunikálnak (ennek a részleteit azonban még nem árulta el a Boeing).

A Starliner univerzális abból a szempontból, hogy mind vízre, mind szárazföldre leszállhat. Visszatéréskor "hagyományosan" a kapszula alján lévő hővédő pajzs óvja meg a légkör súrlódása miatti felhevüléstől, majd a sűrűbb légkörbe éréskor kibocsát három stabilizáló ernyőt, majd három fő ernyőt, amely kinyílása után leoldja a hővédő pajzsot. A földet (vagy vizet) érés előtt fúvódik fel hat légzsák, amelyek tompítják a becsapódást, majd leengednek.

Az ejtőernyő és a légzsákok tesztelése

A műszaki modulról való leválás után 16 darab kis méretű (két 6-os és két kettes csoportban), egyenként 445 N tolóerejű manőverező hajtóművet helyeztek el a kapszula oldalán, ezek feladata elsősorban a műszaki modulról való leválás után a stabilizáció.

A műszaki modul:

A Starliner felépítése, a Crew Module (Parancsnoki Modul) és a Service Modul (Műszaki Modul)

A műszaki modul célja (itt is) az űrhajó manőverező képességének biztosítása, elektromos energiával való ellátása, illetve a hőháztartásának biztosítása. Az elsődleges hajtómű a modul alján elhelyezett négy Launch Abort Engine (~ Indítás Megszakító Hajtómű), vagyis LAE, amelyek egyenként 177 kN tolóerővel rendelkeznek, a nevéből pedig ki lehet találni elsődleges feladatát: ha az indításkor bármi probléma lép fel, ezek a hajtóművek működésbe lépnek, és eltávolítják az űrhajót a hordozórakétáról, megmentve a pusztulástól. Ezek felelősek a világűrből való visszatérést elindító fékező manőverért is.

A Starliner CAD ábrája a belső felépítésről

A modulon körben négy gondolában helyeztek el összesen 24 darab, egyenként 6,6 kN tolóerejű Orbital Maneuvering and Attitude Control (OMAC ~ Orbitális Manőver és Pozíció Irányító) hajtóművet, ezek az űrbéli manőverekért felelnek. Itt kapott helyett további 12 db 445 N tolóerejű finom pozicionáló hajtómű, amelyek megegyeznek a parancsnoki modulba szereltekkel. A modul belsejében van elhelyezve a rakétahajtóművek üzemanyag- és oxidálószer-tartályai. Az nincs tisztázva, hogy pontosan milyen üzemanyagot használnak, de feltehetően az általánosan használt MMH (Monometil-Hidrazin) és N2O4 (Dinitrogén-Tetroxid). Ugyan ezen üzemanyagok erősen mérgezőek és korrozívak, ám nem igényelnek mélyhűtést, és hosszú ideig tárolhatóak biztonságosan, amire az űrállomás személyzetének cseréjénél szükség lesz, hiszen elvárás az űrhajóval szemben, hogy 210 napig az űrállomáson dokkolva várakozhasson a visszatérésig.

A Starliner fantáziarajzán jól láthatóak a manőverezőrakétáknak otthont adó gondolák,
illetve a perforált öv, amely szükség esetén stabilizálja a repülését az űrhajónak

A műszaki modulon körbe egy perforált "gallért" lehet látni a CGI képeken, ennek feladata az űrhajó stabilizálása, ha felszállás közben a mentőhajtóműveket be kell indítani, és el kell távolodni a hordozórakétától.

Szokatlan módon oldották meg a napelemek elhelyezését: a műszaki modul alján, gyakorlatilag a hajtóművek mögött vannak elhelyezve fixen a napelemek. A tervek szerint optimális esetben 2,9 kW elektromos energiát képes szolgáltatni, ám hozzá kell tenni, hogy ehhez az űrhajó végét kell a nap felé fordítani. Az Orionhoz és az Apollóhoz hasonlóan a műszaki modul és a parancsnoki modul között egy oldalsó csatlakozóhídon keresztül biztosítják a parancsnoki modul áramellátását – arról nincs információ, hogy a műszaki modul ez esetben tárol-e oxigént, vizet vagy más ellátáshoz szükséges anyagot, de a lehetőség feltehetően megvan – ám a Starliner alapvetően "mindössze" maximum 60 órán át tartó űrrepülésre van tervezve, vagyis arra, hogy elindítják a hordozórakétával, majd legfeljebb kicsivel több mint egy nap múlva pedig bedokkol az űrállomáshoz. Hosszabb, független utakra nincs tervezve. Ezt egyébként a Boeing nem is győzi hangsúlyozni, ami valahol érthető, hiszen az SLS hordozórakéta fő gyártójaként érdekelt abban, hogy az SLS / Orion párosnak ne tegyek keresztbe egy olcsóbb Orion-alternatívával.

CGI képen ahogy a CST-100 a légkörbe való visszatérés előtt leválasztja a műszaki modult

Ugyan arról sincs információ, hogy a Starliner mekkora Delta-V-vel (vagyis pályamódosítási lehetőséggel) rendelkezik, de a részinformációk alapján elég szerénnyel, vagyis a Szojuzhoz áll ilyen téren közel. Egyes feltételezések szerint a végső pályára állításhoz az Atlas-V hordozórakéta második fokozatát használja fel, vagyis a saját hajtóműveivel csak a finom végső megközelítéshez szükséges korrekciókat hajtja végre, illetve a visszatéréskor a deorbitálást, vagyis a fékező manővert.

Az utolsó fontos feladata a modulnak a testen körbe elhelyezett radiátorokkal a hőmérséklet kontrollálása. Ez összetett feladat, hiszen az űrhajó napos oldalán akár kétszáz fokos hőmérséklet is előfordulhat, míg az árnyékos oldalon ugye mínusz száz fok alatti, ám ez még önmagában kezelhető. A problémát inkább az energiafejlesztő részek által termelt hulladékhő, illetve a személyzet által generált hő kezelése okozhat, ezektől kell a radiátorok segítségével megszabadulni.

Hordozórakéta

Amikor a CST-100 program elindult, a Boeing hangoztatta, hogy bármelyik potenciális hordozórakéta orráról elindulhat, így a SpaceX Falcon 9, az ULA Delta-IV medium és Atlas-V, illetve az ATK / ArianeSpace Liberty (egy Ares-I utód) orráról is.

A CST-100 az Atlas-V (401), a Delta-IV Medium, a Falcon 9 és a Liberty orrán...

Ez a CCtCap-ra megváltozott, az Atlas-V lett a kiválasztott hordozórakéta, amelyet az ULA gyárt. Az ULA (United Launch Alliance ~ Egyesült (Rakéta)Indítási Szövetség) a Boeing és a Lockheed közös leányvállalata, amely némi "állami" unszolásra jött létre, miután az Amerikai Légierő EELV tenderén 1999-ben 28 indításból a Boeing 19 indítást nyert el, a maradékot pedig a Lockheed. Csakhogy kiderült, hogy a Boeing kémkedett (vagy legalábbis kémkedhetett) a Lockheed után – a lényeg, hogy az EELV indítások egy részét az USAF átadta a Lockheednek, és hosszadalmas bírósági tárgyalások voltak várhatóak. Ehelyett végül létrejött az ULA, amely egyben kvázi meg is szüntette a versenyt a(z ekkor) két legnagyobb amerikai rakétagyártó cég között – pont azt, amiért az egész EELV tendert elindították.

Az ULA jövőre szóló kiválasztott hordozórakétája az Atlas-V lett. Az Atlas-V igen jól skálázható rendszer, az első fokozatában orosz RD-180 rakétahajtómű található, körülötte maximum öt darab szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta helyezhető el, a második fokozatában pedig egy vagy kér Aerojet RL-10-es hajtómű hajthatja végre a végső pályamanővereket. Érdekesség, hogy az első képeken (lásd fent) még nem volt gyorsítórakéta, tehát a 401 (esetleg 402) jelölésű verzióról lehet szó – a verziónál az első szám az áramvonalazó kúp átmérőjét jelenti (4 vagy 5 méteres, itt 2017-től már N, vagyis No Fairing, áramvonalazó kúp nélküli van a Starliner esetében), a középső szám a szilárd hajtóanyagú rakéták számát jelenti (0-5 db), a harmadik szám pedig, hogy a második fokozatban hány hajtómű van (1 vagy 2 db). Később, a hivatalos bemutatásnál, már a 422-es verzió lett említve.

A hivatalos ULA / Boeing CGI kép az Atlas-V N22 / Starliner párosról

Csakhogy 2014-ben az ukrajnai orosz beavatkozásra válaszul hozott amerikai szankciókra azt reagálta az orosz miniszterelnök-helyettes Dimitrij Rogozin, hogy Oroszország megtilthatja, hogy katonai indításokhoz felhasználják az RD-180-as hajtóműveket. Ugyan egy megnyilvánulásnál több nem történt az ügyben, így is elég volt, hogy nemzetbiztonsági kérdés legyen belőle, aminek a vége először az lett, hogy az RD-180-as hajtóművekre korlátozásokat vezetnének be, majd ezt késélig menő viták után hol jobban, hol kevésbé feloldották. Az ULA roppant nehéz helyzetét a konkurens SpaceX is kihasználta, aki elérte azt, hogy a Falcon 9 megjelenjen az EELV tenderen, és megrendeléseket happoljon el az ULA elől.

Az ULA több különböző megoldásra vonatkozó kezdeményezésbe fogott bele párhuzamosan, például felmerült az RD-180-as hajtóművek amerikai gyártása licenc alapján (igaz, ez már az 1990-es években is téma volt), illetve egy alternatív hajtómű, az AeroJet AR-1 kifejlesztése, amely az RD-180 helyére beépíthető.

A végső megoldásként és a SpaceX újrafelhasználható Falcon 9-ese által támasztott veszélyre reagálva végül egy új rakéta kifejlesztése mellett döntöttek. A Vulcan alapvetően megörökli az Atlas-V koncepcióját, de az első fokozatban az AR-1 vagy a Blue Origin BE-4 hajtóműve kerül, kivédve az RD-180-as körüli felhajtást. Az első fokozat hajtóműveit ráadásul egy leválasztható modulba építik, amely leválasztható a fokozat kiürülése után, és egy felfújható hőpajzs, majd egy ejtőernyő segítéségévél tér vissza, és a földet érés előtt a tervek szerint egy helikopter kapja el a levegőben. Apró bökkenő, hogy a Vulcan első repülése 2019 előtt nem várható...

A Starliner helyzete 2017 elején...

A Boeing egy meglehetősen kidolgozott tervet adott le a NASA-nak, és azon leginkább csak részleteiben változtatott. Főleg az első időben még agresszívnak nevezhető ütemtervük szépen szelídült, bátran hátrább tolták a tervezett indítási dátumokat. A hordozórakétánál említést érdemel, hogy eredetileg a 401-es Atlas-V orrán ábrázolták – amelynek a teherbírása valamivel 10 tonna alatt alacsony Föld körüli pályára – ez finoman szólva is erős optimizmus volt, hiszen az ISS magasabban, mintegy 400 km-en kering. Így nem volt meglepetés, mikor közben N22-esre módosították, amelynek a teherbírása az ISS magasságában és valahol 13 tonna körül lehet.

A Boeing űrhajó-előkészítő hangárjának (ahol anno az űrsiklók ellenőrzését végezték) elkészült új festése 2015-ben

Azonban a Boeing számára 2016 májusa kellemetlen meglepetéseket hozott: az első strukturális tesztjármű (amely elvben megegyezik már a végső űrhajóval, ám ezen hajtják végre a különféle földi teszteket, tehát ez az űrhajó nem fog repülni) építésekor kiderült, hogy a vártnál jóval nehezebb lett. Viszonyításképpen a Dragon v2 első tesztjárműve már 2015 nyarán készen volt – vagyis bő egy évvel korábban szembesülhettek az esetleg problémákkal. A Boeing úgy gondolta, hogy tervezési és gyártási tapasztalata miatt nem fog meglepetésekbe futni, ám ismét bebizonyosodott, hogy ami a tervezőasztalon jól néz ki, az még nem biztos, hogy megépítve is hozni fogja a papíron (pardon, képernyőn) levezetett adatokat.

Első megoldásként másik Atlas-V változatot néztek ki, az eredetileg tervezett N22 helyett az N32-t, amely a plusz egy gyorsítórakétájával azt jelezte, hogy cirka 600-700 kg-nyi túlsúlytól szenvedhetnek. 2016 végére azonban úgy tűnt, hogy ezt a problémát sikerül majd megoldani.

A Starliner és az Atlas-V szélcsatornában használt makettje

Nem várt problémát okozott az is, hogy a szélcsatorna tesztek alapján az emelkedés közben az űrhajó mögött olyan légáram jöhet létre, amely hatalmas zajt és vibrációt okozhat, amely kárt tehet a rakétában – mintegy hat hónapnyi munkával végül egy plusz szoknya alkalmazása mellett döntöttek, amely "kisimította" a légáramot, és ez a probléma is elhárult.

A Boeing vázlata arról, hogyan fogják a Starliner űrhajókat építeni és felkészíteni a repülések között

A Boeing bemutatta az új ruhát is, amely az űrsiklónál 1998 és 2011 között használt ACES ruha egy módosított, átalakított verziója. A legfőbb különbség, hogy jobb mozgékonyságot biztosítanak a személyzetnek, illetve a régi, merev sisakot egy kvázi becipzározható, hátrahajtható megoldásra cserélték le – plusz ahol lehet, elhagyták a felesleges részeket (sötétített lehajtható árnyékoló a sisakon, mentőtutaj, bőrbakancs), ezeknek az eredménye, hogy a 13,6 kg-os ACES-ből cirka 5,4 kg-os lett a Boeing könnyített megoldása – csak ezen egyenként 8,6 kg-ot spóroltak. Nem tűnik soknak, de ha csak 4 fős személyzettel is számolunk, az is 34,4 kg-ot jelent, amit máshol lehet "felhasználni".

A Starliner-űrruha...

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!