Исследование архитектуры исследовательских систем - Exploration Systems Architecture Study

Office of Exploration Systems Insignia.png

В Исследование архитектуры исследовательских систем (ESAS) - официальное название крупномасштабного исследования системного уровня, выпущенного Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в ноябре 2005 г. в ответ на обращение президента США Джордж Буш объявление 14 января 2004 г. о своей цели вернуться космонавты к Луна и в конце концов Марс - известный как Видение освоения космоса (и неофициально как «Луна, Марс и за его пределами» в некоторых аэрокосмических кругах, хотя особенности пилотируемой программы «за пределами» остаются неясными). В Программа Созвездие был отменен в 2010 г. Администрация Обамы и заменен на Программа Artemis в 2017 году под Администрация Трампа.

Объем

Администратор НАСА Майкл Гриффин заказал ряд изменений в первоначально запланированном Машина для исследования экипажа (сейчас же Орион MPCV ) стратегия приобретения, разработанная его предшественником Шон О'Киф. В планах Гриффина предпочтение было отдано проекту, который он разработал как часть исследования для Планетарного общества, а не предыдущим планам по созданию Машина для исследования экипажа разработан параллельно двумя соревнующимися командами. Эти изменения были предложены во внутреннем исследовании под названием Исследование архитектуры исследовательских систем,[1] результаты которого были официально представлены во время пресс-конференция проходил в штаб-квартире НАСА в Вашингтон, округ Колумбия. 19 сентября 2005 г.

ESAS включал ряд рекомендаций по ускорению разработки CEV и внедрению Проект Созвездие, включая стратегии выполнения пилотируемых полетов CEV еще в 2012 г. и методы обслуживания Международная космическая станция (ISS) без использования Космический шатл,[2] с использованием грузовых версий CEV.

Изначально планировалось выпустить 25 июля 2005 г., после миссии "Return to Flight". Открытие, выпуск ESAS был отложен до 19 сентября, как сообщается, из-за плохой оценки презентации плана и некоторого сопротивления со стороны Управление управления и бюджета.[2]

Система запуска на базе шаттла

Первоначальные «стратегии закупок» CEV при Шоне О’Кифе предполагали две «фазы» проектирования CEV. Предложения, представленные в мае 2005 года, должны были стать частью этапа 1 проектирования CEV, за которым должен был последовать орбитальный или суборбитальный полет космического корабля-демонстратора технологий под названием FAST в 2008 году. Выберите одного подрядчика для этапа 2 программы произошло бы позже в том же году. Первый пилотируемый полет CEV состоится не раньше 2014 года. Согласно первоначальному плану, одобренному бывшим администратором НАСА Шоном О'Кифом, CEV должен был запускаться на Усовершенствованная расходуемая ракета-носитель (EELV), а именно Боинг Дельта IV Тяжелый или же Локхид Мартин Атлас V Тяжелые EELV.

Однако со сменой администраторов НАСА Майк Гриффин отменил этот график, посчитав его неприемлемо медленным, и в начале 2006 года перешел непосредственно к Фазе 2. Он заказал 60-дневное внутреннее исследование для повторного анализа концепций - теперь известный как ESAS, который выступал за запуск CEV на космическая ракета-носитель. Кроме того, Гриффин планировал ускорить или иным образом изменить ряд аспектов первоначального плана, выпущенного в прошлом году.[когда? ]. Вместо взлета CEV в 2008 году НАСА перешло бы к этапу 2 программы CEV в 2006 году, при этом полеты CEV должны были начаться уже в июне 2011 года.[нужна цитата ]

ESAS призвал к разработке двух ракет-носителей на основе шаттлов для поддержки теперь несуществующий Программа Созвездие;[3] один получен из космического челнока твердотопливный ракетный ускоритель который станет сейчас отмененным Арес I для запуска CEV, а также линейной большегрузной машины с использованием SRB и шаттла внешний бак для запуска этапа отправления с Земли и модуля доступа к поверхности Луны, известного как Арес V (этот дизайн был повторно использован для Система космического запуска ). Производительность ракеты-носителя с грузовым челноком (SDLV) составит от 125 до 130 метрических тонн на Низкая околоземная орбита (ЛЕО). SDLV позволит получить гораздо большую полезную нагрузку на запуск, чем вариант EELV.

Сравнение Сатурн V, Космический шатл, а три Ракеты-носители челночного типа (SDLV).

Экипаж будет запущен в CEV поверх пятисегментной производной от Shuttle. Твердотопливный ракетный ускоритель и новый разгонный блок на жидком топливе на базе внешнего бака шаттла. Первоначально для питания от одной одноразовой версии Главный двигатель космического челнока, позже он был изменен на модернизированную и улучшенную версию J-2 ракетный двигатель (известный как J-2 X) используется на S-IVB верхние ступени, используемые на Сатурн IB и Сатурн V ракеты. Этот ускоритель сможет выводить на низкую околоземную орбиту до 25 тонн. Ракета-носитель будет использовать компоненты, которые уже прошли проверку человеком.[нужна цитата ]

Cargo будет запускаться на тяжелонагруженной версии Space Shuttle, которая будет «линейным» ускорителем, который будет устанавливать полезную нагрузку поверх ракеты-носителя. В линейном варианте изначально было пять одноразовых версий SSMEs на основной стадии, но позже был изменен на пять RS-68 ракетные двигатели (в настоящее время используются на Дельта IV Тяжелый ракета), с большей тягой и меньшей стоимостью, что потребовало небольшого увеличения габаритного диаметра активной зоны. Два увеличенных пятисегментных БРП помогут двигателям РС-68 приводить в движение вторую ступень ракеты, известную как Стадия отправления с Земли (EDS) и полезную нагрузку в LEO. Он мог поднять около 125 тонн на НОО, а стоимость запуска оценивалась в 540 миллионов долларов.

Инфраструктура на Космический центр Кеннеди, в том числе Здание сборки автомобилей (VAB) и пусковые площадки Shuttle LC-39A и 39B был поддержан и адаптирован к потребностям будущей гигантской ракеты-носителя. Новая площадка LC-39C была позже сконструирована для поддержки малых ракет-носителей с возможностью создания LC-39D или возрождения прежних. LC-34 или же LC-37A колодки поблизости Мыс Канаверал База ВВС использовался спутником Saturn IB для ранних орбитальных миссий Аполлона.[нужна цитата ]

Конфигурация CEV

ESAS рекомендовал стратегии для пилотируемых CEV к 2014 году и одобрил Свидание на лунной орбите приближение к Луне. Версии CEV на низкоорбитальной орбите будут доставлять на МКС от четырех до шести экипажей. Лунная версия CEV будет иметь экипаж из четырех человек, а Mars CEV - шесть. Груз также мог перевозиться на беспилотной версии CEV, аналогичной российской. Прогресс грузовые суда. Локхид Мартин был выбран НАСА в качестве подрядчика CEV. Этот автомобиль в конечном итоге стал Орион MPCV с первым полетом в 2014 г. (EFT-1 ), его первый полет с экипажем в 2022 году (Артемида 2 ), и первый полет на Луну в 2024 году (Артемида 3 ). Только одна версия корабля была сконструирована для поддержки полетов в дальний космос с передачей экипажа МКС. Программа коммерческого экипажа.

Модуль повторного входа CEV будет весить около 12 тонн - почти в два раза больше, чем командный модуль Apollo - и, как и Apollo, будет присоединен к служебному модулю для жизнеобеспечения и движения (Европейский сервисный модуль ). CEV будет похожей на Аполлона капсулой с Викинг -тип тепловой экран, а не подъемное тело или же крылатый Автомобиль вроде был Шаттл. Он приземлится на сушу, а не на воду, как русский Космический корабль Союз. Это было бы изменено на приводнение только для экономии веса, CST-100 Starliner будет первым космическим кораблем США, который приземлится на суше. Возможные районы посадки, которые были идентифицированы, включали База ВВС Эдвардс, Калифорния, Карсон Флэтс (Карсон Раковина[4]), Невада и окрестности Мозес Лейк, Вашингтон государственный. Приземление на западном побережье позволит преодолеть большую часть пути входа в атмосферу. Тихий океан а не населенные пункты. CEV будет использовать абляционный (аполлоноподобный) тепловой экран, который будет выбрасываться после каждого использования, а сам CEV можно будет повторно использовать примерно 10 раз.

Ускоренная разработка лунных миссий должна была начаться к 2010 году, когда «Шаттл» уйдет в отставку. Модуль доступа к лунной поверхности, который позже будет известен как Альтаир, и бустер для тяжелых условий эксплуатации (Арес V ) будут разрабатываться параллельно, и оба будут готовы к полету к 2018 году. Конечная цель заключалась в том, чтобы совершить посадку на Луну к 2020 году. Программа Artemis сейчас нацеливается на посадку на Луну в 2024 году. LSAM будет намного больше, чем Лунный модуль Аполлона и будет способен перевозить до 23 тонн груза на поверхность Луны для поддержки лунного форпоста.

Как и Apollo LM, LSAM будет включать ступень спуска для посадки и ступень подъема для возврата на орбиту. Экипаж из четырех человек будет проходить этап восхождения. Этап восхождения будет приводиться в движение метан /кислород топливо для возвращения на лунную орбиту (позже заменено на жидкий водород и жидкий кислород в связи с появлением ракетных двигателей на основе кислорода и метана). Это позволит использовать производную от того же посадочного модуля в более поздних полетах на Марс, где метановое топливо может быть произведено из марсианской почвы с помощью процесса, известного как Использование ресурсов на месте (ISRU). LSAM будет поддерживать экипаж из четырех человек на поверхности Луны около недели и будет использовать передовые передвижные аппараты для исследования поверхности Луны. Огромное количество груза, перевозимого LSAM, было бы чрезвычайно полезно для поддержки лунной базы и для доставки большого количества научного оборудования на поверхность Луны. Artemis будет использовать отдельно запускаемые посадочные модули под Программа CLPS для доставки вспомогательного оборудования для лунных застав.

Профиль лунной миссии

Профиль лунной миссии представлял собой комбинацию сближение с околоземной орбитой и рандеву на лунной орбите (LOR) подход. Во-первых, LSAM и EDS будет запущен на тяжеловесном транспортном средстве на базе шаттла (Арес V ). EDS будет производной от S-IVB верхняя ступень, используемая на Сатурн V ракета и будет использовать одну J-2X двигатель, аналогичный тому, что используется на бустере SRB[нужна цитата ] (Изначально предполагалось использовать два двигателя J-2X, но двигатели RS-68 для основной ступени позволят НАСА использовать только один). Затем экипаж будет запущен в CEV на ускорителе SRB (Арес I ), а CEV и LSAM состыковываются на околоземной орбите. Затем EDS отправит комплекс на Луну. LSAM выведет комплекс на лунную орбиту (аналогично Блок D ракета на провалившейся Советский лунный выстрел попытка в 1960-х и 1970-х годах), где четыре астронавта поднялись на борт LSAM для спуска на поверхность Луны в течение недели исследований. Часть LSAM можно было оставить с грузом, чтобы начать создание долгосрочной заставы.

И LSAM, и лунный CEV будут нести экипаж из четырех человек. Вся команда спустится на поверхность Луны, оставив CEV незанятым.[5] По прошествии времени на поверхности Луны экипаж вернется на лунную орбиту на этапе всплытия LSAM. LSAM будет стыковаться с CEV. Экипаж вернется в CEV и выбросит LSAM, а затем двигатель CEV направит команду на Землю. Затем, как и в случае с «Аполлоном», служебный модуль будет сброшен, и CEV будет спускаться для посадки с помощью системы из трех парашютов.

В конечном итоге Лунный форпост, спонсируемый НАСА будет построен, возможно, около южного полюса Луны. Но это решение еще не было принято и будет зависеть от потенциального международного и коммерческого участия в геологоразведочном проекте. В Программа Artemis надеется создать к 2028 году небольшой международный лунный форпост[нужна цитата ]

Продление на Марс

Использование масштабируемых CEV и посадочного модуля с двигателями, работающими на метане, означало, что на Луне можно было провести полноценное тестирование оборудования для миссий на Марс. Возможные миссии на Марс начнут подробно планироваться примерно в 2020 году и будут включать использование лунного ISRU, а также будут "классом соединения", что означает, что вместо выполнения Венера Облетев и проведя 20–40 дней на поверхности Марса, команда отправится прямо на Марс и обратно и проведет около 500–600 дней, исследуя Марс.

Расходы

ESAS оценило стоимость пилотируемой лунной программы до 2025 года в 217 миллиардов долларов, что всего на 7 миллиардов долларов больше, чем текущий прогнозируемый бюджет НАСА на исследования на этот период.

Первоначально говорилось, что предложение ESAS достижимо, используя только существующее финансирование НАСА, без значительных сокращений других программ НАСА, однако вскоре стало очевидно, что требуется гораздо больше денег. Сторонники Constellation увидели в этом оправдание для скорейшего прекращения программы Shuttle, и НАСА реализовало план по прекращению поддержки как Shuttle, так и МКС в 2010 году. Это было примерно на 10 лет раньше, чем планировалось для обеих программ, поэтому необходимо учитывать значительный разрез. Это вызвало серьезные возражения со стороны международных партнеров по поводу того, что США не выполняют свои обязательства, и опасения в Конгрессе, что инвестиции в ISS будут потрачены впустую.

Критика

Смотрите также: Ракета-носитель, созданная с помощью челнока § Критика

Начиная с апреля 2006 г. высказывались критические замечания по поводу выполнимости первоначального исследования ESAS. В основном они были связаны с использованием метано-кислородного топлива. Первоначально НАСА искало эту комбинацию, потому что она могла быть «добыта» на месте из лунной или марсианской почвы - что-то, что могло бы быть потенциально полезным в миссиях к этим небесным телам. Однако технология относительно новая и еще не проверена. Это значительно увеличило бы время проекта и значительный вес системы. В июле 2006 года НАСА отреагировало на эту критику, изменив план на традиционные виды ракетного топлива (жидкий водород и кислород для LSAM и гиперголики для CEV). Это снизило вес и сократило сроки проекта.[6]

Однако основная критика ESAS была основана на его оценках безопасности и стоимости. Авторы использовали частоту отказов при запуске Titan III и IV как оценку интенсивности отказов Delta IV Heavy. Титан сочетал в себе ступень активной зоны, полученную от ранней межконтинентальной баллистической ракеты, с крупными сегментированными твердотопливными ускорителями и разработанную ранее верхнюю ступень на водородном топливе. Это была сложная машина с относительно высокой частотой отказов. Напротив, Delta IV Heavy имела конструкцию «с чистого листа», все еще находившуюся на вооружении, и использовала только жидкое топливо. Напротив, частота отказов шаттла SRB использовалась для оценки частоты отказов Ares I, однако учитывались только запуски после потери Challenger, и каждый запуск шаттла считался двумя успешными запусками Ares, хотя Челночные SRB не включают системы наведения или управления креном.

Delta IV в настоящее время запускается с комплекса 37 военно-воздушных сил на мысе Канаверал, и производитель, United Launch Alliance, предложил начать полеты людей оттуда. Однако при оценке затрат ESAS предположил, что все конкурирующие конструкции должны быть запущены из стартового комплекса 39, и что здание сборки транспортных средств, мобильные пусковые платформы и площадки A и B должны быть модифицированы для их соответствия. Объекты LC-39 намного больше, сложнее, старше и дороже в обслуживании, чем современные объекты Комплекса 37, и совершенно не подходят для Delta, которая интегрирована горизонтально и транспортируется без топлива. Это предположение не было обосновано в отчете и значительно увеличило расчетные эксплуатационные расходы Delta IV. Наконец, решение 2011 года добавить беспилотный тест Orion на Delta IV явно противоречит заключению ESAS о том, что это было невозможно.

Обзор Комитета США по планам полетов человека в космос

Основная статья: Обзор Комитета США по планам полетов человека в космос

В Обзор Комитета США по планам полетов человека в космос (также известный как Комитет HSF, Комиссия Августина, или же Комитет Августина) была группой, созванной НАСА по просьбе Управление научно-технической политики (OSTP), чтобы рассмотреть полет человека в космос планирует обеспечить «энергичный и устойчивый путь к достижению своих самых смелых устремлений в космосе». Обзор был объявлен OSTP 7 мая 2009 г. Он охватывал варианты пилотируемых космических полетов после того, как НАСА планировало списать Космический шатл. Сводный отчет предоставлен директору ОСТП. Джон Холдрен, Управление научно-технической политики Белого дома (OSTP) и Администратор НАСА 8 сентября 2009 г. Ориентировочная стоимость, связанная с проверкой, должна была составить 3 миллиона долларов США. Планировалось, что комитет будет работать 180 дней; отчет был выпущен 22 октября 2009 г.

Комитет судил 9-летнего Программа Созвездие быть настолько отстающим от графика, недофинансированным и превышающим бюджет, что достижение каких-либо целей было бы невозможным. Президент Обама удалил программу из бюджета 2010 года, фактически отменив программу. Один из компонентов программы - Капсула экипажа Орион был добавлен обратно в планы, но в качестве спасательной машины в дополнение к российскому Союз при возвращении экипажей станции на Землю в случае возникновения аварийной ситуации.

Предлагаемая «конечная цель» полета человека в космос, по-видимому, требует двух основных целей: (1) физическая устойчивость и (2) экономическая устойчивость. Комитет добавляет третью цель: достижение ключевых национальных целей. Они могут включать международное сотрудничество, развитие новых отраслей промышленности, энергетическую независимость, уменьшение изменения климата, национальный престиж и т. Д. Следовательно, идеальное место назначения должно содержать ресурсы, такие как вода для поддержания жизни (также обеспечивая кислород для дыхания и водород для соединения с кислородом для ракетное топливо), а также драгоценные и промышленные металлы и другие ресурсы, которые могут иметь ценность для космического строительства и, возможно, в некоторых случаях стоит возвращать на Землю (например, см. добыча астероидов ).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Закупка экипажа для разведки». НАСА. Архивировано из оригинал на 2008-04-03. Получено 2008-03-26.
  2. ^ а б «НАСА изучает беспилотное решение для завершения космической станции по мере роста затрат на полет». spaceref.com. Получено 2008-03-26.
  3. ^ «НАСА планирует построить две новые ракеты-носители на базе шаттлов». spaceref.com. Получено 2008-03-26.
  4. ^ «Анализ погоды в месте посадки на поверхности для программы НАСА по созвездию» (PDF). Получено 2011-06-24.
  5. ^ «Примечания к конференции и выставке AIAA Space 2005» (PDF). НАСА. Архивировано из оригинал (PDF) на 2005-09-08. Получено 2008-03-26.
  6. ^ «НАСА вносит серьезные изменения в конструкцию CEV». nasaspaceflight.com. Архивировано из оригинал на 2008-02-03. Получено 2008-03-26.

внешняя ссылка