Menschliche Mission zu einem Asteroiden: Der Orion MPCV

Bereits 2007, als das Konstellationsprogramm zur Rückkehr zum Mond noch das Programm der NASA war, begann eine Gruppe von Lockheed Martin zu untersuchen, wie sie die Orion-Mondkapsel verwenden könnten, um Menschen auf eine Mission zu einem Asteroiden zu schicken. Ursprünglich war dieser Plan – Plymouth Rock genannt – nur eine Studie, um herauszufinden, wie eine Asteroidenmission mit Orion möglicherweise als Ergänzung zur Grundlage der Mondmission von Constellation dienen kann.

Jetzt ist viel mehr daraus geworden.

Dank John O’Connor von NASATech.net können wir Ihnen einige Ansichten des Orion MPCV in den Einrichtungen von Lockheed Martin in Boulder, Colorado, zeigen. Wenn Sie auf die Bilder klicken, werden Sie zur NASATech-Website und zu extrem großen Versionen der Bilder weitergeleitet, in denen Sie schwenken und unglaubliche Details des MPCV und des Gebäudes sehen können.

Nachdem Präsident Obama Constellation im Februar 2010 abgesagt hatte, skizzierte er zwei Monate später, dass er bis 2025 Astronauten zu einem nahe gelegenen Asteroiden schicken und Mitte der 2030er Jahre zum Mars gehen sollte.

Im Mai 2011 bestätigte die NASA, dass das Herzstück dieser Missionen der Orion sein wird – jetzt Orion MultiPurpose Crew Vehicle genannt. Das umfunktionierte Orion-Mondfahrzeug würde jetzt zu einem Asteroiden fahren, genau wie Josh Hopkins und sein Team von Lockheed Martin es sich in ihrer Plymouth Rock-Studie vorgestellt hatten.

Hopkins ist der Principal Investigator für Advanced Human Exploration Missions, ein Team von Ingenieuren, die Pläne und Konzepte für eine Vielzahl zukünftiger menschlicher Explorationsmissionen entwickeln.

„Wenn Sie ein Raumschiff oder eine Hardware nehmen, die für einen Job entwickelt wurde, und versuchen, herauszufinden, wie Sie es für einen anderen Job verwenden können, stellen Sie normalerweise fest, dass all diese Details nicht ganz richtig funktionieren. Hopkins sagte Space Magazine. "Aber wir waren angenehm überrascht, dass diese Mondversion von Orion, als wir sie auf eine Asteroidenmission anwendeten, ein wirklich flexibles und leistungsfähiges Fahrzeug ist und viele Anforderungen für die Mondmission ziemlich gut mit der Asteroidenmission übereinstimmen."

Das Plymouth Rock-Design sah die Verwendung von zwei speziell modifizierten Orion-Raumfahrzeugen vor, die Nase an Nase angedockt waren, um zwei Astronauten, die auf einen Asteroiden zusteuerten, genügend Lebensraum, Antrieb und Lebenserhaltung zu bieten. Die NASA hat jedoch angekündigt, dass das MPCV hauptsächlich für den Start und den Einstieg verwendet wird, während ein größeres Wohnmodul an das MPCV angedockt wird, damit eine vierköpfige Besatzung in den Weltraum reisen kann.

Der Shuttle-Astronaut Tom Jones war vom Plymouth Rock-Konzept beeindruckt, weiß jedoch, dass für eine Reise zu einem Asteroiden ein größeres Begleitfahrzeug benötigt wird. "Plymouth Rock ist der minimalistische Ansatz für eine Asteroidenmission", sagte er. "Dies ist eine Möglichkeit, das Redundanzproblem kurzfristig zu lösen."

Aber selbst die Entwicklung eines Lebensraums im Weltraum könnte eine Frage des Umpackens von Dingen sein, die wir bereits haben. „Das Hab-Modul könnte direkt von dem abgeleitet werden, was wir für die Raumstation getan haben, oder es könnte ein kommerzielles Schlauchboot wie von Bigelow sein, so dass es in den nächsten 10 Jahren von einer kommerziellen Station oder einem Hotel ausprobiert werden könnte Technologie demonstriert werden “, sagte Jones.

"Grundsätzlich besteht der Kompromiss zwischen einem größeren Habitatmodul im Weltraum und dem dualen Orion-Ansatz darin, dass Sie durch einen separaten Habitat mehr Wohnraum und mehr Stauraum haben und das Potenzial besteht, dass es besser für Weltraumspaziergänge geeignet ist", sagte er Hopkins. "Aber dann muss man die Kosten für die Entwicklung dieses Systems investieren."

Hopkins fügte hinzu, dass er und sein Team bei der ersten Konzeption der Plymouth Rock-Mission versuchten, herauszufinden, wie man eine Asteroiden-Mission für so wenig wie möglich durchführt. Die Verwendung von zwei Orions war billiger als die Entwicklung eines Moduls für eine Asteroidenmission.

"Für Plymouth Rock hatten wir die Notwendigkeit dargelegt, die Menge an Nahrung, Wasser, Sauerstoff und Speicher im Raumschiff grundsätzlich zu erhöhen, und ein Teil davon wird durch die Tatsache erreicht, dass zwei Raumschiffe vorhanden sind", sagte Hopkins.

Bis jetzt hat die NASA viele der Anforderungen an das MPCV noch nicht von denen geändert, die sie zuvor für das Mondfahrzeug hatten, und mit der Weiterentwicklung des Missionsdesigns könnte dies auch das MPCV ändern. Aber bis jetzt scheint das Monddesign zu funktionieren, und Hopkins sagte, dass es in Orion bereits mehrere Designmerkmale gibt, die es als Weltraumfahrzeug sehr leistungsfähig machen.

Für Mondmissionen wurde Orion für im Grunde 21 Tage mit einer Besatzung an Bord konzipiert, die von der Erde zum Mond und zurück fährt und eine ungefähr sechsmonatige „Wartezeit“ hat, während sich die Besatzung auf der Mondoberfläche befindet. Dieses Szenario würde für eine Asteroidenmission funktionieren, da ein Flug mit Besatzung zu einem Asteroiden je nach Ziel ungefähr sechs Monate dauern würde.

"In Bezug auf Zuverlässigkeit, Leckrate der Atmosphäre in der Kabine und Schutz vor Strahlung und Mikrometeoriten ist Orion bereits für 6-7-monatige Missionen der Hardware ausgelegt", erklärte Hopkins. "Es ist einfach nicht dafür gedacht, Menschen für diesen langen Zeitraum zu haben."

Orion verfügt eher über Solaranlagen als über Brennstoffzellen wie Apollo, die längere Missionen ermöglichen. Ein weiteres großes Verkaufsargument ist, dass das MPCV beim Aufstieg und Einsteigen zehnmal sicherer ist als sein Vorgänger, das Space Shuttle.

"Die Wiedereintrittsgeschwindigkeiten sind für eine Asteroidenmission nur ein bisschen schneller als für eine Mondmission", sagte Hopkins, "aber das derzeitige Wärmeschutzsystem sollte in der Lage sein, damit umzugehen."

Im Inneren des MPCV befinden sich 9 Kubikmeter bewohnbares Volumen. "Das ist nicht das gesamte unter Druck stehende Volumen der Struktur, sondern der Platz, der nach Computern, Sitzen und Verbrauchsmaterialien übrig bleibt", sagte Hopkins. "Das ist ungefähr doppelt so groß wie ein moderner Personenwagen wie ein Toyota Sienna."

Eine große Herausforderung besteht darin, herauszufinden, wie jeder Winkel und jede Ecke genutzt werden kann, um viele Vorräte auf kleinem Raum zu verpacken, da der Orion als eine Art Lagerraum dienen könnte. "Wir denken, dass es möglich ist", sagte Hopkins. "Wir haben erste Berechnungen durchgeführt, wonach wir eine angemessene Menge an Volumen packen können, aber es wäre eine ziemlich enge Passform, und wir müssen auch über die sekundären Dinge nachdenken, die einbezogen werden müssen, damit die Arbeit noch nicht abgeschlossen ist."

Logistisch gesehen könnte das Orion MPCV sogar die Durchführung einer EVA aus der Luke auf der Kapsel unterstützen.

„Wir haben eine Luke, die groß genug ist, damit ein Astronaut in einem Raumanzug aussteigen kann“, sagte Hopkins. „Die internen Systeme des Raumfahrzeugs sind so ausgelegt, dass die Kabine drucklos wird. Wir sind nicht auf Luftzirkulation angewiesen, um die Wärme von der Elektronik abzuleiten – sie haben ihre eigenen Kühlplatten, um die Wärme abzuleiten. Die Knöpfe sind so konzipiert, dass sie nicht nur mit bloßen Händen, sondern auch mit Raumanzughandschuhen bedient werden können. Viele dieser Funktionen haben sich als ziemlich anwendbar für die Asteroiden-Mission erwiesen, da sie für ähnliche Missionsanforderungen entwickelt wurde. “

Hopkins kennt die Anforderungen und Fähigkeiten des Orion sowie den Lebensraum im Weltraum, der sich je nach Ziel und Zeitachse wahrscheinlich im Laufe der Zeit ändern wird. „Wenn der Plan ist, relativ bald zu den Monden von Mars oder fernen Asteroiden zu gehen, beispielsweise in den späten 2020er oder frühen 2030er Jahren, könnten Sie einen relativ großen, im Weltraum fähigen Lebensraum bauen, weil Sie ihn definitiv für diese benötigen werden weiter entfernte Missionen. Aber wenn die Idee wäre, zu den einfachsten Asteroiden zu gehen, um dies relativ bald zu erreichen, dann könnten Sie sich an ein kleineres, einfacheres Habitatmodul oder vielleicht sogar an den Doppel-Orion-Ansatz halten. “

Wenn das MPCV von einer Mission zu einem Asteroiden zurückkehrt, wird es wahrscheinlich im Pazifik landen. Die NASA hat im Langley Research Center der NASA damit begonnen, das Fahrzeug für Wasserlandungen zu zertifizieren. Ingenieure haben ein 22.000 Pfund schweres MPCV-Modell in das Becken geworfen. Das Testobjekt ähnelt in Größe und Form dem MPCV, ist jedoch steifer, sodass es mehreren Tropfen standhalten kann. Jeder Test hat eine andere Fallgeschwindigkeit, um die möglichen Eintrittsbedingungen des MPCV während der Wasserlandung darzustellen.

Während diese Tests stattfinden und Hopkins und sein Team von Lockheed Martin am Orion MPCV arbeiten und es testen, versucht die NASA immer noch, sich für ein Schwerlast-Startsystem zu entscheiden, das Menschen über die Erdumlaufbahn hinaus bringen kann, und sie haben es nicht genannt Jeder, der das Design einer menschlichen Mission zu einem Asteroiden führt. Die NASA-Website enthält nicht einmal offizielle Informationen über eine menschliche Asteroidenmission. es wird nur "jenseits der Erdumlaufbahn" als nächste Station für Menschen erwähnt.

"Wir sprechen über etwas, das 2025 passieren wird, also haben wir uns noch nicht einmal für ein Raumschiff entschieden", sagte Michael Braukus von der NASA-Direktion für Explorationssysteme per Telefonanruf. "Wir planen die Asteroidenmission. Es ist nur so, dass wir keine Person benannt haben, die für die Asteroidenmission selbst verantwortlich ist. Wir haben das Orion MPCV im Bau und warten auf die Entscheidung für ein Weltraumstartsystem, das die Rakete sein wird, die es in den Weltraum befördern wird, und wir kommen die Straße hinunter, haben aber noch keinen Punkt erreicht wo wir tatsächlich jemanden beauftragt haben, mit der Entwicklung der Mission zu beginnen. “

Dies scheint die derzeit größte Hürde der NASA für eine menschliche Asteroidenmission zu sein: die Entscheidung für das Space Launch System.

Vorheriger Artikel in dieser Reihe: Menschliche Mission zu einem Asteroiden: Warum sollte die NASA gehen?

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