Obama Budget Scraps NASA Mondplan für '21. Jahrhundert Raumfahrtprogramm'

Die ersten Antriebsarbeiten zur Unterstützung des Auftrags der NASA, zum Mond zurückzukehren und sich auf den Mars zu begeben, werden sich in erster Linie auf die Anpassung von Raumfährsystemen und die Entwicklung von methanbetriebenen Triebwerken konzentrieren, eine Technologie, mit der die Vereinigten Staaten wenig Erfahrung haben.

Die Space-Shuttle-Hauptmaschine und Feststoffraketen sind die Grundlage für zwei neue Trägerraketen, die die NASA entwickeln will: eine für die Astronautentransportkapsel, die als Crew Exploration Vehicle (CEV) bekannt ist, und ein Heavy Lifter für Mondladungen. Wie derzeit angenommen, würden die CEV und andere Elemente der Mond- und Mars-Explorationsarchitektur auf Motoren angewiesen sein, die mit einer Mischung aus flüssigem Sauerstoff und Methan betrieben werden, sagten NASA-Beamte.

Mit einer Mischung aus alter und neuer Technologie werde die NASA die Risiken bei der Entwicklung von Antriebssystemen begrenzen, sagte Steve Cook, stellvertretender Direktor für Weltraumtransporte am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama. Marshall ist verantwortlich für die Entwicklung der Raketen der NASA müssen bis 2018 zum Mond zurückkehren und auf den Mars gehen.

"Historisch gesehen haben wir, wenn wir in ein Programm wie dieses gegangen sind, Motorentwicklungen gehabt, die auf Anhieb beginnen", sagte Cook. "Stattdessen sagen wir," konzentrieren wir unsere neue Antriebsentwicklung auf viel kleinere Anstrengungen. Lassen Sie uns auch Pläne sichern, falls es nicht klappt. ' Es ist ein ausgewogenes Risiko gegen Belohnung, das wir hier angelegt haben. "

Der Antriebsplan der NASA spricht auch die Notwendigkeit an, die Arbeitskraft des Shuttleantriebs intakt zu halten, bis der letzte Shuttle-Orbiter geflogen ist.

Neues Leben atmen

Die Strategie der NASA lobte das Unternehmen, das am meisten von der geplanten Vortriebsarbeit der NASA profitieren wird.

"Die ganze Initiative, die der NASA-Administrator Mike Griffin seit seiner Übernahme eingeführt hat, haucht der Antriebsindustrie neues Leben ein", sagte Byron Wood, President von Pratt & Whitney Rocketdyne aus Chatsworth, Kalifornien, der dominierende US-Hersteller von Flüssigtreibstoffraketen Motoren. "Bevor wir irgendwie in den Ausgehmodus gingen."

Wood fügte hinzu, dass der Schwerpunkt der NASA auf Erbe-Systemen Pratt & Whitney Rocketdyne unter anderem helfen wird, ein sicheres Ausfliegen des Space-Shuttle-Manifests sicherzustellen.

"Ich denke, [Griffin] hat ein Konzept entwickelt, das hilft, die Fähigkeiten zu erhalten, indem man die Vorteile des Shuttle-Programms ausnutzt und an das neue Programm anpasst, so dass Sie der bestehenden [Belegschaft] eine Zukunft geben und ihre jahrelange Erfahrung nutzen können um die Zukunft zu einem Erfolg zu machen. "

Die NASA hofft, bis zum Jahr 2012 das 25-Tonnen-schwere CEV und seine Trägerrakete, das so genannte Crew Launch Vehicle, aufstellen zu können, um das internationale Raumstationsprogramm zu unterstützen. Die Rakete basiert auf dem von ATK Thiokol aus Brigham City, Utah, gebauten Space-Shuttle-Feststoffraketentriebwerk und nutzt eine Variante des Space-Shuttle-Haupttriebwerks als Oberstufe.

Dieser Trägerrakete würde ab 2018 auch für Mondmissionen eingesetzt werden und die CEV in eine niedrige Erdumlaufbahn bringen, um sich mit einer Earth Departure Stage und Lunar Lander zu treffen, die beide auf einem Schwerlastfrachtfahrzeug starten würden. Die Heavy-Lift-Rakete, die die NASA voraussichtlich ab 2011 entwickeln wird, soll von zwei Space-Shuttle-Feststoffboostern und einem Cluster von fünf Space-Shuttle-Haupttriebwerken angetrieben werden.

Fortschrittlicher Methan-Antrieb

Die neuen methanbetriebenen Motoren würden verwendet werden, um die CEV und die Aufstiegsstufe der Mondlande anzutreiben. Die NASA sieht vor, Methan-betriebene Technologie sowohl für die Hauptmanövriermaschinen als auch für Einstellungs- und Reaktionskontrolldüsen an der CEV zu verwenden.

Cook sagte, die NASA beabsichtigt, vor dem Jahresende eine fortgeschrittene Entwicklung für Methanantrieb zu initiieren. Die Anstrengung, sagte er, würde vom Glenn Research Center der NASA in Cleveland laufen. Nach Angaben der Industrie wird Glenn in den kommenden Wochen voraussichtlich einen Entwurf für eine Projektanfrage für die Methanforschung vorlegen.

Cook, der für den Launch-Vehicle-Teil des kürzlich vorgestellten NASA-Explorationsplans zuständig war, sagte, dass die Entscheidung der NASA, einen druckbetriebenen Methan-Motor zu entwickeln, durch einen Blick darauf getrieben würde, was für bemannte Mars-Missionen benötigt würde. Während Methan ein weniger effizientes Treibmittel ist als flüssiger Wasserstoff, ist es einfacher, über weite Strecken zu lagern und ist auf dem Mars leicht verfügbar, was es der NASA ermöglicht, den zukünftigen Treibstoffbedarf durch Nutzung der Ressourcen des Mars zu decken.

Darüber hinaus sieht die NASA den Mond als Testfeld für Systeme, die zur Erforschung des Mars benötigt werden.

Die Vereinigten Staaten haben nie einen mit Methan betriebenen Motor geflogen, sagte Cook, habe aber Methan-Treibmittel im Laufe der Jahre genau genug untersucht, um zu wissen, dass dies möglich ist. Ein Teil dieser Arbeit wurde von den großen amerikanischen Antriebshäusern erledigt.

'Erreichbare' Engine

Sowohl Pratt & Whitney Rocketdyne als auch ihr Hauptkonkurrent GenCorp Aerojet aus Sacramento, Kalifornien, sind an der Entwicklung von Methanmotoren interessiert.

Jim Long, Leiter der Geschäftsentwicklung von Aerojet, sagte, der schwierige Teil von Methan-Motoren habe in erster Linie mit der Lagerung und Handhabung des Treibstoffs zu tun.

"Wir glauben, dass aus technischer Sicht ein [Flüssigsauerstoff] -Methan-Motor mit dem größten Risiko, Kosten und Zeitplan zu erreichen, erreicht werden kann", sagte Long. "Der größte Teil des technischen Risikos liegt im Tank- und Zuführsystem."

Wood sagte, dass die NASA mehr Anleitung für das Methan-betriebene Antriebssystem benötigt, aber diese Industrie ist der Aufgabe gewachsen. "Wir arbeiten seit 40 Jahren mit Methan und reden über Methan", sagte Wood. "Es wurde noch nie ein Motor produziert, der mit Methan betrieben wird."

Pratt & Whitney Rocketdyne und Aerojet werden wahrscheinlich mit mindestens zwei kleinen Emporkömmlingen konkurrieren, die an der Methan-Triebwerkstechnologie arbeiten: XCOR Aerospace aus Mojave, Kalifornien, und Orion Propulsion aus Madison, Ala.

"Wir haben es seit etwa zwei Jahren sowohl für den Hilfsantrieb als auch für den Hauptantrieb sehr ernst genommen", sagte XCOR-Präsident Jeff Greason. "Wir haben uns dafür interessiert, als wir eine Designstudie für [die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency] auf einer kostengünstigen oberen Stufe durchführten."

Greason sagte, dass XCOR Ende letzten Jahres beschlossen hatte, ein kleines mit Methan betriebenes Triebwerk zu bauen und zu testen "auf unserem eigenen Groschen, um etwas Erfahrung mit dem Treibstoff zu sammeln". XCOR rechnet damit, Anfang 2006 mit dem Test des kleinen Triebwerks beginnen zu können, sagte er.

XCOR hat der NASA im vergangenen Jahr einen Vorschlag zur Entwicklung, zum Bau und zur Erprobung eines variablen Schub-Flüssig-Sauerstoff-Methan-Motors mit 10.000 bis 15.000 Pfund vorgelegt. Die NASA beauftragte XCOR mit einem separaten Vorschlag für den Bau und den Test eines Komposittanks für kryogene Kraftstoffe, gab aber den Methanmotor-Vorschlag weiter.

Orion Propulsion hat unterdessen in einem Marshall-Vertrag auf Komponentenebene an kleinen Methan-Triebwerken gearbeitet, heißt es in einer Pressemitteilung des Unternehmens.

In Anbetracht der Tatsache, dass der Methan-Motor mit den üblichen technischen und planmäßigen Risiken behaftet ist, hat die NASA beschlossen, ein hypergolisches System als Backup einzusetzen. Hypergolische Kraftstoffe, wie Hydrazin, wurden während des Apollo-Programms verwendet und werden immer noch von dem Space Shuttle für das Manövrieren im Weltraum verwendet. Hypergolische Treibmittel sind jedoch nicht die wirksamsten Treibmittel und sind extrem toxisch, was umständliche und kostspielige Handhabungsverfahren erfordert.

Oberstufe Arbeit

Weiter oben auf der NASA-Liste der kurzfristigen Antriebsbedürfnisse, Cook sagte, ist eine Oberstufe Motor für die Crew Launch Vehicle. Anstatt einen neuen Motor zu entwerfen, verlangt der NASA-Plan, dass die Space-Shuttle-Hauptmaschine so modifiziert wird, dass sie in der Luft und nicht am Boden startet.

Auch hier wurde die Entscheidung der NASA mit Blick auf die Zukunft getroffen. Die NASA beabsichtigt, einen Cluster aus fünf Space-Shuttle-Haupttriebwerken zu verwenden, um die Hauptbühne ihrer schweren Rakete anzutreiben. "Da das erst 2011 beginnen wird", sagte Cook, benutze die Shuttle-Motoren für das Crew Launch Vehicle "hält die [Space Shuttle Main Engine] Linie bis dahin".

Cook sagte, er erwarte, dass das Startprogramm des Space-Shuttle-Hauptmotors bis Ende des Jahres im Komponenten-Test sein wird. Größere Tests würden im Stennis Space Center in Mississippi beginnen "etwa ein Jahr später".

"Das ganze Programm ist über eine dreijährige Anstrengung", sagte er.

Wood sagte, dass die Anpassung der Space-Shuttle-Hauptmaschine, um als obere Stufe des Crew Launch Vehicle zu dienen, "eine sehr machbare Sache" sei. Er sagte, dass das Unternehmen in den frühen 1990er Jahren genau hinsah, was es braucht, um den Motor im Flug zu starten.

"Die Tests, die wir damals durchgeführt haben, deuteten darauf hin, dass es keine große Hürde für die [Space Shuttle-Hauptmaschine] sein würde, zu erreichen", sagte Wood. "Aber es geht darum, zu beginnen und Zeit zu haben, das Verifizierungstestprogramm durchzuführen, um alle zufriedenzustellen, dass es die Missionsanforderungen erfüllen kann."

Wood sagte, dass die Space-Shuttle-Haupttriebwerke, die die NASA heute fliegt, für das Crew Launch Vehicle verwendet werden könnten, sobald das Shuttle-Programm abgeschlossen ist.

"Wenn das Shuttle in Rente geht, kann ich sofort das Motorvermögen aus dem Shuttle-Programm nehmen und mit diesen Fahrzeugen fliegen", sagte Wood.

Die NASA hat 12 komplette Motoren im Kennedy Space Center in Florida, sagte Wood. Darüber hinaus hat die Agentur mehrere Testartikel und ältere Varianten der Motoren, und diese plus Hardware, die bei Pratt & Whitney Rocketdyne verfügbar ist, könnten bis zu 30 Motoren liefern, die relativ schnell zur Unterstützung der Explorationsarbeiten zusammengebaut werden könnten, sagte er .

Die NASA muss auch einige Modifikationen an dem Vier-Segment-Feststoffraketenverstärker vornehmen, der die Hauptbühne des Crew Launch Vehicle bildet. ATK Thiokol sagt, dass die erforderlichen Änderungen geringfügig sind.

Michael Kahn, ATK Thiokol Vize-Präsident von Space Launch Systems, sagte, dass die einzig erwarteten Änderungen mit dem Unterschied zwischen der Trennung der Booster vom Shuttle-Orbiter - sie fallen zur Seite - und der Art und Weise, wie sie sich trennen werden, zu tun haben die obere Stufe des Crew Launch Vehicles. Er sagte, dass es einige Änderungen am hinteren Rock des Verstärkers geben muss.

Er sagte auch, dass Thiokol das vorhandene Fallschirmsystem des Boosters genau unter die Lupe nehmen müsse, da die Booster bei der Verwendung für das Crew Launch Vehicle weiter und schneller fallen würden als bei der Verwendung für das Shuttle.

Das Schwergutfahrzeug NASA verlangt nach zwei Fünf-Segment-Feststoffboostern, die einen erheblichen Entwicklungsaufwand erfordern. Kahn sagte, je eher die NASA auf dem Fünf-Segment-Booster startet, desto besser.

Wenn Sie weiter in das nächste Jahrzehnt schauen, braucht die NASA einen Motor für die Earth Departure Stage, die sie einsetzen wird, um das Crew Exploration Vehicle und Lunar Lander auf ihren Weg zum Mond zu schicken. Die NASA beabsichtigt, den J2-S oder einen gleichwertigen Motor zu verwenden. Der von Pratt & Whitney Rocketdyne gebaute J2-S ist eine nie geflogene Variante des Motors, der die zweite und dritte Stufe der Saturn 5-Rakete antrieb.