Het Amerikaanse ruimtevaartuig Orion, ook gekend onder de naam ‘Orion Multi-Purpose Crew Vehicle’ (MPCV), moet in de toekomst mensen naar het internationale ruimtestation ISS brengen alsook naar de Maan en verder. Begin december 2014 zal dit nieuwe ruimtevaartuig een eerste keer in de ruimte gebracht worden. Verwacht wordt dat de eerste bemande ruimtevlucht met het Orion ruimtevaartuig pas na 2020 zal plaatsvinden. In dit artikel gaan we dieper in op dit nieuwe ruimtevaartuig, zijn bijhorende superraket en de eerste geplande testvluchten.
Erfstuk uit het Constellation programma
Toen de Amerikaanse president George W. Bush in januari 2004 het Vision for Space Exploration ruimteprogramma voorstelde aan de pers en het grote publiek, werd het meteen duidelijk dat de Verenigde Staten zouden investeren in de ontwikkeling van een nieuw bemand ruimtevaartuig. De ontwikkeling hiervan maakte, net als een Maanlander (Altair) en een bijhorende draagraket (Ares) deel uit van het Constellation programma dat Amerikaanse astronauten naar het ISS, de Maan en verder zou brengen. Het nieuwe bemande ruimtevaartuig kreeg in eerste instantie de naam ‘Crew Exploration Vehicle’ (CEV) en zou de opvolger worden van de Amerikaanse Space Shuttles. Deze werkpaarden van het Amerikaanse ruimtevaartprogramma zouden na het tragische ongeval met het ruimteveer Columbia vanaf juli 2011 definitief aan de grond blijven. Het ontwerp van de Crew Exploration Vehicle week dan ook sterk af van dat van een ruimteveer of ander gevleugeld ruimtevaartuig aangezien het Crew Exploration Vehicle een klassieke konische capsule was die veel gelijkenissen vertoonde met de Apollo ruimtecapsule. Uiteindelijk kreeg het Crew Exploration Vehicle de naam ‘Orion’ waarmee men verwees naar het bekende sterrenbeeld en naar de Apollo 16 Maanlander die in april 1972 twee mensen tot op de Maan bracht. Ondanks het feit dat men al was begonnen aan de ontwikkeling en de bouw van allerlei zaken uit het Constellation programma stelde de Amerikaanse president Barack Obama in 2010 voor om grote delen van het Constellation programma te annuleren. Doordat er veel meer geld nodig was om dit project te realiseren en er niet veel politieke steun meer was, bleek dit een probleem te zijn voor veel Amerikaanse beleidsmakers aangezien de Verenigde Staten op dat moment getroffen werden door een wereldwijde economische crisis. Uiteindelijk werd in 2011 de stekker getrokken uit het Constellation programma en werd de ontwikkeling van de Ares raket stopgezet. Het Orion ruimtevaartuig overleefde het gefaalde Constellation programma en werd omgedoopt tot ‘Multi-Purpose Crew Vehicle’ (MPCV). Veel Amerikanen zien Orion dan ook als de opvolger van de Space Shuttle en hopen dat dit nieuwe ruimtevaartuig de mens verder dan ooit in de ruimte zal brengen.
Ontwerp
Het Orion ruimtevaartuig bestaat uit een Crew Module, een Service Module en een Launch Abort System. Het principe achter deze configuratie werd ook al gebruikt ten tijde van het Apollo Maanprogramma. De Crew Module, die gebouwd wordt door het Amerikaanse lucht- en ruimtevaartbedrijf Lockheed Martin, biedt plaats aan vier tot zes ruimtevaarders en heeft het ontwerp van een klassieke konische ruimtecapsule. Deze capsule heeft onderaan een diameter van vijf meter, een gewicht van 8,5 ton en beschikt over een onder druk gebrachte leefruimte van 8,9 kubieke meter. Ter vergelijking: de Apollo ruimtecapsule had een onder druk gebrachte leefruimte van slechts 5,9 kubieke meter. In tegenstelling tot de Apollo ruimtecapsules, die begin de jaren ’60 werden ontworpen, beschikt de Orion Crew Module wel over een automatische koppelingssysteem waarmee het ruimtevaartuig zich kan vasthechten aan andere ruimtetuigen zoals het ISS. Daarnaast bevindt zich aan boord van deze capsule ook een klein toilet, dat ook al werd gebruikt aan boord van de ruimteveren, en bestaat het besturingsgedeelte uit een zogheten ‘glass cockpit’ dat gebruik maakt van digitale displays, LCD schermen en computers. Onderaan de Crew Module bevindt zich een hitteschild dat de warmte moet opvangen dat door het samenpersen van de lucht voor de inkomende capsule wordt veroorzaakt tijdens de terugkeer in de atmosfeer van de Aarde. Het is het grootste hitteschild dat ooit door Lockheed Martin en NASA werd gebouwd. Het hitteschild moet temperaturen aankunnen tot ongeveer 2 200° Celsius en bestaat uit één enkel naadloos stuk AVCOAT dat ook al ten tijde van het Apollo Maanprogramma werd gebruikt. Na de terugkeer in de atmosfeer zal de Orion Crew Module drie grote parachutes gebruiken om snelheid te minderen waarna het ruimtevaartuig zal landen in zee. Het systeem werd ook zo ontworpen dat de astronauten veilig kunnen landen in zee wanneer één van de drie parachutes zich niet zou openvouwen.
De Orion Crew Module wordt klaargemaakt voor zijn eerste testvlucht - Foto: NASA
Onderaan de Crew Module en het hitteschild bevindt zich de bijhorende Orion Service Module. In dit belangrijke compartiment bevinden zich alle energie- en propulsiesystemen die men nodig heeft voor een bemande ruimtevlucht. Zo kan men de baan en de koers van het ruimtevaartuig in de ruimte wijzigen dankzij raketmotoren aan boord van de Service Module. In mei 2011 maakte de directeur van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA bekend dat NASA met ESA zou samenwerken voor de ontwikkeling van de Orion Service Module waarvan het ontwerp zou lijken op dat van de propulsiemodule van de Europese Automated Transfer Vehicle (ATV). Het Europese bedrijf Astrium onderzocht vervolgens de mogelijkheden om zoveel mogelijk technologie van de Europese ATV te gebruiken voor de Amerikaanse Orion Service Module. Uiteindelijk besliste ESA eind 2012 dat het een ATV propulsiemodule zou ombouwen als Orion Service Module die men dan zou gebruiken voor een cruciale testvlucht met het Orion ruimtevaartuig in 2017.
Het Launch Abort System (LAS) voor de Orion ruimtecapsule is het cruciale overlevingssysteem voor de astronauten wanneer zich tijdens de lancering een ernstig probleem zou voordoen. Zo stuwt het Launch Abort System met behulp van vier stuwraketten de Crew Module tijdens een lancering weg van de Service Module en de draagraket zodat de bemanning in veiligheid kan worden gebracht. Uiteindelijk zal de Crew Capsule terug op Aarde landen met behulp van een parachute. Een dergelijk systeem wordt vandaag de dag ook gebruikt tijdens lanceringen van bemande Russische Sojoez ruimtevaartuigen. Wanneer er zich tijdens een lancering geen probleem voordoet, wordt het Launch Abort System zoals voorzien afgeworpen eenmaal de Orion ruimtecapsule zich in een baan om de Aarde bevindt. Het Launch Abort System wordt ontwikkeld door het Amerikaanse ruimtevaartbedrijf Orbital Sciences Corporation dat bedrijven als Alliant Techsystems (ATK) en Aerojet onder de arm nam als onderaannemers voor de ontwikkeling van de stuwraketten.
Nieuwe superraket
Om met het Orion Multi-Purpose Crew Vehicle mensen naar het ISS, de Maan of zelfs verder te brengen, heeft men ook een nieuwe superraket nodig. Ten tijde van het Apollo Maanprogramma ontwikkelden de Verenigde Staten hiervoor speciaal de Saturn V draagraket die de astronauten op weg bracht naar de Maan. Na het stopzetten van het Constellation programma en de bijhorende Ares raket besloot NASA in september 2011 het Space Launch System te ontwikkelen. Dit nieuwe lanceersysteem bestaat uit een superraket in verschillende variaties waarin enkele elementen uit het Space Shuttle programma, zoals de Solid Rocket Boosters (SRB) en de hoofdmotoren, verwerkt worden. In zijn lichtste variant bestaat het SLS uit een centrale rakettrap die een diameter heeft van acht meter met daaraan twee boosterraketten bevestigd. Bovenop de centrale trap kan men, naar gelang de ruimtemissie, verschillende soorten ‘upper stages’ bevestigen. Terwijl de lichtste variant van het SLS vrachten tot 70 ton in de ruimte kan brengen zal de zwaarste variant 130 tot in een baan om de Aarde kunnen brengen. Ter vergelijking: de Space Shuttles konden elk maximaal 25 ton tot in een lage baan om de Aarde brengen. Tegen 2017 moet de lichtste variant, die een totale lengte heeft van 97 meter, voor het eerst gelanceerd worden. Het Space Launch System zal uiteindelijk de grootste en meest krachtige raket zijn die de Verenigde Staten ooit hebben gebouwd. De totale kostprijs voor de ontwikkeling en bouw van het SLS wordt geschat op 18 miljard dollar.
De verschillende varianten van het Space Launch System - Foto: NASA
Cruciale testvluchten in 2014 en 2017
Ondanks het feit dat NASA en zijn industriële partners al heel wat succesvolle tests hebben uitgevoerd van allerlei onderdelen zoals het hitteschild, de parachutes, de boordcomputers en het Launch Abort System, vindt in 2014 een ultieme testvlucht plaats voor de Orion ruimtecapsule. Deze missie kreeg officieel de naam ‘Exploration Flight Test 1’. Zo zal men in december 2014 vanop de Cape Canaveral lanceerbasis in Florida een onbemande Orion Crew Module in de ruimte brengen met behulp van een Delta 4 Heavy draagraket. Het is de bedoeling dat het onbemande ruimtetuig zich tijdens deze testvlucht met behulp van een rakettrap van de Delta 4 Heavy tot op een afstand begeeft van 5 700 kilometer van de Aarde (15 maal hoger dan de baan om de Aarde van het internationale ruimtestation ISS) waarna de capsule zal terugkeren. Doordat de ruimtecapsule zich op zo een grote afstand van de Aarde bevindt, zal deze vervolgens met een snelheid van 32 000 kilometer per uur terugkeren in de atmosfeer van de Aarde. Op die manier zal de ruimtecapsule en vooral zijn hitteschild tot het uiterste worden getest. Ter vergelijking: de Apollo astronauten hadden bij hun terugkeer van de Maan een snelheid van ongeveer 40 000 kilometer per uur. De terugkeer en landing zal uiteindelijk vergelijkbaar zijn met de onbemande Apollo 4 testvlucht die in 1967 werd uitgevoerd. Na de terugkeer in de atmosfeer moet deze eerste Orion ruimtecapsule met behulp van grote parachutes een zachte landing maken in de Stille Oceaan waarna het ruimtetuig zal worden opgevist door het Amerikaanse leger.
tijdens de Exploration Flight Test 1 - Foto: NASA
Drie jaar na deze eerste testvlucht plant NASA een tweede cruciale onbemande test waarbij de Orion ruimtecapsule in zijn volledige configuratie in de ruimte zal worden gebracht met behulp van het nieuwe Space Launch System (SLS). Dit zal ook de eerste maal zijn dat de Verenigde Staten deze nieuwe draagraket gaan lanceren. Zo zal de nieuwe superraket in december 2017 een onbemand Orion Multi-Purpose Crew Vehicle vanop het Kennedy Space Center in Florida in de ruimte brengen waarna een rakettrap van het SLS het ruimtevaartuig op weg zal brengen naar de Maan. Gedurende deze zeven daagse missie zal de Orion ruimtecapsule een halve omwenteling maken om de Maan waarna het ruimtevaartuig zal terugkeren naar de Aarde. Ook zal men tijdens deze ‘Exploration Mission 1’ missie voor het eerst gebruikmaken van de Orion Service Module die momenteel door Europa wordt ontwikkeld. Het succes van deze Exploration Mission 1 zal grotendeels afhangen van het succes van de Service Module. Deze tweede onbemande testvlucht heeft vooral als doel om het Orion ruimtevaartuig te testen tijdens een echte langdurige ruimtemissie naar een ander hemelobject. Deze missie vertoont dan ook sterke gelijkenissen met de Apollo 8 ruimtevlucht die in 1968 voor het eerst drie mensen naar de Maan bracht. Indien deze onbemande testvluchten vlekkeloos verlopen, hoopt NASA tegen 2021 of 2022 een eerste bemande ruimtevlucht met het nieuwe Orion ruimtevaartuig en het SLS te kunnen uitvoeren.
Doel?
De naam Orion Multi-Purpose Crew Vehicle verwijst naar het feit dat dit nieuwe ruimtevaartuig kan gebruikt worden voor allerlei soorten ruimtemissies. Zo zal de Orion ruimtecapsule zeker kunnen gebruikt worden voor het transporteren van astronauten en cargo naar het internationale ruimtestation ISS. Daarnaast willen de Verenigde Staten met dit ruimtevaartuig mensen naar de Maan brengen en zelfs tot bij een planetoïde. Door het feit dat dit nieuwe ruimtevaartuig multifunctioneel is, is niet iedereen het er over eens waarvoor dit nu exact moet worden gebruikt. Terwijl sommige Amerikaanse beleidsmakers ervan overtuigd zijn dat dit ruimtevaartuig moet gebruikt worden voor een nieuw bemand Maanprogramma vinden anderen dan weer dat men het Orion Multi-Purpose Crew Vehicle moet gebruiken voor bemande ruimtereizen naar planetoïden. Ook sluit men niet uit dat dit nieuwe ruimtevaartuig zal gebruikt worden voor toekomstige bemande ruimtemissies doorheen het zonnestelsel. Of het Orion ruimtetuig de volgende decennia weldegelijk zal gebruikt worden voor de ‘final frontier’ zal uiteindelijk afhangen van het succes van zijn eerste testvluchten en de verdere politieke beslissingen.
