I rumkapsler, lidt plads men stor forbedring

I 1961, en amerikansk astronaut nåede rummet for første gang og svævede gennem himlen i en gummidråbeformet kapsel.

Siden da, mennesker er fløjet til månen, skabt rumfly og designet raketter, der vender tilbage til Jorden for præcisionslandinger. Men når astronauterne næste år løfter sig fra amerikansk jord for første gang i seks år, deres valg af køretøj vil være en anden kapsel.

Boeing Co. og SpaceX er afhængige af det gennemprøvede design, da de to virksomheder hver især udvikler rumfartøjer under NASA-kontrakter for at fragte astronauter til den internationale rumstation.

På trods af de slanke rumskibe af sci-fi-forestillinger eller den velkendte bevingede krop af rumfærgen, ingeniører er vendt tilbage til den tilsyneladende klodsede kapsel igen og igen af ​​en simpel grund - det virker.

"Kapslen er en meget holdbar teknologi, " sagde Matthew Hersch, assisterende professor i videnskabshistorie ved Harvard University. "Det er måske ikke romantisk at flyve, men det vil bringe dig sikkert derhen og tilbage."

Siden afslutningen af ​​shuttle-programmet, USA har stolet på, at Rusland transporterer sine astronauter til og fra rumstationen i Soyuz-rumfartøjet, en anden kapsel.

Boeing og SpaceX sagde, at de er sikre på, at deres køretøjer vil flyve næste år, på trods af nylige rapporter fra US Government Accountability Office, der bemærker, at forsinkelser for de to selskaber har skubbet de første testflyvninger forbi den oprindelige deadline.

Det nye rumfartøj har en række funktioner, der ikke var tilgængelige på tidligere kapsler - touch-screen displays, store vinduer, mere kraftfuld elektronik og lettere materialer.

De rumdragter, som astronauter vil bære, er også blevet slanket. SpaceX har udgivet flere billeder af sin rumdragt, som administrerende direktør Elon Musk sagde blev testet for at sikre, at astronauter ville forblive sikre, selvom trykket i kapslen faldt pludseligt. Boeings "Boeing blue" rumdragt er omkring 40 procent lettere end tidligere dragter, og handskerne var specielt designet til at lade astronauter interagere med berøringsskærme.

I de tidlige dage af det amerikanske rumprogram, astronauter beklagede, at de kørte i alt, hvad der tillod så begrænset menneskelig kontrol. At låne navnet fra noget, du sluger, forbedrede ikke appellen.

I første omgang, der var stor entusiasme for at få disse rumfartøjer til at ligne flyvemaskiner, men det var svært at skabe vinger, der kunne navigere i forskellige dele af en mission og overleve varmen fra genindtræden, sagde Hersch.

Ethvert rumfartøj, der er klassificeret til at transportere mennesker, har et specifikt sæt krav. Den skal være effektiv i sin volumen med plads nok til alle nødvendige livssystemer, men har så lav masse som muligt. Det skal også modstå enorme G-kræfter, tryk og varme under lancering og re-entry.

Varmeskjoldet på en kapsels stump, let buet bund hjælper med at beskytte besætningen, når køretøjet kommer ind i atmosfæren igen.

Kapsler er aerodynamisk stabile, når de rejser med supersoniske hastigheder under re-entry og kræver lidt manøvrering for at vende tilbage til Jorden i en nødsituation, giver dem "iboende stabilitet, " sagde David Giger, seniordirektør for Dragon Development Engineering hos SpaceX.

"Det, der virkelig er interessant ved kapseldesign, er, at det er aerodynamisk effektivt både ved op- og nedstigning, " sagde David Barnhart, direktør for USC Space Engineering Research Center. "Det kræver kun én begivenhed at fjerne det igen, som i det væsentlige er en re-entry forbrænding, og det er godt, fordi det minimerer bevægelige dele og kompleksitet."

Ved at skabe rumfartøjer til NASAs kommercielle besætningsprogram, både Boeing og SpaceX har bygget videre på eksemplet fra deres forgængere.

Boeing konstruerede sit design baseret på nogle af dataene fra 1950'erne og 60'erne æraen Mercury og Gemini, samt NASA's Orion, et besætningsrumfartøj, der første gang fløj i 2014 og er beregnet til at køre ud i rummet på toppen af ​​agenturets Space Launch System-raket i 2019.

Rob Adkisson, Boeings chefingeniør for det kommercielle besætningsprogram, sagde CST-100 Starliners kompakte kapseldesign matcher dens mission som en "people mover, " sammenlignet med den større rumfærge, der i det væsentlige fungerede som en "lastbil frem og tilbage."

"Det ligner meget Tvillingerne og Merkur, " sagde han om Starliner. "Men det er en hel del anderledes."

Chicago-luftfartsgigantens Starliner vil sprænge ud i rummet på en Atlas V-raket, før den installeres og lægger til autonomt ved rumstationen. Når du vender tilbage til Jorden, rumfartøjet vil kaste sit servicemodul, udsend faldskærme for at bremse og slippe dens varmeskjold, så køretøjets airbags kan pustes op for en blødere jordlanding.

Mannequiner, der kørte på Starliner under en nylig test, blev "næppe skubbet" inde, sagde Adkisson. Kapslen er designet til at blive genbrugt 10 gange.

En version af kapslen er ved at blive testet på et Boeing-anlæg uden for Los Angeles, hvor rumstrukturer til Apollo-programmet, de originale Delta- og Delta II-raketter og dele af rumstationen blev også ryddet før deres missioner. CST-100 Starliner kapslen er indstillet til at lave sin debut testflyvning i juni 2018, med en bemandet testflyvning to måneder senere.

"Du designer robuste marginer i det, du laver, demonstrere, at alt fungerer, som vi forventer, " Adkisson said. "That gives us a lot of confidence and gives our customer a lot of confidence that we've got it nailed."

One major development is the fine-tuning of the capsule's heat protection. The Starliner's base heat shield has an ablator, a proprietary material that absorbs energy on re-entry and only chars "like a marshmallow, " said David Schiller, leader of Boeing's commercial crew aerostructures integrated product team.

The base heat shield and its four backshells located around the crew vehicle are made of composite materials. A glass-phenolic honeycomb core is wedged between the composite layers, like an ice cream sandwich, to provide high strength while staying lightweight. The entire vehicle is covered with thermal protection, including a type of woven ceramic "blanket" similar to the ones used on the space shuttle, and ceramic tiles on the backshells to deflect heat.

Like Boeing, SpaceX also looked to previous capsules when it first embarked on its Dragon spacecraft.

Dengang, virksomheden, headquartered near LA, was still very young, so engineers looked at the legacies of the Mercury, Gemini and Apollo programs. The lessons are incorporated in its Dragon 2 crew transporter capsule, along with those learned from developing SpaceX's Dragon 1 vehicle, currently used by NASA to take supplies to the space station.

The Dragon 2's abort system is a marked change from the capsule used in the Apollo program, which used a rocket on a tower located at the top of the capsule and was discarded on the way up to orbit. SpaceX's launch abort system can be used at any time during the ascent and stays on the capsule so it can be recovered on splashdown - part of the company's emphasis on reusability, said Giger of SpaceX.

Dragon 2 will also utilize more advanced avionics technology than was possible during the Apollo missions - the capsule's avionics draw less than half the power of the Apollo spacecraft and lunar module combined - and the avionics are smaller and can be consolidated into fewer numbers of components. The most obvious examples are the touch-screen displays inside the capsule.

The SpaceX capsule will also utilize more automation, such as its docking ability, to improve safety and allow the crew to focus on crucial tasks, Giger said. The company is also working on developing the capsule's precision landing capability in the ocean so recovery crews can arrive within minutes.

"Just because it looks like a capsule does not mean the inherent technology is the same, " Giger said.

Dragon 2, which will ride into space on a Falcon 9 rocket, is set to make its first test flight in February 2018, and a crewed flight will come four months later.

I mellemtiden, the capsule's hardware is going through qualification testing and software is being developed and evaluated, said Garrett Reisman, director of space operations at SpaceX and a former NASA astronaut who flew on two space shuttle missions.

"We're trying to take a giant leap forward in safety, " Reisman said. "We have the opportunity to do that through design, improvements in technology and also by leveraging all the history that our partner NASA brings to the table ... to make sure we don't repeat mistakes made in the past."

©2017 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.