Am 21. Juli 2011 machte die amerikanische Raumsonde Atlantis ihre letzte Landung, die dem langen und aufregenden Space Transportation System-Programm ein Ende setzte. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wurde beschlossen, den Betrieb des Space-Shuttle-Systems einzustellen. Trotzdem wurde die Idee eines wiederverwendbaren Raumschiffs nicht aufgegeben. Derzeit werden mehrere ähnliche Projekte gleichzeitig entwickelt, von denen einige bereits ihr Potenzial unter Beweis gestellt haben.
Das wiederverwendbare Raumschiff-Projekt Space Shuttle verfolgte mehrere Hauptziele. Einer der wichtigsten war die Reduzierung der Flugkosten und der Vorbereitung darauf. Die Möglichkeit der Mehrfachnutzung desselben Schiffes brachte theoretisch gewisse Vorteile. Darüber hinaus ermöglichte das charakteristische technische Erscheinungsbild des gesamten Komplexes, die zulässigen Abmessungen und das Gewicht der Nutzlast deutlich zu erhöhen. Ein einzigartiges Merkmal des STS war die Fähigkeit, Raumschiffe in seinem Frachtraum zur Erde zurückzubringen.
Der letzte Start der Raumsonde Altantis, 8. Juli 2011 Foto von NASA
Während des Betriebs stellte sich jedoch heraus, dass nicht alle Aufgaben erledigt wurden. In der Praxis erwies sich die Vorbereitung des Schiffes auf den Flug also als zu lang und teuer - nach diesen Parametern passte das Projekt nicht zu den ursprünglichen Anforderungen. In einer Reihe von Fällen könnten die wiederverwendbaren Raumfahrzeuge grundsätzlich keine "herkömmlichen" Trägerraketen ersetzen. Schließlich führte die allmähliche moralische und physische Überalterung der Ausrüstung zu den größten Risiken für die Besatzungen.
Infolgedessen wurde beschlossen, den Betrieb des Weltraumtransportsystems einzustellen. Der letzte 135. Flug fand im Sommer 2011 statt. Vier bestehende Schiffe wurden abgeschrieben und als unnötig in Museen überführt. Die bekannteste Folge solcher Entscheidungen war die Tatsache, dass das amerikanische Raumfahrtprogramm mehrere Jahre lang ohne eigene bemannte Raumsonden blieb. Bisher müssen Astronauten mit russischer Technologie in die Umlaufbahn gelangen.
Darüber hinaus blieb der gesamte Planet auf unbestimmte Zeit ohne wiederverwendbare Systeme. Bestimmte Maßnahmen werden jedoch bereits ergriffen. Bis heute haben amerikanische Unternehmen mehrere Projekte von wiederverwendbaren Raumfahrzeugen der einen oder anderen Art entwickelt. Alle neuen Proben wurden zumindest bereits zum Testen herausgenommen. In absehbarer Zeit werden sie auch in den vollwertigen Betrieb einsteigen können.
Boeing X-37
Die Hauptkomponente des STS-Komplexes war ein Orbitalflugzeug. Dieses Konzept wird derzeit im X-37-Projekt von Boeing verwendet. Bereits in den späten neunziger Jahren begannen Boeing und die NASA, sich mit dem Thema wiederverwendbare Raumschiffe zu beschäftigen, die in der Umlaufbahn sein und in der Atmosphäre fliegen können. Diese Arbeit führte Anfang des letzten Jahrzehnts zum Start des X-37-Projekts. Im Jahr 2006 erreichte ein Prototyp eines neuen Typs Flugtests mit einem Abwurf aus einem Trägerflugzeug.
Boeing X-37B-Flugzeuge in einer Trägerrakete-Verkleidung. Foto von US Air Force
Das Programm interessierte die US-Luftwaffe und wird seit 2006 in ihrem Interesse durchgeführt, wenn auch mit Unterstützung der NASA. Offiziellen Angaben zufolge will die Air Force ein vielversprechendes Orbitalflugzeug bekommen, das verschiedene Ladungen ins All bringen oder verschiedene Experimente durchführen kann. Nach verschiedenen Schätzungen kann das aktuelle X-37B-Projekt auch in anderen Missionen eingesetzt werden, einschließlich solcher im Zusammenhang mit Aufklärung oder vollwertiger Kampfarbeit.
Der erste Weltraumflug der Raumsonde X-37B fand 2010 statt. Ende April startete die Trägerrakete Atlas V das Fahrzeug in eine vorgegebene Umlaufbahn, wo es 224 Tage blieb. Die Landung "wie ein Flugzeug" erfolgte Anfang Dezember desselben Jahres. Im März des Folgejahres begann der zweite Flug, der bis Juni 2012 dauerte. Im Dezember erfolgte der nächste Start, die dritte Landung erst im Oktober 2014. Von Mai 2015 bis Mai 2017 absolvierte die erfahrene X-37B ihren vierten Flug. Am 7. September letzten Jahres begann ein weiterer Testflug. Wann es abgeschlossen sein wird, wird nicht angegeben.
Nach den wenigen offiziellen Daten sollen die Flüge die Arbeit neuer Technologien im Orbit untersuchen sowie verschiedene Experimente durchführen. Auch wenn die erfahrenen X-37B militärische Aufgaben lösen, geben Auftraggeber und Auftragnehmer solche Informationen nicht weiter.
In seiner jetzigen Form ist das Produkt Boeing X-37B ein Raketenflugzeug mit charakteristischem Aussehen. Es zeichnet sich durch einen großen Rumpf und Mittelflächenflugzeuge aus. Ein Raketentriebwerk wird verwendet; Die Steuerung erfolgt automatisch oder durch Befehle vom Boden aus. Nach bekannten Angaben ist im Rumpf ein Laderaum mit einer Länge von mehr als 2 m und einem Durchmesser von über 1 m vorgesehen, der bis zu 900 kg Nutzlast aufnehmen kann.
Derzeit befindet sich die erfahrene X-37B im Orbit und löst die ihr zugewiesenen Aufgaben. Wann er zur Erde zurückkehren wird, ist unbekannt. Auch über den weiteren Verlauf des Pilotprojekts wurden keine Angaben gemacht. Anscheinend werden neue Nachrichten über die interessanteste Entwicklung nicht vor der nächsten Landung des Prototyps erscheinen.
SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser
Eine andere Version des Orbitalflugzeugs ist die Raumsonde Dream Chaser von SpaceDev. Dieses Projekt wurde seit 2004 entwickelt, um am Programm der NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) teilzunehmen, konnte jedoch die erste Auswahlphase nicht bestehen. Das Entwicklungsunternehmen stimmte jedoch bald einer Zusammenarbeit mit der United Launch Alliance zu, die bereit war, ihre Trägerrakete Atlas V anzubieten. Im Jahr 2008 wurde SpaceDev Teil der Sierra Nevada Corporation und erhielt kurz darauf zusätzliche Mittel für die Entwicklung seiner Flugzeuge. Später gab es eine Vereinbarung mit Lockheed Martin über den gemeinsamen Bau von Versuchsanlagen.
Erfahrener Orbitalflugzeug Dream Chaser. Foto von NASA
Im Oktober 2013 wurde der fliegende Prototyp des Dream Chaser von einem Trägerhubschrauber abgeworfen, woraufhin er auf einen Gleitflug umschaltete und eine horizontale Landung durchführte. Trotz der Panne während der Landung bestätigte der Prototyp die Konstruktionsmerkmale. Zukünftig wurden noch einige andere Tests an den Ständen durchgeführt. Basierend auf ihren Ergebnissen wurde das Projekt abgeschlossen und 2016 mit dem Bau eines Prototyps für die Raumfahrt begonnen. Mitte letzten Jahres unterzeichneten NASA, Sierra Nevada und ULA eine Vereinbarung über die Durchführung von zwei Orbitalflügen in den Jahren 2020-21.
Vor nicht allzu langer Zeit erhielten die Entwickler des Dream Chaser-Geräts die Genehmigung zum Start Ende 2020. Im Gegensatz zu einer Reihe anderer moderner Entwicklungen wird die erste Weltraummission dieses Schiffes mit einer echten Last durchgeführt. Das Raumschiff muss bestimmte Fracht zur Internationalen Raumstation liefern.
In seiner jetzigen Form ist das wiederverwendbare Raumschiff Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser ein Flugzeug von charakteristischer Erscheinung, das äußerlich an einige amerikanische und ausländische Entwicklungen erinnert. Das Fahrzeug hat eine Gesamtlänge von 9 m und ist mit einem Deltaflügel mit 7 m Spannweite ausgestattet Für die Kompatibilität mit bestehenden Trägerraketen wird zukünftig ein Klappflügel entwickelt. Das Startgewicht wird auf 11,34 Tonnen festgelegt. Dream Chaser wird in der Lage sein, 5, 5 Tonnen Fracht zur ISS zu liefern und bis zu 2 Tonnen zur Erde zurückzukehren. Der Abstieg aus der Umlaufbahn "wie ein Flugzeug" ist mit geringeren Überlastungen verbunden. von dem erwartet wird, dass es für die Lieferung einiger Geräte und Proben in separaten Experimenten nützlich ist.
Spacex-Drache
Aus mehreren Gründen ist die Idee eines umlaufenden Flugzeugs bei Entwicklern neuer Weltraumtechnologie derzeit nicht sehr beliebt. Bequemer und rentabler gilt heute ein wiederverwendbares Raumschiff des "traditionellen" Aussehens, das mit einer Trägerrakete in die Umlaufbahn gebracht wird und ohne Flügel zur Erde zurückkehrt. Die erfolgreichste Entwicklung dieser Art ist Dragon von SpaceX.
Das Frachtschiff SpaceX Dragon (CRS-1-Mission) in der Nähe der ISS. Foto von NASA
Die Arbeiten am Dragon-Projekt begannen 2006 und wurden im Rahmen des COTS-Programms durchgeführt. Das Ziel des Projekts war es, ein Raumfahrzeug mit der Möglichkeit mehrerer Starts und Rückkehrs zu schaffen. In der ersten Version des Projekts war die Schaffung eines Transportschiffs vorgesehen, auf dessen Basis in Zukunft eine bemannte Modifikation entwickelt werden sollte. Bisher hat Dragon in der "Truck"-Version eindeutige Ergebnisse gezeigt, während sich der erwartete Erfolg der bemannten Version des Schiffes zeitlich ständig verschiebt.
Der erste Demonstrationsstart des Transportschiffs Dragon erfolgte Ende 2010. Nach allen erforderlichen Modifikationen ordnete die NASA einen vollwertigen Start eines solchen Geräts an, um Fracht an die Internationale Raumstation ISS zu liefern. Am 25. Mai 2012 dockte die Dragon erfolgreich an die ISS an. Zukünftig wurden mehrere Neustarts mit der Lieferung von Gütern in den Orbit durchgeführt. Der Start am 3. Juni 2017 wurde zur wichtigsten Etappe des Programms. Zum ersten Mal in der Geschichte des Programms wurde das reparierte Schiff wieder zu Wasser gelassen. Im Dezember ging ein weiteres Raumschiff ins All, das bereits zur ISS flog. Unter Berücksichtigung aller Tests haben Dragon-Produkte bisher 15 Flüge absolviert.
2014 kündigte SpaceX das vielversprechende bemannte Raumschiff Dragon V2 an. Es wurde argumentiert, dass dieses Gerät, das eine Weiterentwicklung des bestehenden Lastwagens ist, in der Lage sein wird, bis zu sieben Astronauten in den Orbit zu bringen oder nach Hause zurückzukehren. Es wurde auch berichtet, dass das neue Schiff in Zukunft zum Umrunden des Mondes genutzt werden könnte, auch mit Touristen an Bord.
Wie so oft bei SpaceX-Projekten hat sich die Projektzeitleiste von Dragon V2 mehrmals verschoben. Aufgrund von Verspätungen mit dem angeblichen Falcon Heavy-Träger wurde der Termin der ersten Tests auf 2018 verschoben und der erste bemannte Flug nach und nach auf 2019 „weggeschlichen“. Schließlich kündigte die Entwicklungsgesellschaft vor wenigen Wochen an, auf die Zulassung der neuen „Dragon“für bemannte Flüge verzichten zu wollen. Zukünftig sollen solche Aufgaben mit dem noch nicht erstellten wiederverwendbaren BFR-System gelöst werden.
Die Transportsonde Dragon hat eine Gesamtlänge von 7,2 m bei einem Durchmesser von 3,66 m, das Trockengewicht beträgt 4,2 Tonnen und kann eine Nutzlast von 3,3 Tonnen zur ISS bringen und bis zu 2,5 Tonnen Fracht zurückbringen. Zur Unterbringung bestimmter Ladungen wird vorgeschlagen, einen geschlossenen Raum mit einem Volumen von 11 Kubikmetern und einem drucklosen Volumen von 14 Kubikmetern zu verwenden. Das unversiegelte Fach wird beim Abstieg abgeworfen und verglüht in der Atmosphäre, während das zweite Frachtvolumen zur Erde zurückkehrt und eine Fallschirmlandung macht. Um die Umlaufbahn zu korrigieren, ist das Raumschiff mit 18 Draco-Triebwerken ausgestattet. Die Effizienz der Systeme wird durch ein Paar Sonnenkollektoren sichergestellt.
Bei der Entwicklung der bemannten Version der "Dragon" wurden bestimmte Einheiten des Basistransportschiffs verwendet. Gleichzeitig musste das abgedichtete Fach erheblich überarbeitet werden, um neue Probleme zu lösen. Einige andere Elemente des Schiffes haben sich ebenfalls geändert.
Lockheed Martin Orion
Im Jahr 2006 vereinbarten die NASA und Lockheed Martin, ein vielversprechendes wiederverwendbares Raumschiff zu bauen. Das Projekt wurde nach einer der hellsten Konstellationen benannt - Orion. An der Wende des Jahrzehnts, nach Abschluss eines Teils der Arbeiten, schlug die Führung der Vereinigten Staaten vor, dieses Projekt aufzugeben, aber nach langen Streitigkeiten wurde es gerettet. Die Arbeiten wurden fortgesetzt und haben bis heute zu bestimmten Ergebnissen geführt.
Das Perspektivschiff Orion aus der Sicht des Künstlers. NASA-Zeichnung
Dem ursprünglichen Konzept entsprechend sollte das Orion-Schiff in verschiedenen Missionen eingesetzt werden. Mit seiner Hilfe sollte es Güter und Menschen zur Internationalen Raumstation ISS bringen. Mit der entsprechenden Ausrüstung könnte er zum Mond fliegen. Außerdem wurde die Möglichkeit eines Fluges zu einem der Asteroiden oder sogar zum Mars ausgearbeitet. Dennoch wurde die Lösung solcher Probleme der fernen Zukunft zugeschrieben.
Nach den Plänen des letzten Jahrzehnts sollte der erste Teststart des Orion 2013 erfolgen. Für 2014 war geplant, mit Astronauten an Bord zu starten. Der Flug zum Mond könnte bis Ende des Jahrzehnts durchgeführt werden. Anschließend wurde der Zeitplan angepasst. Der erste unbemannte Flug wurde auf 2014 und der bemannte Start auf 2017 verschoben. Mondmissionen wurden auf die zwanziger Jahre verschoben. Flüge mit Besatzung wurden inzwischen auf das nächste Jahrzehnt verschoben.
Am 5. Dezember 2014 fand der erste Teststart von Orion statt. Das Raumfahrzeug mit dem Nutzlastsimulator wurde von der Delta-IV-Trägerrakete in die Umlaufbahn gebracht. Einige Stunden nach dem Start kehrte er zur Erde zurück und spritzte in einem bestimmten Gebiet nieder. Es wurden noch keine Neuanläufe durchgeführt. Die Spezialisten von Lockheed Martin und der NASA blieben jedoch nicht untätig. In den letzten Jahren wurden eine Reihe von Prototypen gebaut, um bestimmte Tests unter terrestrischen Bedingungen durchzuführen.
Erst vor wenigen Wochen wurde mit dem Bau der ersten Orion für den bemannten Flug begonnen. Der Start ist für nächstes Jahr geplant. Die Aufgabe, das Raumfahrzeug in die Umlaufbahn zu bringen, wird der vielversprechenden Trägerrakete Space Launch System anvertraut. Der Abschluss der laufenden Arbeiten wird die realen Perspektiven für das gesamte Projekt aufzeigen.
Das Orion-Projekt sieht den Bau eines Schiffes mit einer Länge von etwa 5 m und einem Durchmesser von etwa 3,3 m vor. Ein charakteristisches Merkmal dieser Vorrichtung ist ein großes Innenvolumen. Trotz der Installation der notwendigen Geräte und Instrumente verbleiben im geschlossenen Raum etwas weniger als 9 Kubikmeter Freiraum, der für den Einbau bestimmter Geräte, einschließlich Besatzungssitze, geeignet ist. Das Schiff kann bis zu sechs Astronauten oder eine bestimmte Fracht an Bord nehmen. Die Gesamtmasse des Schiffes wird mit 25,85 Tonnen bestimmt.
Suborbitale Systeme
Derzeit werden mehrere interessante Programme umgesetzt, die den Start einer Nutzlast in die Erdumlaufbahn nicht vorsehen. Zukünftige Gerätemodelle einer Reihe amerikanischer Unternehmen werden nur suborbitale Flüge durchführen können. Diese Technik soll für einige Forschungen oder für die Entwicklung des Weltraumtourismus verwendet werden. Neue Projekte dieser Art werden im Rahmen der Entwicklung eines vollwertigen Raumfahrtprogramms nicht berücksichtigt, sind aber dennoch von besonderem Interesse.
Suborbitales Fahrzeug SpaceShipTwo unter den Flügeln des Trägerflugzeugs White Knight Two. Foto Virgin Galactic / virgingalactic.com
Die Projekte SpaceShipOne und SpaceShipTwo von Scale Composites und Virgin Galactic schlagen den Bau eines Komplexes aus einem Trägerflugzeug und einem Orbitalflugzeug vor. Seit 2003 haben die beiden Gerätetypen eine beachtliche Anzahl von Testflügen durchgeführt, bei denen verschiedene Konstruktionsmerkmale und Arbeitsmethoden getestet wurden. Es wird erwartet, dass ein Raumschiff vom Typ SpaceShipTwo bis zu sechs touristische Passagiere aufnehmen und auf eine Höhe von mindestens 100-150 km, d.h. über der unteren Grenze des Weltraums. Start und Landung sollen von einem „traditionellen“Flugplatz aus erfolgen.
Blue Origin arbeitet seit Mitte des letzten Jahrzehnts an einer weiteren Version des suborbitalen Raumsystems. Sie schlägt vor, solche Flüge mit einem Bündel aus einer Trägerrakete und einem Schiff durchzuführen, ähnlich denen, die in anderen Programmen verwendet werden. Außerdem müssen sowohl die Rakete als auch das Schiff wiederverwendbar sein. Der Komplex wurde New Shepard genannt. Seit 2011 führen Raketen und Schiffe eines neuen Typs regelmäßig Testflüge durch. Es ist bereits gelungen, das Raumfahrzeug auf eine Höhe von mehr als 110 km zu bringen und die sichere Rückkehr sowohl des Raumfahrzeugs als auch der Trägerrakete zu gewährleisten. Zukünftig soll das New Shepard-System eine der Innovationen im Bereich des Weltraumtourismus sein.
Wiederverwendbare Zukunft
Drei Jahrzehnte lang, seit den frühen achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts, war der Space Transportation System / Space Shuttle-Komplex das wichtigste Fahrzeug, um Menschen und Güter im Arsenal der NASA in die Umlaufbahn zu bringen. Aufgrund moralischer und physischer Überalterung sowie im Zusammenhang mit der Unmöglichkeit, alle gewünschten Ergebnisse zu erzielen, wurde der Betrieb der Shuttles eingestellt. Seit 2011 gibt es in den USA keine einsatzbereiten wiederverwendbaren Schiffe. Darüber hinaus verfügen sie zwar über kein eigenes bemanntes Fahrzeug, wodurch die Astronauten mit ausländischer Technologie fliegen müssen.
Trotz der Einstellung des Betriebs des Weltraumtransportsystems gibt die amerikanische Raumfahrt die Idee wiederverwendbarer Raumschiffe nicht auf. Diese Technik ist immer noch von großem Interesse und kann in einer Vielzahl von Missionen eingesetzt werden. Im Moment entwickeln die NASA und eine Reihe kommerzieller Organisationen mehrere vielversprechende Raumfahrzeuge gleichzeitig, sowohl Orbitalflugzeuge als auch Systeme mit Kapseln. Momentan befinden sich diese Projekte in unterschiedlichen Stadien und zeigen unterschiedliche Erfolge. In sehr naher Zukunft, spätestens Anfang der zwanziger Jahre, werden die meisten Neuentwicklungen das Stadium von Test- oder Vollflügen erreichen, die es ermöglichen, die Situation zu überprüfen und neue Schlussfolgerungen zu ziehen.
