---

Új űrhajok a láthatáron

Boeing CST-100 Starliner

---

A Boeing CST-100 Starliner a Crew Dragon mellett a NASA Commercial Crew Transport programjának másik gyümölcse. A CST-100 bár azonos kiírásra született, jellemzőit tekintve számos pontban eltér a Crew Dragon-tól. Elsőként az amerikai űrhajók közül szárazföldi leszállásra tervezték. Fellövéséhez a régi jó Atlas hordozórakéta legújabb változatát használják fel. A 2014 óta fejlesztett űrhajó abban is eltér társától, hogy nagy lemaradásban van ahhoz képest. Míg a Crew Dragon már rendszeresen szállít személyzetet a Nemzetközi Űrállomásra, addig a CST-100 program eddig csak egy félig sikeres személyzet nélküli tesztrepülésen van túl. Problémái miatt valószínűleg csak 2022-ben kerül sor az első legénységgel történő tesztrepülésre és 2023-ban az első hivatalos útra.

A Boeing vállalat a 20. század elejétől fogva folyamatosan jelen van az Egyesült Államok repülőgépiparában, jelenleg pedig a világ egyik legnagyobb repüléssel és űrrepüléssel foglalkozó nagyvállalat, amely 70 000 embert foglakoztat világszerte. Amióta létezik az Egyesült Államok űrkutatási programja a Boeing folyamatosan tevékeny részt vállal belőle. Az Apollo program során a Boeing gyártotta a Saturn V S-IC nevű első fokozatát és a General Motors Company-val közösen részt vett a holdon használt Lunar Roving Vehicle (LRV) nevű holdautók létrehozásában. 1996-ban a vállalat felvásárolta az űrrepülőgépeket gyártó és karbantartó Rockwell International-t, így a Boeing lett innentől kezdve az űrrepülőgép program fő beszállítója. Nem meglepő, hogy amikor 2010-ben a NASA meghirdette a Commercial Crew Programot a Boeing is pályázott az Egyesült Államok új űrhajójának megépítésére. A Crew Space Transportation-100 nevű tervezet elnyerte a NASA tetszését és a kiválasztási folyamat első szakaszában a vállalat 18 millió, később a második szakaszban pedig 92,3 millió dollárt kapott a tervezet kidolgozására. 2014 szeptemberében a SpaceX mellett a Boeing terveit is elfogadta az űrhivatal és 4,2 milliárd dollárral támogatta a CST-100 kifejlesztését, valamint három repülőképes példány legyártását. A CST-100 nemcsak a Nemzetközi Űrállomás, hanem az akkor terv szintjén létező Las Vegas-i székhelyű Bigelow Aerospace vállalat magán űrállomásának a kiszolgálására is épült volna. Mindemellett pedig a jövőben űrturisták felbocsátására is szeretnék használni. A 2014 óta folyó fejlesztés során számos kritika érte a Boeing-et a folyamatos csúszások és a Crew Dragon-nál magasabb költségek miatt. A NASA által adott 4,2 milliárdos büdzsé ugyanis majdnem a duplája volt a SpaceX-nek átutalt 2,6 milliárdnak, emellett a Boeing a Starliner üléseinek árát is a Crew Dragon és a Szojuz kabin üléseinek duplájáért kínálja (55 helyett 90 millió dollár). A Boeing azzal utasította el a felmerülő kritikákat, hogy rámutatott, nekik a nulláról kellett kifejleszteniük a CST-100-at, míg a Crew Dragon fejlesztésénél a SpaceX mérnökei felhasználták a már létező Dragon teherűrhajóval szerzett tapasztalatokat. A CST-100 fejlesztésének élére a Boeing John Mulholland-ot nevezte ki, aki mellett az űrrepülőgép programban kétszer repült Chriss Fergusson - mint a Boeing vállalat saját űrhajósa - a NASA oldaláról pedig Bob Behnken, Eric Boe, Doug Hurley és Suni Williams űrhajósok segítették a Starliner fejlesztését 2015-től.

A CST-100 Starliner egy többször felhasználható űrhajó, amelynek feladata Nemzetközi Űrállomás legénység és rakomány utánpótlásának biztosítása. Az űrhajó maximálisan hét fő szállítására alkalmas, emellett bizonyos mennyiségű rakományt is magával tud vinni, de a NASA küldetések során mindig csak négy fő lesz a fedélzeten. A teljes űrhajó 5,03 méter magas, legnagyobb átmérője pedig 4,56 méter. A CST-100 sok más űrhajóhoz hasonlóan szerkezetileg két egységre tagolódik; egy személyzeti kabinra (Crew Module) és egy műszaki egységre (Service Module). A személyzeti kabin legfeljebb 10 alkalommal használható újra, miközben a műszaki egység nem újrafelhasználható, minden egyes repülés végén elég a légkörben. A CST-100-ast főként szárazföldi landolásra tervezték, ezzel a Boeing űrhajója lesz az első amerikai űrhajó, amely nem az óceánokra érkezik majd vissza. A személyzeti kabin csonka kúp alakú, maximális átmérője 4,56 méter. A kabin alján kapott helyet a hő pajzs, efölött helyezkedik el a nyomás alatt lévő legénységi tér. A legénységi tér falát egy külső burkolat védi, a csonka kúp összeszűkülő csúcsán pedig a dokkoló berendezés és az ejtőernyők tároló helyei kaptak helyet. A legénységi tér alján 6 darab felfújható légzsákot helyeztek el, amelyek a szárazföldi landolás során megvédik a kabint a becsapódástól. Az ejtőernyők mellett is vannak ilyen légzsákok, amelyek feladata az esetleges vízre szállás esetén felforduló űrhajó visszabillentése a szélesebb végére. A legénységi térben helyezték el az űrhajósok üléseit, az űrhajó irányításáért felelős műszerfalat, a életfenntartó rendszer berendezéseit, illetve az egyéb szállítandó rakományt.

A CST-100 hét főt tud maximálisan szállítani. A legénységi térben lévő ülések háttámlái a hő pajzzsal párhuzamos hátsó falon fekszenek, a hét ülést egymás alatt két sorban helyezték el, felül három, alul pedig négy. A nem használt ülések helyére további rakomány helyezhető el. Az egyszerű felépítésű, passzív módon működő életfenntartó rendszer feladata az, hogy az űrhajósok számára biztosítsa megfelelő nyomású, hőmérséklet és páratartalmú légkört, valamint eltávolítása a kabin légköréből a kilélegzett széndioxidot, a felesleges párát és feldolgozza a szennyvizet. A kabin tetején kapott helyet az APAS dokkoló berendezés, ami a megfelel a nemzetközi dokkoló rendszer szabványnak. A hő pajzs anyagát a BLA (Boeing Lightweight Ablator) nevű blokkok alkotják. A személyzeti kabin egyedülálló módón súrlódásos dörzshegesztéses technológiával készül, így hamarabb elkészíthető, illetve könnyebb és szerkezetileg erősebb is, mint a hegesztett űrkabinok. A számítógép vezérelte nagysebességű dörzsfej erősebb kötést hoz létre, mint a normál hozaganyagot használó hegesztési eljárások, mert a kötés mentes a túlhevítés hatására törékennyé váló részektől. Emellett az eljárás kevesebb anyagveszteséget is eredményez. Az űrhajó kritikus rendszerei háromszorosan redundánsak. A vezérlőrendszerek kifejlesztésében Chris Fergusson, a Boeing asztronautája is részt vett. Az űrhajó irányítása teljesen automatizált, de emellett manuális vezérlő rendszerrel is rendelkezik. Az autonóm navigációs-, randevú- és dokkoló rendszert a Boeing a 2007-ben fellőtt Orbital Express nevű demonstrációs műholdon tesztelte. Vezeték nélküli Wifi internet segíti a legénység kommunikációját és a dokkolás folyamatát. A CST-100 személyzeti kabinja legfeljebb 10 alkalommal újrafelhasználható, ami a speciális dörzshegesztéses kialakításnak és a könnyen leválasztható és cserélhető hő pajzsnak köszönhető. A személyzeti kabin három darab főejtőernyővel rendelkezik.

A szintén 4,56 méter átmérőjű műszaki egység hengeres alakú, itt helyezték el a meghajtó- és az energiaellátó rendszer elemeit. A Starliner hajtóműrendszere három részből áll. A műszaki egység külső felületén lévő négy darab hajtóműházban van elhelyezve a helyzetszabályzó rendszer (Reaction Control System - RCS) 28 darab hajtóműve, egyenként 378 N tolóerővel. Feladatuk az űrhajó megfelelő pozícióba forgatása. Szintén a négy darab hajtóműházban kapott helyet 20 darab további hajtómű fúvóka, amelyek a keringési pálya magasságát szabályzó rendszerhez (Orbital Maneuvering and Attitude Control - OMAC) tartoznak. Tolóerejük egyenként 6 672 N, feladatuk pedig a pálya magasság növelése, illetve csökkentése a pályára állás, a dokkolás és a leszállás során. A műszaki egység alján kapott helyet négy darab RS-88 hajtómű, amelyek pedig az indítási mentőrendszerhez (Launch Abort Engines) tartoznak. Az indítás során esetleg fellépő hiba vagy baleset esetén az egyenként 222 411 N tolóerejű négy hajtómű távolítja el biztonságos távolságra az űrhajót a hordozórakétától. A mentőrendszer hajtóműveit az Aerojet Rocketdyne vállalat gyártja. A Boeing napelemekkel foglalkozó divíziója a Spectrolab fejlesztette ki a CST-100 napelmeit, amelyek a műszaki egység végén kaptak helyet és három elkülönülő rétegükkel a napfény különböző spektrumát tudják elektromos energiává átalakítani. A napelemek több mint 2900 watt energiát állítanak elő.

A Boeing új kék színű űrruhái 20 %-kal könnyebbek az ezelőtt használt űrruháknál. Az orosz Szokol szkafanderhez hasonlóan a sisak részük szövetből készült és részben lehet csak levenni, kicipzárazva egy csuklyához hasonlóan hátra lehet vetni. A ruha rétegei átengedik a belső levegőben lévő párát, de magát a levegőt nem. Az áramoltató és elvezető szelepen keresztül áramlik a levegő a ruhába, amely az űrhajós oxigén ellátásán kívül testének hűtéséről is gondoskodik. A fej védelméről és a kommunikáció biztosításáról egy könnyű, fejhallgatóval és mikrofonnal felszerelt sisak gondoskodik. A vállaknál és a könyöknél kialakított csatlakozások maximális mozgásszabadságot biztosítanak a viselő számára. A bőrből készült kesztyűk úgy vannak kialakítva, hogy viselőjük képes bennük az érintőképernyők kezelésére. A ruha hasi részén helyezték el a zipzárt, amely körbefut az űrhajós teste körül. Ezen keresztül lehet belebújni a ruhába, majd lezárva nyomás alá helyezni azt. A lábszár részen kis tároló zsákok helyezkednek el, ahová a túlélési felszerelés és az űrhajós személyes holmija kerül. A csizmarészt a David Clark Company és a Reebok közösen fejlesztette ki.

A Starliner pályára állításához a Boeing a United Launch Alliance által gyártott 52 méter magas Atlas V hordozórakétát választotta ki, előbb annak N12-es, majd később az N22-es változatát. A tervek szerint a későbbi missziók pedig a Vulcan Centaur VC2N hordozórakétát fogják használni hordozóeszközül. A Starliner gyártásában és küldetéseiben 425 beszállító vesz részt az Egyesült Államok 37 államából. Fő beszállítók a Bigelow Aerospace, a Pratt Whitney Rocketdyne (meghajtás), az Airborne Systems (ejtőernyők), az ILC Dover (űrruha, légzsákok) és a Spincraft (nyomásálló belső tér). A Starliner küldetések indításához a floridai Cape Canaveral Space Force Station űrközpont 41-es indítóállását választották ki. Jelenleg ez az Atlas V hordozórakéták indítóhelye 2002 óta. Korábban innen indultak útnak a Viking, a Voyager, a New Horizons, a Juno, a Mars Reconnaissance Orbiter űrszondák, valamint a Curiosity és a Perseverance roverek is. Az indítóállástól néhány kilométerre található egy függőleges összeszerelő csarnok, ahol az Atlas V hordozórakétákat összeszerelik. Innen a rakétát egy sínen gördülő mozgó platform viszi ki az indítóállásba. A CST-100 küldetések indításához felépítettek egy új tornyot, amelyen 51,5 méter magasban kapott helyet a legénység beszállására kialakított kar és végén a lévő „fehér” szoba, amelyből elérhető a kabin. A szárazföldi landoláshoz öt zónát jelöltek ki az Egyesült Államok nyugati területén. Ezek közül kettő található az Új-Mexikói White Sands Rakétakísérleti Telep, egy pedig az utahi Dugway Rakétakísérleti Telep területén, egy leszállási zónának ad otthon a kaliforniai Edwards Légi bázis és egynek az arizonai Willcox Playa terület. Mindegyik terület nagykiterjedésű, száraz, sivatagos, nyílt síkság, amire azért van szükség, mert a visszatérés során a kabin repülési irányát oldalirányban már nem tudják megváltoztatni. Az Edwards Légi bázis az űrrepülőgépek standard leszállópályájaként szolgált 2011-ig, a White Sands Rakétakísérleti Telep 1982-ben fogadta egyszer a visszatérő Columbia űrrepülőgépet. Míg a Dugway Rakétakísérleti Telep a Genesis és a Stardust űrszondák visszatérő egységeinek szolgált leszállóhelyként korábban.

A jövőben a CST-100-as küldetések indítása előtt 45 nappal a United Launch Alliance megkezdi az Atlas V összeállítását a floridai Cape Canaveral Space Force Station űrközpont 41-es indítóhelyén. Két héttel később megérkezik maga az űrhajó is és összeszerelik a hordozórakétával. Nagyjából 550 ember fog dolgozni a Starliner űrhajó előkészítésénél és fellövésénél. Az indításig hátralevő időben az indítást előkészítő személyzet folyamatosan ellenőrzi és teszteli a jármű rendszereit. A fellövés napján elhelyezik a Starliner-ben a rakományt és három órával a fellövés előtt megérkezik a legénység, akik elfoglalják a CST-100 üléseit. Visszahúzódik a legénység beszálló folyosójának karja és megkezdődik a visszaszámlálás, aminek a végén az Atlas V-t felemeli az űrhajót az indítóállásból. Nagyjából 15 perc elteltével az Atlas V utolsó fokozata, a Centaur, egy szuborbitális pályára állítja az űrhajót. Innen a CST-100 az OMAC hajtóművei segítségével éri el a Föld körüli pályát. Az űrhajó az indítástól számítva 24 órán belül dokkolhat az ISS-el és maximum hat hónapig maradhat vele összekapcsolva. Amint a Starliner megközelítette az űrállomást megkezdődik a dokkolási manőverek sora, amelyek a tervek szerint teljesen automatikusan fognak lefolyni. A CST-100 dokkol a Nemzetközi Űrállomással, a legénysége pedig megkezdi az ottani munkaprogramját. Amikor eljön az idő a visszatérésre, a CST-00-at feltöltik a visszahozandó rakománnyal, beüzemelik és felkészítik a landolásra. Az űrhajó kidokkol az űrállomásról és távolabb sodródik attól, majd egy végső állapot ellenőrzés után megkezdi a fékezőmanőverek sorát. Ezután leválik a műszaki egység és a kabin belemerül a légkörbe, ahol a súrlódás miatt egyre jobban felizzik körülötte a levegő. Az ionizációs szakasz végén 3660 méter magasságban kinyílik a CST-100 három fő ejtőernyője, majd 1524 méter magasan leválik a hő pajzs és két perccel a földet érés előtt a légzsákokat nitrogén és oxigén gázkeverékkel fújják fel. A küldetés végén a CST-100-as kabinja utasaival együtt biztonságosan földet ér az Egyesült Államok nyugati részén lévő öt kijelölt leszállási zóna egyikében.

Az új űrhajó berepülését számos teszt előzte meg 2011-től kezdődően. Szélcsatornában ellenőrizték az űrhajó és a mentőrendszer repülési tulajdonságait. A légzsákok teszteléséhez a Boeing és a Bigelow Aerospace számos kísérletet végzett egy személyzeti kabin modellel, amit egy teherautóra szerelt daruról dobtak le. A mozgatható daru segítségével szimulálni tudták az ereszkedés és az oldalszél hatását is. A kísérletek során 8,2 m/s-os ereszkedési sebességét és 3-9,1 m/s szélsebességet szimuláltak. Az ejtőernyők teszteléséhez a kabin modelljét az Erickson Sky Crane nevű helikopter segítségével 3352 méterről magasról ejtették le a Nevada államban lévő Delamar Dry Lake nevű terület fölött 2012. április 3-án. Az ejtőernyők és a légzsákok jól vizsgáztak és a kabin pedig simán landolt a sivatagos területen. STA nevű strukturális tesztpéldányt, vagy más néven az 1. számú CST-100 űrhajót a Kennedy Űrközpont - eredetileg az űrrepülőgépek felkészítéshez épült - Orbital Processing Facility 3 nevű hangárjában tesztelte a Boeing, majd az űrhajót azután elszállítottak a Kalifornia államban lévő Huntington Beach-be kiértékelésre és további tesztekre. Ezeket a teszteket követően a berepülési program következő legfontosabb állomásai az indítási mentési teszt, a legénység nélkül űrbeli teszt és a legénységgel a fedélzeten végzett űrbeli teszt lettek. A Boe-PAD teszt során a mentőrendszer működését tesztelik majd. A Boe-OFT nevű teszt egy automata repülés lenne űrhajósok nélkül, amely során az űrhajó Föld körüli pályára áll, majd dokkol a Nemzetközi Űrállomással. A Boe-CFT nevű teszt során pedig a Boe-OFT lépéseit ismételnék meg immáron űrhajósokkal a CST-100 fedélzetén.

A Boe-PAD jelzésű indítási mentés tesztre az Új-Mexikói White Sand Rakétakísérleti Telep 32-es számú indítóállásában került sor. A teszt során azt a vészhelyzeti forgatókönyvet szimulálták, amikor az űrhajó a rakéta tetején helyezkedi el az indítóállásban és valamilyen meghibásodás miatt, ami veszélyezteti a legénység életét, az űrhajónak azonnal el kell hagynia az indítóállást. A teszt 2019. november 4-én helyi idő szerint reggel 9:15 perckor vette kezdetét. Az egyes gyártási számú űrhajó négy darab LAE hajtóműve beindult és felemelte az űrhajót, miközben az OMAC hajtóművek elmanőverezték azt az indítóállástól. 19 másodperc emelkedés után az űrhajó nagyjából 1600 métert emelkedett és ugyanennyit távolodott el északi irányba a kilövés helyétől. Ebben a magasságban levált az ejtőernyő borítása, kinyílt a két darab stabilizáló ejtőernyők, majd a három darab fő ejtőernyő is. Ezután levált a műszaki egység és a hő pajzs is, majd felfújódtak a légzsákok és a kabin sikeresen földet ért. A repülés során az űrhajó egy parabola alakú pályát járt be. A repülés utáni elemzések kimutatták, hogy a három fő ejtőernyő közül csak kettő nyílt ki, mert az stabilizáló és a fő ejtőernyők kötélzete helytelenül lett csatlakoztatva a szerelés során. A hiba ellenére két főejtőernyő is le tudta lassítani a kabint biztonságos földet érési sebességre és a fedélzeten lévő bábú adatai szerint a legénység biztonságosan landolt volna. Az egyes számú CST-100-as ezután leselejtezték.

Következett a Boe-OFT teszt, amelyre 2019 végén került sor. Az OFT teszthez a kabinba 270 kg-nyi műszer- és mérőberendezésből álló rakományt pakoltak be. Ebbe benne volt egy Rosie nevű ember alakú bábú is, akinek testére szenzorokat raktak a repülés során keletkező és az űrhajósokat érő hatások mérésére. 2019. december 20-án floridai idő szerint reggel 6:36-kor az Atlas V N22 hordozórakéta felemelkedett a 41-es indítóállásból orrán a 3. gyártási számú CST-100-zal. A Centaur nevű második fokozat négy és fél perc repülés után vált le az első fokozatról, majd begyújtotta két darab RL10 hajtóművét, amik több mint hét percig működtek. Ezután a Starliner levált a Centaur-ról és a négy hajtóművének 31 másodperces begyújtásával érte volna el a Nemzetközi Űrállomáshoz vezető pályát. A gyújtásra azonban nem került sor és a CST-100 egy alacsonyabb, de szerencsére stabil, 250 km magasságú pályán ragadt. A későbbi vizsgálat kiderítette, hogy a Starliner hibásan érzékelte az indítás óta eltelt időt, az űrhajó úgy érzékelte, hogy már egy későbbi szakaszban van és már megtörtént a gyújtás. Az űrhajó belső óráját később újraindították, de addigra OMAC fúvókák túl sok üzemanyagot használtak fel, ezért az ISS elérése már nem jöhetett szóba. Alternatív tervként az űrhajó 33-szor került meg a Földet, miközben számos tesztnek vetették alá. Az első CST-100 december 22-ig maradt a Föld körül, majd megkezdte a visszatérést. A légkörön való áthaladás során a hő pajzs 1650 °C-ig izzott fel, miközben a kabin 25-szörös hangsebességgel szelte át a légkört. 3,6 km magasban kinyíltak az ejtőernyők, majd a hő pajzs ledobása után légzsákok is és a CST-100 kabinja csöndben leért a felszínre az új-mexikói White Sands Space Harbour területén helyi idő szerint 5:58-kor. Sunita Williams, az első hivatalos Starliner repülés parancsnoka, a helyszínen nézte végig a CST-100 visszatérését és nagyon örült a sikeres leszállásnak. A legénységével egyetértésben Williams a Calypso nevet adta a személyzeti kabinnak Jacques-Yves Cousteau óceánkutató hajója az RV Calypso után. Bár az OFT teszt során a kabin gond nélkül visszatért a Földre a fellépő hibák miatt mégsem lehetett az utat 100 %-os sikernek elkönyvelni. A repülés után a Calypso-t visszaszállították Floridába a Commercial Crew and Cargo Processing Facility-be, ahol alapos vizsgálatnak vetették alá a Boeing mérnökei.

A Boeing és a NASA vizsgálata három kritikus pontot tárt fel. A repülés során eltelt időt mérő óra, a Mission Elapsed Timer (MET) a visszaszámlálás kezdete előtt helytelenül a hordozórakéta belső órájával hangolta össze az általa mért időt, és amikor eljött a rakétától való szeparáció a MET nem megfelelő időt mutatott. Emiatt nem került sor a további szükséges pályakorrekciós manőverekre. A MET anomália után a Boeing és a NASA közösen felülvizsgálta a repülési szoftvert és találtak még egy hibát a személyzeti kabin és a műszaki egység szétválásának folyamatában. Az irányító központot az űrhajóval összekötő kommunikációs csatornában is fellépet egy probléma, ami akadályozta az űrhajóval való kommunikációt. A Boeing mindhárom problémát orvosolta, továbbá a NASA-val egyetértésben további 80 pontban - ami érintette a szimuláció, a tesztelés, a követelmények, a folyamatok, a szoftver és a hardver területét - vezetett be változtatást. A Boeing a NASA-val egyetértésben azt is bejelentette, hogy szükséges még egy OFT tesztrepülés, mielőtt embereket ültetnének a Starliner-be. Az OFT-2 teszt indítása azonban folyamatosan csúszott 2021 során. Végül 2021. augusztus 3. lett kijelölve az OFT-2 indítási dátumának. Azonban a már az indítóállásban álló 2. gyártási számú űrhajó műszaki egységben súlyos probléma ütötte fel a fejét, ami miatt az indítást újból el kellett halasztani. Az OMAC hajtóművek rendszerében több oxidálószer izolációs szelep zárt állásban ragadt és nem sikerült őket kinyitni. A probléma kivizsgálása és orvosolása miatt 2021-ben már nem indult el az OFT-2 teszt és indítási ideje azóta is folyamatosan tolódik.

Források