Ohlédnutí za 1. čtvrtletím a výhled na 2. čtvrtletí 2017

Vztah nové americké administrativy k programu SLS/Orion byl zprvu nejasný. Počáteční obavy se postupně rozplývaly, ale pádnou odpověď dal až zveřejněný předběžný obrys požadavku na rozpočet NASA na období 1. října 2017 až 30. září 2018. Zatímco Obamova administrativa žádala pro fiskální rok 2017 na tyto programy 3,3 miliardy dolarů (NASA nakonec obdržela 4,3 miliardy), Trumpova administrativa předběžně žádá pro fiskální rok 2018 celkem 3,7 miliardy. Přípravy na první misi se však potýkají s jinými než finančními problémy. Všeobecně se předpokládá, že z důvodu problémů při montáži centrálního stupně nosné rakety a servisního modulu kosmické lodi bude v příštích dnech termín startu oficiálně odložen na rok 2019. Stejně jako v minulém článku z 1. ledna zrekapitulujeme práce provedené v uplynulém čtvrtletí a podíváme se na aktuální plán dalších prací.

Vzletové stupně (Solid Rocket Booster – SRB)

Zatímco spodní díly aft skirt pro oba vzletové stupně SRB pro první exemplář rakety SLS byly po zrenovování v budově Air Force Hangar na Cape Canaveral AFS přepraveny do budovy Booster Fabrication Facility na Kennedyho vesmírném středisku, do Air Force Hangar byl 1. února dopraven ze skladu firmy Orbital ATK z Promontory v Utahu k renovaci další díl - forward skirt, určený pro horní část levého SRB.

Ve společnosti Orbital ATK v Promontory ve státě Utah se blíží k závěru plnění paliva do letových palivových segmentů vzletových stupňů SRB. Nyní zbývá naplnit levý center segment a pravý center-aft segment. Termín dokončení plnění je květen. Po standardních kontrolách mají být segmenty v září - říjnu převezeny po železnici na Kennedyho vesmírné středisko.

Motory centrálního stupně RS-25

Hlavním cílem letošní série testů neletového motoru č. 0528 na zkušebním standu A-1 ve Stennisově vesmírném středisku ve státě Mississippi jsou premiérové zkoušky nově vyrobených letových řídicích jednotek ECU (Engine Controller Unit) pro jednotlivé motory RS-25 první rakety SLS. Tyto jednotky ovládají provoz motoru, sledují jeho stav a komunikují s letovými počítači rakety. Jejich dodávka od firmy Honeywell se však opozdila. První jednotka s výrobním číslem FM1, určená výhradně pro laboratorní testy v Marshallově středisku v Huntsville (Alabama), byla odeslána teprve 17. února. Bylo proto rozhodnuto vložit do harmonogramu testů zkušební zážeh ještě před dodáním letové řídicí jednotky FM2. Tento zážeh, uskutečněný 22. února v délce trvání 380 sekund, demonstroval zvládnutí vstupního tlaku LOX zvýšeného o 4%. Letová řídicí jednotka FM2 byla dodána počátkem března. Zážeh motoru č. 0528 s touto jednotkou byl proveden 23. března v plné délce trvání 500 sekund. Zkouška motoru s jednotkou FM3 je plánována na 27. dubna a s jednotkou FM4 na 16. května. Platný plán obsahuje test řídicí jednotky FM5 v červenci během zážehu nového motoru č. 2063, vyhodnocuje se však možnost provést v červnu dodatečný pátý zážehový test motoru č. 0528 s jednotkou FM5 ještě před tím, než tento motor opustí zkušební stand A-1. Po zkouškách budou jednotky FM ve Stennisově středisku instalovány na letové motory č. 2045, 2056, 2058 a 2060 před jejich červnovým odesláním do budovy Michoud Assembly Facility (MAF) v New Orleans k zabudování do motorové sekce centrálního stupně rakety SLS. Řídicí jednotky, které se nepodaří včas otestovat, budou instalovány na motory až v MAF.

Centrální stupeň (Core Stage)

V závodě G&G Steel v Cordově (Alabama) na břehu řeky Black Warrior je v závěrečné fázi svařování neletové ocelové hmotnostní a rozměrové makety centrálního stupně, nazvané Pathfinder. Maketa vážící 104 tuny a dlouhá 65 metrů má být na jaře přepravena lodí společnosti Barnhart Crane & Rigging do Michoud Assembly Facility (MAF) v New Orleans ke zkouškám tamních pozemních zařízení, například kolových dopravníků. Poté bude Pathfinder dopraven lodí Pegasus na Stennisovo středisko k dvoutýdenním zkouškám zvedacích procedur, usazování na standu B-2, ověřování konstrukční vůle a podobně. Nakonec bude Pathfinder odeslán na Kennedyho vesmírné středisko ke zkouškám tamních pozemních zařízení.

Letový centrální stupeň se bude skládat z pěti hlavních prvků. Odspodu jsou to: motorová sekce s pohonným systémem včetně čtyř motorů RS-25, nádrž na kapalný vodík, intertank spojující palivové nádrže a vzletové stupně SLS, nádrž na kapalný kyslík a horní díl forward skirt s většinou avioniky stupně. Všechny díly centrálního stupně jsou vyráběny v MAF. Jako součást vývoje centrálního stupně a jeho certifikace pro první let jsou vyráběny i kvalifikační testovací díly. Tyto díly jsou téměř identické s letovými díly a prochází stejnými výrobními postupy jako díly letové. Zatímco kvalifikační díly budou strukturálně testovány v separátních testovacích standech v Marshallově středisku vesmírných letů (MSFC), letové díly budou v MAF sestaveny do letového centrálního stupně.

Harmonogram stavby centrálního stupně však v řádu dvou až tří měsíců narušilo tornádo, které se 7. února přehnalo nad budovami v Michoud. Kvalifikační vodíková nádrž byla v den tornáda v procesu počátečního tlakování dusíkem při první tlakové zkoušce v budově 451, která se z bezpečnostních důvodů nachází daleko od hlavního komplexu budov. Jediné, co mohli pracovníci udělat, bylo zastavení tlakování a zajištění nádrže. Tornádo naštěstí prošlo pár stovek metrů od této malé budovy. Kdyby se trefilo, mohli přijít o budovu i s nádrží uvnitř. Někteří technici pamatují hurikán Katrina v roce 2005 a kolaps střechy této budovy. Série tlakových testů nádrže byla obnovena koncem února a pokračovala až do konce března. Další testy nádrže budou mít kvalifikačně strukturální charakter a budou probíhat v MSFC, kam ji přepraví člun Pegasus. Ten byl ukotven v doku ještě dál od tornáda, na jihozápad od budovy 451. Vzhledem k tomu, že na palubě člunu je velký plechový hangár, utrpěl by při zásahu značné škody. Tornádo však poškodilo hlavní výrobní budovu 103 v Michoud. Celá její střecha se skládá z betonových panelů, přičemž některé z nich odlétly nebo spadly dolů do budovy a rozbily se. Tornádo prošlo nad západní stranou budovy, kde byly největší škody. Právě zde, v prostoru konečné montáže, se v oblasti 6 nacházela uskladněná tlakotěsná letová vodíková nádrž. Nádrž zde čekala, až budovu 451, kde se provádí tlakové testy, opustí kvalifikační nádrž. Střecha nad letovou nádrží byla poškozená, a ačkoli se na nádrži a v jejím okolí nacházela spousta úlomků ze střechy a vnějšího obložení budovy, samotná nádrž naštěstí nejevila žádné známky jakýchkoli následků či škody. Prvním krokem záchranného týmu bylo rozložení sítí nad nádrží, aby se zabránilo pádu dalších nečistot, následované přesunem nádrže a opravou střechy. Obě motorové sekce, kvalifikační i letová, a také oba intertanky se nacházejí v jiných částech budovy 103 a byly mimo přímý dosah tornáda. Ačkoli se všude kolem povaloval navátý odpad, díly byly v pořádku a práce na nich byly obnoveny poměrně rychle. Aktuální termíny připravenosti kvalifikačních dílů k odeslání do MSFC jsou: motorová sekce v dubnu, vodíková nádrž v srpnu, intertank v září, kyslíková nádrž v říjnu. Struktury letových dílů, prozatím bez aplikace systému tepelné ochrany, mají být dokončeny v těchto termínech: letový intertank v dubnu, forward skirt v dubnu/květnu, motorová sekce v červnu. Na západním konci budovy 103 v MAF je výšková budova 110, na které tornádo napáchalo značné škody na vnějším obložení a elektrické rozvodně, poskytující energii pro budovu. Lešení na střeše 110 se zhroutilo a propíchlo jednu z velkých naftových nádrží pro nouzové generátory. Následoval významný únik paliva. Teprve po odstranění lešení a sanaci nafty se začalo pracovat na obnově elektrárny. Dalším problémem bylo, že vnější obložení je vyrobeno z materiálu Transite, obsahujícího karcinogenní azbest. Panely, které dopadly dovnitř budovy, se rozbily, takže kusy z azbestu byly všude. Prioritním úkolem bylo ucpání děr ve střeše kvůli zamezení možného průsaku dešťové vody do svařovacího zařízení Vertical Assembly Center (VAC), které se zde nachází. Několik následujících dnů trvalo vyklizení trosek obložení a teprve 22. února přišla na řadu rychlá vizuální kontrola VAC, stále ještě bez osvětlení z důvodu poškozené elektrárny. I několik následujících týdnů zůstala budova 110 bez energie, která je nezbytná pro důkladné posouzení stavu a postupné oživování zařízení v budově. Teprve potom se dalo plánovat spojení kvalifikační motorové sekce se simulátorem v buňce A a odeslání celku do Marshallova střediska pro strukturální testování. Zpožděno je i zahájení svařování obou kyslíkových nádrží (kvalifikační a letové) ve svářečce VAC. Letová nádrž má být podle aktuálních odhadů svařena v květnu. Nejvážnější poškození střechy utrpěla budova 131, určená pro aplikaci systému tepelné ochrany na centrální stupeň. Oprava samotné budovy si vyžádá hodně práce, ale zařízení uvnitř přestálo těžké podmínky relativně dobře. Na ověřovacím exempláři kyslíkové nádrže, používaném pro vývoj a validaci sprejů tepelné ochrany, byla den před tornádem dokončena aplikace posledního velkého spreje. V den tornáda měla být nádrž částečně vyvezena mimo budovu kvůli pracím na kontrolním systému montážní buňky. Naštěstí však technici nezačali dveře budovy otvírat. Do zavřených dveří zvenčí narazil kontejner. Přímo za dveřmi přitom byla ověřovací kyslíková nádrž…

Horní stupeň (Interim Cryogenic Propulsion Stage – ICPS)

Ve zkušebním standu 4699 na Marshallově vesmírném středisku probíhají integrované strukturální testy kvalifikační sestavy horní části rakety SLS, zahrnující díl forward skirt, adaptér LVSA, horní stupeň ICPS a adaptér OSA. Sestava prochází přibližně padesáti testovacími případy simulujícími tlaky, tažení a kroucení struktury podobné těm, jaké nastanou při skutečném startu rakety. Data z testů jsou zaznamenávána pomocí 1900 přístrojových kanálů, měřících napětí, teplotu, průhyb a další data. Testovací data budou následně porovnány s počítačovými modely.

Dokončený letový horní stupeň ICPS byl ve výrobním závodě společnosti ULA v Decatur (Alabama) v posledním únorovém týdnu umístěn do přepravního kontejneru a naložen na loď Delta Mariner. Loď doplula 7. března do přístavu na Mysu Canaveral, odkud byl stupeň přepraven do Horizontal Integration Facility v Delta Operations Center. V červenci má být stupeň převezen do budovy Space Station Processing Facility (SSPF) v KSC. V srpnu má být dokončena výroba navazujícícího letového adaptéru Orion Stage Adapter (OSA) a v únoru příštího roku Launch Vehicle Stage Adapter (LVSA).

Evropský servisní modul (Service Module – SM)

Neletový testovací exemplář STA evropského servisního modulu Orionu byl 6. března odeslán ze stanice Plum Brook v Sandusky ve státě Ohio do Kennedyho vesmírného střediska. Zde bude spojen s testovacím exemplářem STA modulu pro posádku. Celá sestava má být v létě odeslána do Lockheed Martin v Denveru pro další testování. Ve zkušebně Integrated Test Lab (ITL) společnosti Lockheed Martin v Denveru probíhá vývoj letového softwaru. 26. ledna byl nahrán software 27A (nominální vzletová sekvence, finální EDL, korekce dráhy pomocí ESM RCS). Na 27. dubna je plánováno nahrání softwaru 27B (předstartovní sekvence, předběžná detekce chyb CM), na 20. července softwaru 28A (nominální navedení na orbit, finální detekce chyb CM, záchranný mód) a na 5. října softwaru 28B (dynamický záložní letový software, optická navigace, finální detekce chyb SM).

Ve dnech 17. ledna až 9. února probíhala lodní přeprava kvalifikačního exempláře servisního modulu, nazvaného Propulsion Qualification Model (PQM) ze švédského přístavu Södertälje do přístavu v Houstonu. Odsud byl modul převezen do White Sands Test Facility (WSTF) v Novém Mexiku, kde byl 22. února instalován na stand 301. Zde budou na jaře provedeny zážehové testy pro prokázání funkce integrovaného pohonného systému, sestávajícího z hlavního motoru systému Orbital Maneuvering System (AJ10-190) z raketoplánu, osmi pomocných trysek a dvanácti malých postranních korekčních motorků. Počet korekčních motorků PQM je oproti letovému modulu poloviční.

Letový exemplář evropského servisního modulu je v čisté místnosti montážní haly společnosti Airbus Defence and Space v německých Brémách vybavován subsystémy od dodavatelů. Ředitel pilotovaných letů a průzkumu ESA David Parker oznámil 3. února, že letový servisní modul ESM1 má další zpoždění a místo původně plánovaného ledna (a později odhadnutého dubna) jej bude ESA schopna dodat do NASA až ke konci letošního roku. ESM1 je dlouhodobě kritickým rizikovým prvkem v celém harmonogramu příprav na misi EM-1. Parker ujistil, že zpoždění nebude mít vliv na pevně stanovenou smluvní hodnotu modulu 390 milionů euro. Zpoždění vysvětlil dvěma faktory. Jednak byly v říjnovém přezkumu návrhu identifikovány nutné změny související se zjištěním, že dosavadní návrh modulu ESM byl příliš těžký pro pilotovaný druhý let Orionu EM-2. Druhým důvodem je pozdní dodání některých subsystémů. Plán prací platný v březnu zahrnuje instalaci termoregulačních jednotek v červnu, instalaci nádrže na dusík v červenci, osmi pomocných motorů vycházejících z designu motoru R-4D a umístěných ve čtyřech dvojicích kolem hlavního motoru v srpnu, dvaceti čtyř malých postranních korekčních motorků v září, čtyř velkých palivových nádrží v také září a hlavního motoru AJ10-190 zrekonstruovaného ze systému OMS raketoplánu v říjnu. Funkční testy by mohly proběhnout v říjnu až listopadu, a poté by měl být modul přepraven na Kennedyho vesmírné středisko.

Zpráva o zpoždění modulu o dalších šest měsíců byla počátečním impulsem pro úvahy využít dodatečného času jako potenciálu pro případné změny v misi. Když William Gerstenmaier na konferenčním panelu informoval o zpoždění dodávky, zeptal se Chris Shank, zastupující administrativu nového prezidenta Donalda Trumpa, zda by bylo možné využít dodatečný čas pro nějaké změny v poslání mise. Gerstenmaier odpověděl, že by šlo zvážit změnu mise na pilotovanou. Jak později přiznal, tato myšlenka jej napadla již dříve. Následovala oficiální žádost Trumpovy administrativy, aby NASA tuto možnost prozkoumala. Dne 15. února oznámil dočasný administrátor NASA Robert Lightfoot, že pověřil zástupce pro pilotované lety Williama Gerstenmaiera o vypracování a předložení studie proveditelnosti přidání posádky do EM-1. Součástí tohoto posudku má být analýza rizika pro posádku a posouzení výhod a nevýhod pilotované mise, časová osa a kvantifikace dodatečných nákladů. Posuzující tým nemá žádné apriorní stanovisko či doporučení a má mít k nové myšlence neutrální vztah. Studie nemusí vyjít kladně a i při negativním výsledku může identifikovat změny, které stojí za to udělat v nepilotované EM-1. Konečné rozhodnutí bude nejspíš uvolněno až v květnu v souvislosti s plánovanou kompletní žádostí administrativy o rozpočet na fiskální rok 2018. V případě, že by byla EM-1 pilotovaná, uskutečnila by se zřejmě až ve druhé polovině roku 2019, posádka Orionu by byla dvoučlenná a mise by použila letový profil původně plánovaný pro EM-2. Tato trasa, označovaná MTLI (multi-translunar injection) je koncipovaná jako integrovaná, zahrnující několik misí. Prvních 24 hodin by Orion s horním stupněm strávil na nízké oběžné dráze Země, dalších 24 hodin letu by byla po zážehu stupně ICPS na eliptické dráze s apogeem několika desítek tisíc kilometrů. Když nebude v kterékoli z fází vše v pořádku, vždy se Orion vrátí zpět. V případě souhlasu bude zažehnut hlavní motor servisního modulu, který navede loď na oblet Měsíce po dráze volného návratu. Celková doba letu by byla osm až devět dnů.

Adaptér modulu pro posádku (Crew Module Adapter – CMA)

Letový adaptér se montuje v budově Neil Armstrong Operations and Checkout Building (O&C) v Kennedyho vesmírném středisku. V lednu byla dokončena instalace sekundárních struktur – vedení pro propojení modulu pro posádku se servisním modulem. 25. ledna byl adaptér uvnitř čisté místnosti přesunut na testovací stand k testům těsnosti těchto vedení. Tyto testy byly ukončeny v únoru.

Modul pro posádku (Crew Module – CM)

V budově Neil Armstrong Operations and Checkout Building (O&C) pokračují práce na kabině letového Orionu. V lednu byla v čisté místnosti dokončena montáž palivového vedení a systému řízení prostředí a podpory života (ECLSS). 26. ledna byl Orion v rámci budovy přesunut k místu provedení série tlakových testů pomocí hélia pro ověření těsnosti svařených spojů pohonného systému a ECLSS. Pohonný systém je určen pro zajištění deorbitu a návratu, ECLSS zajistí chlazení interiérových a exteriérových prvků modulu během mise. Pro nepilotovanou misi má být Orion vybaven jen některými systémy potřebnými pro pilotovaný let. Další práce mají spočívat v instalaci elektrických systémů. Na léto je plánováno jejich oživení - poprvé se zapnou počítače umístěné v Orionu pro ověření, zda je modul schopen správně interpretovat příkazy. Tyto funkční testy mají být ukončeny v říjnu, a v listopadu by měl být připojen tepelný štít. Pokud by původně plánované dvě figuríny byly nahrazeny posádkou, musely by být přidány dva klíčové systémy - plný systém podpory životních funkcí schopný dodávat do atmosféry lodi kyslík a odstraňovat vydýchaný oxid uhličitý, a dále ovládací a zobrazovací prvky pro posádku. Mimo to by musely být včas dokončeny testy, které momentálně probíhají v rámci příprav na pilotovanou misi EM-2. Jde například o probíhající sérii osmi kvalifikačních testů padáků Orionu, která je součástí jejich certifikace pro pilotované lety. První z testů v rámci příprav na EM-2 byl proveden 30. září 2016, druhý 8. března 2017. Celá série má probíhat do jara 2019. Dále jde o vibrační testy probíhající v laboratoři Johnson Space Center v Houstonu, kde jsou simulovány podmínky uvnitř Orionu během letu SLS za přítomnosti astronautů. Zde je sledována schopnost práce posádky ve skafandrech s ovládacími prvky, schopnost sledovat zobrazovací displeje se stavy systémů lodi, jsou vyhodnocovány tlumicí funkce sedadel a podobně.

Záchranná věžička (Launch Abort System – LAS)

V případě pilotované EM-1 by byly hotové inertní motory Abort Motor (AM) a Attitude Control Motor (ACM) pro záchrannou věžičku LAS nahrazeny funkčními motory. Současně by byl o několik měsíců uspíšen plánovaný test plně funkční záchranné věžičky, označený jako Ascent Abort-2 (AA-2), aby se uskutečnil před EM-1. Systémový test přerušení letu AA-2 spočívá v demonstraci přerušení letu atrapy Orionu ve fázi největšího aerodynamického namáhání během letu upravené střely Peacekeeper ze startovního komplexu 46 na Mysu Canaveral. Jde o poslední test LAS v rámci certifikace k letům s posádkou. Během testu mají být hodnoceny i schopnosti elektroniky, komunikace, řídicího systému a padáků.

Pozemní vybavení

V sekci High Bay 3 montážní budovy VAB v Kennedyho vesmírném středisku byla 12. ledna nainstalována poslední ocelová pracovní plošina, určená pro přístup k raketě SLS - severní polovina plošiny úrovně A.

Mobilní vypouštěcí plošina Mobile Launcher (ML) se nachází v prostoru severně od VAB. Jako první bylo na horní část věže ML připevněno rameno pro obsluhu servisního modulu Orionu. Toto rameno, nazývané Orion Service Module Umbilical (OSMU), bude před startem přivádět do modulu chladicí kapaliny pro elektroniku a vzduch pro systém ECLSS. Nejprve byl 13. března instalován držák ramene, a 16. března samotné rameno. Dalšími rameny připevněnými na věž mají být Core Stage Forward Skirt Umbilical (CSFSU, určeno pro dodávky chlazeného vzduchu a plynného dusíku do dílu forward skirt centrálního stupně) a Aft Skirt Electrical Umbilical (ASEU, pro dodávku elektřiny a datová připojení na raketu až do okamžiku, kdy vzlétne z rampy). Po instalaci všech pěti přístupových ramen a jednoho stabilizátoru na věž, a dvou palivových vedení na podlahu plošiny má být ML v září přepravena pásovým dopravníkem Crawler Transporter 2 do sekce High Bay 3 haly VAB. Dopravník CT-2 uskutečnil 21. března v rámci příprav na tuto operaci jízdu ze sekce High Bay 2 po crawlerway až k místu, kde se tato cesta rozděluje na cesty k jednotlivým rampám A a B, a poté se vrátil zpět. Ověřovací přeprava plošiny ML na rampu 39B je plánována na prosinec.

Použité zdroje:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/mar_29_2017_hill_nac_final_3-28-2017.pdf
https://blogs.nasa.gov/kennedy/2017/02/07/first-solid-rocket-booster-forward-skirt-for-nasas-space-launch-system-arrives-at-kennedy-space-center/
https://www.nasaspaceflight.com/2017/02/rs-25-test-sls-team-waits-new-controllers/
http://www.breakbulk.com/barnhart-transport-nasa-modules/
https://www.nasaspaceflight.com/2017/03/maf-tornado-strike-sls-critical-path/
https://blogs.nasa.gov/kennedy/2017/03/08/first-integrated-flight-hardware-for-nasas-space-launch-system-arrives-in-florida/
http://spacenews.com/esa-deal-hinges-on-what-trump-does-with-nasas-human-spaceflight-plans/
https://blogs.nasa.gov/kennedy/2017/02/03/orion-crew-module-plumbing-to-undergo-proof-pressure-testing/
https://www.nasa.gov/image-feature/nasa-simulates-orion-spacecraft-launch-conditions-for-crew
https://blogs.nasa.gov/groundsystems/2017/01/30/test-of-launch-umbilicals-at-halfway-point-for-mobile-launcher-system/