Ohlédnutí za 3. čtvrtletím a výhled na 4. čtvrtletí 2017

 Zatímco dříve NASA vcelku pravidelně zveřejňovala integrovaný časový plán milníků vedoucích k prvnímu letu kosmické lodi Orion za oběžnou dráhu Země, v důsledku narůstajícího zpoždění ve výrobě centrálního stupně nosné rakety i servisního modulu kosmické lodi se tento souhrn stal neaktuálním. Od loňského července přitom NASA žádnou aktualizaci provázaného koncepčního schématu vedoucího k reálnému termínu startu nevydala. Tato skutečnost se v dubnu stala předmětem kritiky vládního kontrolního úřadu GAO, který upozornil, že Kongresu chybí potřebné podklady k projednání žádosti o rozpočet na fiskální rok 2018, začínající 1. října 2017. V reakci na kritiku slíbil William Gerstenmaier, že NASA připraví do konce září nový harmonogram, zohledňující skutečně probíhající aktivity. Harmonogram je nyní hotový, s novým datem startovní připravenosti nejdříve 15. prosince 2019. Podívejme se tedy na vývoj, kterým program prošel za tři měsíce od předchozího ohlédnutí a připomeňme si další milníky na cestě, která vede k 25dennímu nepilotovanému letu Orionu na vysokou oběžnou dráhu Měsíce a zpět.

Nosná raketa SLS

V zařízeních Orbital ATK v Promontory ve státě Utah jsou dokončovány práce na palivových segmentech vzletových stupňů SRB - nedestruktivní rentgenová inspekce, nátěr bílou barvou a malba černobílých fotogrammetrických šachovnicových pruhů pro zaměření kamer během letu. Tyto značky umožní měřit vzdálenosti během letu, což přispěje například k podrobnějšímu studiu chování vzletových stupňů během oddělení od nosiče. K 5. září bylo dokončeno a uskladněno pět segmentů, a zbývajících pět by mělo být dokončeno nejpozději v listopadu. Jejich dodávka do Kennedyho vesmírného střediska (KSC) však byla odložena o rok. Odklad není způsoben žádným problémem, ale pouze rozhodnutím ponechat je ve skladu a přepravit na KSC teprve, až to bude zapotřebí. Pro další práce v KSC jsou klíčové oba spodní (aft) palivové segmenty a trysky. Tyto díly budou naloženy do železničních kontejnerů a vlakem odeslány na KSC tak, aby byly dopraveny do budovy Rotation Processing & Surge Facility (RPSF) nejpozději 26. října 2018. Budova RPSF se nachází severně od haly VAB v prostoru za současným stanovištěm mobilní vypouštěcí plošiny ML. V budově bude po inspekci povrchu a otočení aft segmentů do vertikální polohy sestavena kompletní spodní část obou vzletových stupňů SRB. Ta zahrnuje kromě aft segmentu a trysky ještě spodní lem aft skirt. Spodní lemy pro oba SRB jsou v současnosti umístěny v budově Booster Fabrication Facility (BFF) na KSC. Součástí spodní části vzletových stupňů bude i další hardware, jako systém vektorování trysek, vyztužovací prstence, separační motory, tepelné závěsy, systém tepelné ochrany, systémový tunel s kabely, napájecí kabely topení a podobně. Zbývajících osm segmentů SRB má být dopraveno z Promontory do RPSF do 9. listopadu 2018. Po inspekci povrchu budou otočeny do vertikální polohy, zajištěny na paletách a převezeny k uskladnění.

Spodní Aft segmenty SRB v kójích finální montáže v Promontory, září

Přeprava pátého dokončeného palivového segmentu do skladu v Promontory, 5. září

Přeprava předního dílu Forward Skirt pro levý SRB do BFF v KSC, 30. srpna

Koncem srpna byla v montážní budově společnosti G & G Steel v Cordově ve státě Alabama dokončena ocelová rozměrová a hmotnostní nefunkční maketa centrálního stupně, nazvaná Pathfinder. Délka Pathfinderu je 65 metrů, průměr 8,4 metru a hmotnost téměř 104 tuny. Maketa má stejné úchyty pro transport jako letový stupeň, upevňovací prvky pro SRB, drátové simulátory trysek motorů RS-25, prvky simulující přívodní potrubí kapalného kyslíku a další výčnělky na vnější straně stupně. Má pouze základní šedý antikorozní nátěr; s pěnovým nástřikem ani s další vrstvou barvy se nepočítá. V první polovině září byl Pathfinder naložen na komerční loď společnosti Barnhart Crane & Rigging, která jej 27. září dopravila do Michoud Assembly Facility (MAF) v New Orleans. Po přidání dalších simulačních prvků bude Pathfinder počátkem října předán NASA. Plánované testování základních manipulačních operací s Pathfinderem v MAF je součástí procesu snižování rizik při pozdější manipulaci s letovým centrálním stupněm. Manipulace s Pathfinderem bude zahrnovat opakovaný převoz kolovým dopravníkem z oblasti závěrečné montáže centrálního stupně k doku, kde bude člun Pegasus. Po otestování pozemních zařízení MAF bude počátkem příštího roku Pathfinder dopraven člunem Pegasus do Stennisova střediska, přičemž půjde o největší a nejtěžší náklad v dosavadní historii člunu Pegasus. Ve Stennisově středisku budou opakovaně, minimálně dvakrát až třikrát, prováděny zkoušky zvedacích procedur a usazování na testovací stanoviště B-2. Při těchto procedurách bude použito zakončení Pathfinderu určené pro jeřábové uchycení, tzv. výtažný pavouk. Pozice na centrálním stupni, určené pro dodávky vodíku, kyslíku a energie na stanovišti B-2, budou na Pathfinderu vyznačeny samolepkami. Poté bude Pathfinder odeslán ke zkouškám pozemních zařízení v Kennedyho vesmírném středisku. Zde bude z přístaviště přepraven kolovým dopravníkem do haly VAB, a uvnitř budovy bude použit k testování jeřábových operací a usazení na mobilní vypouštěcí plošinu Mobile Launcher. Ačkoli by byl Pathfinder schopen připojení ke vzletovým stupňům SRB, není taková operace v plánu.

Pathfinder, 31. srpna

Výtažný pavouk pro jeřábové uchycení Pathfinderu, 31. srpna

Příjezd Pathfinderu do Michoud Assembly Facility, 27. září

V Michoud Assembly Facility pokračuje příprava neletových kvalifikačních dílů centrálního stupně rakety SLS, určených k přepravě člunem Pegasus do Marshallova střediska vesmírných letů (MSFC) v Huntsville, kde podstoupí strukturální testování. Již v dubnu byla odeslána motorová sekce, a následovat ji mají kvalifikační vodíková nádrž, intertank a kyslíková nádrž. Ta byla ze svařovacího zařízení Vertical Assembly Center (VAC) vyjmuta na přelomu června a července.

Ve třetím čtvrtletí byly svařeny obě letové nádrže centrálního stupně. Počátkem srpna bylo dokončeno svařování letové nádrže na kapalný kyslík. Nádrž nyní prochází v buňce F budovy 110 hydrostatickým testem pro ověření pevnosti svarů. Dne 15. září byla z VAC vyjmuta svařená letová nádrž na kapalný vodík. Nádrž nyní čeká vyplnění děr po svařování, rentgenová inspekce, nainstalování krytů na otvory na koncích kupolí, připojení senzorů a ověřovací zkouška těsnosti při natlakování plynným dusíkem v budově 451. Centrální stupeň je nyní nejkritičtější částí v přípravě celé sestavy SLS/Orion, přičemž problémy s výrobou vodíkové nádrže byly hlavním faktorem, představujícím téměř 12 měsíců z celkem 14měsíčního odkladu data startu z původního října 2018 na prosinec 2019. Původní, vadná letová nádrž na kapalný vodík byla vyjmuta z VAC 26. září 2016, a 11,5 měsíce do dokončení nové lze rozklíčovat takto: 4 měsíce si vyžádala analýza zjištěných svárů pod stanovenou konstrukční pevností na původní letové nádrži, identifikace příčin včetně dodatečných zkušebních svárů, určení správného typu profilovaného kolíku svařovacího nástroje a svaření dodatečné ověřovací nádrže, 2 měsíce trvalo odstraňování následků únorového tornáda v Michoud spojené se zastavením výroby, 3 měsíce zabrala výroba kvalifikační kyslíkové nádrže, zahájená v dubnu a přerušená květnovým incidentem s upadlým dnem během příprav na přivaření k nádrži, následným vyšetřováním a rozhodnutím o dalším postupu, 1 měsíc svařování letové kyslíkové nádrže a 1,5 měsíce nové letové vodíkové nádrže.

Budova 110 MAF - vpravo vpředu kvalifikační nádrž LOX v buňce D, vpravo vzadu kvalifikační nádrž LH2 v buňce E, uprostřed nádrž LH2 původně vyrobená pro EM-1, vlevo vzadu svařování letové nádrže LOX ve VAC, 18. července

Svařená letová nádrž na kapalný kyslík v buňce D budovy 110 MAF, 16. srpna

Utěsňování děr uvnitř letové nádrže na kapalný kyslík, 5. září

Nová letová nádrž na kapalný vodík pro EM-1, 15. září

Výrazného pokroku bylo dosaženo i v přípravě letových motorů pro centrální stupeň. Po březnovém a květnovém zážehu neletového motoru RS-25 č. 0528 na testovacím stanovišti A-1 ve Stennisově středisku, při kterých byly úspěšně odzkoušeny řídicí jednotky FM2, resp. FM3 pro misi EM-1, byla z výrobního závodu firmy Honeywell očekávána dodávka jednotky FM4. Místo ní však dorazila jednotka FM5, která byla následně otestována během 500sekundového zážehu 25. července. Při dalším zážehu téhož motoru dne 9. srpna byla otestována jednotka FM6. Předposlední srpnový den byl proveden ještě dodatečný zážeh se záložní řídicí jednotkou FM7. Současně byly otestované řídicí jednotky v průběhu srpna a září integrovány do letových motorů E2045, E2056, E2058 a E2060. Tyto motory zůstávají nadále uskladněny ve Stennisově středisku. Jejich přeprava do Michoud Assembly Facility je naplánována na 15. května 2018.

Výroba letového centrálního stupně rakety SLS bude probíhat téměř celý rok 2018. Po aplikaci tepelné ochrany na jednotlivé díly dojde v budově 110 k jejich integraci ve svislé poloze do dvou podsestav. Obě podsestavy budou následně spojeny ve vodorovné poloze v budově 103. Nakonec budou připojeny i poslední prvky, například motory RS-25 a dvě vnější přívodní potrubí o průměru 40 centimetrů pro okysličovadlo. Na 19. prosinec 2018 je plánováno odeslání stupně, naloženého na člun Pegasus, do Stennisova střediska. Tam dorazí následující den, a příštích šest měsíců stráví na testovacím stanovišti B-2. Zde bude provedena celá řada testů, například simulované odpočítávání, demonstrační simulace zážehu včetně softwarových simulací poruch, zkoušky tankování a vypouštění pohonných látek a hydrauliky, a poté bude proveden osmiminutový zážeh všech čtyř motorů RS-25. Stupeň pak vyčká na stanovišti na dokončení analýzy dat ze zážehu, a mezitím proběhne standardní servis motorů a opravy systému tepelné ochrany. Bude-li rozhodnuto o nutnosti dodatečných dat, uskuteční se ještě druhý zážeh. Poté bude centrální stupeň opět naložen na člun Pegasus a odeslán na týdenní plavbu do Kennedyho vesmírného střediska. Dodání na KSC je v rozvrhu uvedeno s teoretickým datem 6. června 2019, které bude ještě upřesněno. Od tohoto data k datu startovní připravenosti mise EM-1 je vyžadováno přibližně šest měsíců. Shora uvedené termíny jsou oproti původním posunuty o 14 měsíců. Plán platný přesně před rokem zahrnoval dopravu centrálního stupně do Stennisova střediska koncem září 2017, na KSC koncem března 2018 a start v říjnu 2018.

Práce probíhají i na letových dílech horní části rakety. V srpnu dokončila společnost Teledyne Brown Engineering v Marshallově středisku svařování adaptéru Launch Vehicle Stage Adapter. LVSA ve tvaru kužele o výšce 8 metrů, spodním průměru 8,4 metru a horním průměru 5 metrů bude spojovat centrální stupeň rakety a horní stupeň ICPS. Jeho úkolem kromě zajištění konstrukční podpory pro ICPS a kosmickou loď Orion je také chránit ICPS včetně jeho motoru a elektrických zařízení během průchodu hustými vrstvami atmosféry. V následujících měsících bude na vyrobený adaptér v budově 4707 MSFC pomocí ručního procesu nanášena pěnová tepelně izolační vrstva. Tyto práce mají být hotové v prosinci. Samotný horní stupeň ICPS byl v březnu dopraven na Mys Canaveral, a po instalaci nástavce trysky v budově Delta Operations Center byl 26. července přepraven do budovy Space Station Processing Facility (SSPF) v Kennedyho vesmírném středisku k uskladnění. Horní stupeň ICPS a kosmickou loď Orion bude spojovat adaptér Orion Stage Adapter (OSA). Dokončovací práce na adaptéru OSA probíhají, stejně jako v případě LVSA, v Marshallově středisku.

Čištění adaptéru LVSA před aplikací pěnové izolace, září

Přesun zabaleného stupně ICPS do budovy SSPF, 26. července

Kosmická loď Orion

V zařízení společnosti Lockheed Martin ve Waterton Canyon u Denveru pokračují přípravy k sérii kvalifikačních strukturálních testů konstrukce kosmické lodi Orion. Transportní letoun Super Guppy v dubnu dopravil do Denveru testovací exemplář modulu pro posádku (svařený stejnou technikou jako letový Orion), v červnu servisní modul Orionu (exemplář, který v minulém roce podstoupil akustické, vibrační a šokové testy na stanici Plum Brook) spojený s adaptérem Crew Module Adapter, a 11. července i Orion Stage Adapter (exemplář, který byl počátkem letošního roku na zkušebním stanovišti 4699 v MSFC součástí kvalifikační sestavy horní části rakety SLS). Součástí sestavy ve Waterton Canyon bude i inertní záchranná věžička LAS. Série strukturálních testů má ověřit stávající modely, charakterizovat dynamickou odezvu konstrukcí a prokázat, že konstrukce lodi a spojů splňuje požadovaný bezpečnostní faktor odolání tlakům a namáháním v podmínkách vzletu na raketě SLS a kosmického letu včetně nezbytné rezervy. Testy budou prováděny v různých konfiguracích, které mohou nastat během mise EM-1. Momentálně se dokončuje kompletní sestava LAS + CM + SM, na které budou prováděny simulace příprav na startovní rampě a během vzletu. Po jejich ukončení bude s pomocí sestavy CM + SM simulován kosmický let, a nakonec na samotném CM návrat. Strukturální testy zahrnují i testy zátěžové pomocí hydraulických zvedáků, pyrošokové s měřením odezvy pomocí akcelerometrů, akustické, vibrační, dopady na vodní hladinu a simulace úderu blesku na loď připravenou ke startu pro prokázání, že konstrukce lodi dokáže ochránit citlivou palubní elektroniku. Některé testy již probíhají, například odhození dílu forward bay cover z CM. Ukončení testů na podporu mise EM-1 je plánováno na listopad 2018.

Strukturální exemplář servisního modulu Orionu ve Waterton Canyon, září 2017

Další testovací exemplář servisního modulu je od února umístěn na stanovišti 301 ve White Sands Test Facility v Novém Mexiku. Tento modul, nazvaný Propulsion Qualification Module (PQM), je vybaven funkčními motory pro zážehové testy, které mají prokázat funkčnost integrovaného pohonného systému. Systém je tvořen hlavním motorem AJ10-190 z manévrovací jednotky raketoplánu, osmi pomocnými motory R-4D-11 známými z evropské nákladní lodě ATV a dvanácti malými postranními korekčními motory 200N systému RCS. Na letovém servisním modulu bude 24 těchto korekčních motorů. Kampaň zážehových testů byla zahájena v polovině srpna úspěšnými zážehy všech typů motorů. Jak však upozornil Michal Václavík z České kosmické kanceláře, došlo 18. srpna k prohoření spalovací komory RCS a k havárii, při které byl poškozen jak testovaný pohonný systém, tak i testovací stav. Tento problém je známý již z ATV, protože RCS jsou navrženy pro provoz ve vakuu a jsou citlivé na testování za tlaku na úrovni hladiny moře. Opravy testovacího stavu a nahrazení zničených částí pohonného systému si vyžádají asi šest týdnů, obnovené testování motorů PQM by mělo být dokončeno do konce roku.

Michal Václavík poskytl pro tento článek i aktuální informace o stavu prací na letovém servisním modulu Orionu v čisté místnosti společnosti Airbus Defence and Space v německých Brémách. Instalace elektrických rozvodů, jak silových, tak i datových, je dokončena z 50 %, instalace systému řízení teploty ze 60%, přičemž všechny radiátory a žebrování jsou již vyrobeny. Je instalováno 60 % systému skladování kyslíku a dusíku pro zabezpečení životního prostředí v modulu pro posádku. Výroba samotných nádrží na tyto plyny stále probíhá, dosud bylo dokončeno svařování dvou nádrží, z nichž jedna je náhradní. Nádrže na vodu jsou hotové. Probíhá testování letových ventilů pro plyny i pro vodu. Je dokončována výroba a probíhá přebírání a testování čtyř velkých palivových nádrží. U pohonného subsystému je hotovo 70 % svárů, u sestavy řízení kapalin FCA probíhají předávací testy, u sestavy řízení tlaku PCA je problém u dodavatele s výrobou vysokotlakých ventilů vzhledem k jejich konstrukčním limitům při provozu za vysokého tlaku a nízkých teplot. Dodány by měly být do konce října, existuje však riziko zpoždění s vlivem na celou sestavu PCA. Dva ze čtyř panelů solárních baterií jsou hotové a probíhá jejich přebírací testování, výroba zbývajících dvou panelů probíhá. Započala výroba elektroniky pohonu solárních panelů. Snad v říjnu by měla být dodána jednotka systému dodávek a distribuce elektrické energie PCDU. Motor AJ10-190, stejně jako řízení vektoru tahu, čekají na integraci. Událost s RCS u PQM nemá dopad na časový harmonogram, protože letecká přeprava servisního modulu na KSC je z jiných důvodů odložena na ne dříve než duben 2018 s převzetím a přijetím NASA o měsíc později. Současný stav integrace modulu sice momentálně neohrožuje celkový harmonogram mise a znamená několikaměsíční rezervu pro plánovaný start v prosinci 2019, přesto se však vzhledem k výše popsaným problémům pracuje na opatřeních vedoucích ke zrobustnění celého procesu integrace. Přesně před rokem byly v platnosti tyto termíny: doprava na KSC koncem dubna 2017, spojení s modulem pro posádku v létě 2017, návrat z testů ve stanici Plum Brook na přelomu dubna a května 2018, start v říjnu 2018. Dvanáctiměsíční skluz termínu dopravy servisního modulu Orionu je tedy druhý největší hned po centrálním stupni SLS.

Letový Orion je vybavován v budově Neil Armstrong Operations and Checkout Building (O&C) v Kennedyho vesmírném středisku. Zatímco jarní měsíce byly věnovány testům těsnosti pohonného systému a systému podpory života v lodi, od května do srpna byly instalovány elektrické systémy - řídicí systémy, komunikační a datové jednotky, elektrické a datové kabely a boxy avioniky. V polovině srpna byl Orion poprvé připojen ke zdroji elektřiny, byly zapnuty jeho řídicí počítače a nahrán letový software. Tím byly zahájeny komunikační testy a testy interpretace příkazů. Další práce spočívají v postupném připojování 55 komponent avioniky pomocí přibližně 400 svazků. Po připojení každého z těchto systémů jsou prováděny důkladné funkční testy. Předpokládá se, že tyto testy budou ukončeny v říjnu či listopadu, a po nich bude následovat fáze testů vnitřního prostředí Orionu. Souběžně pokračuje instalace tří hlavních padáků a pěti nafukovacích balónů v přední části modulu. Dalším významným milníkem budou práce spočívající v připojování tepelného štítu.

Orion pro EM-1, 6. července

Téměř kompletní jsou práce na záchranné věžičce LAS. Ta bude pro EM-1 inertní, protože při tomto letu se s aktivací záchranného systému v případě selhání nosné rakety nepočítá. Oba neaktivní motory, Abort Motor i Attitude Control Motor, jsou hotové. Pro standardní odhození věžičky je vyráběn funkční Jettison Motor. Ten má být hotový na přelomu třetího a čtvrtého čtvrtletí, a s jeho dodáním na KSC se počítá počátkem příštího roku.

Pozemní vybavení Kennedyho vesmírného střediska

Nedaleko montážní haly VAB byla v srpnu dokončena rekonstrukce přístaviště plavebního kanálu, aby bylo připraveno pro přijetí a ukotvení prodlouženého člunu Pegasus s Pathfinderem centrálního stupně. Vzhledem k hmotnosti centrálního stupně jsou nové betonové základové sloupy zapuštěny do skalního podloží v hloubce 20 metrů pod vodou. Modernizací prošel také systém elektrických zásuvek pro kolový transportér centrálního stupně.

Na mobilní vypouštěcí plošinu Mobile Launcher bylo 30. června instalováno přístupové rameno Core Stage Forward Skirt Umbilical (CSFSU), určené pro dodávky chlazeného vzduchu a plynného dusíku do horního dílu Forward Skirt centrálního stupně rakety SLS. V srpnu bylo do blízkosti plošiny převezeno další rameno, Core Stage Intertank Umbilical (CSITU). Primární funkcí tohoto ramene je ventilace odpařeného plynného vodíku z prostoru nad vodíkovou nádrží. Rameno bude poskytovat i další služby - zajištění kontroly obsluhovaného prostoru a dodávky energie a dat pro systémy v intertanku. Počátkem září však bylo před blížícím se hurikánem Irma převezeno do bezpečí uvnitř budovy VAB, kde se k 30. září stále nachází. Po jeho instalaci bude dalším v pořadí rameno Interim Cryogenic Propulsion Stage Umbilical (ICPSU), určené pro obsluhu horního stupně rakety.

Na rampě 39B probíhá instalace nového deflektoru plamenů v příkopu pro odvod spalin. Deflektor bude odchylovat spaliny z centrálního stupně i vzletových motorů SRB jedním směrem příkopu, a to pryč od příjezdové cesty. První velká integrovaná operace na rampě začala 26. září počátečním zkušebním tankováním kulového zásobníku na kapalný kyslík, který je umístěn v severozápadním rohu rampy.

Instalace ramene CSFSU, 30. června

Instalace deflektoru plamenů na rampě 39B, 20. července

Zdroje informací:
https://www.nasaspaceflight.com/2017/09/sls-em-1-em-3-notional-mission-outline/
https://twitter.com/OrbitalATK/status/905159759715635200
https://www.nasaspaceflight.com/2017/09/sls-core-stage-pathfinder-barge-maf/
https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/multimedia/nasa-completes-welding-of-liquid-oxygen-tank-for-first-sls-flight.html
https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/nasa-completes-core-stage-hardware-for-first-sls-flight
https://www.nasaspaceflight.com/2017/07/rs-25-hot-fire-sls-flight-engines-em-1/
https://www.nasaspaceflight.com/2017/08/rs-25-another-controller-test-sls/
https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/multimedia/sls-core-stage-simulator-will-pave-way-for-mission-success.html
https://www.nasaspaceflight.com/2017/09/preparing-adaptor-lvsa-readies-sls-debut/
https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/multimedia/interim-cryogenic-propulsion-stage-moves-to-space-station-processing-facility.html
https://www.nasaspaceflight.com/2017/07/orion-undergoing-pre-mission-testing-denver/
https://orionesm.airbusdefenceandspace.com/blog/orion-propulsion-test/
Michal Václavík (Česká kosmická kancelář)
https://www.nasa.gov/feature/power-up-system-tests-prepare-orion-for-deep-space-exploration
http://news.lockheedmartin.com/2017-08-22-Lockheed-Martin-Powers-up-Next-Orion-Spacecraft-for-First-Time
https://www.nasa.gov/feature/turn-basin-prepped-for-space-launch-system-core-stage-arrival
https://www.nasaspaceflight.com/2017/07/mobile-launcher-armed-ready-sls/