Ny giv for gjenbrukbar romtransport

Romfergen har fortsatt mange oppgaver og en lang levetid foran seg, men NASA har intensivert arbeidet med å finne en sikrere og rimeligere etterfølger.

Da USAs visepresident Al Gore i juli 1996 bidro til å markere starten på Lockheed Martins X-33 program, trodde NASA at eksperimentfarøyet ville foreta den første av 15 suborbitale prøveferder i desember 1999. X-33 skulle være en modell i omkring halv skala av det gjenbrukbare løftskrogfartøyet VentureStar, som man håpet ville redusere oppskytingskostnadene fra omkring 22.000 dollar til 2200 dollar pr. kilogram nyttelast. VentureStar ble omtalt som et rent kommersielt romtransportsystem, og man regnet med at det kunne være klart til bruk som en mulig romfergeetterfølger i 2004–2005.

Avgjørelsen om full utvikling og bygging skulle imidlertid ikke tas av Lockheed Martin og industripartnerne før X-33-prøveprogrammet var unnagjort.

Problemer

En måte å oppnå kostnadsreduksjon på, er å søke en ett-trinn-til-bane løsning. Dette byr imidlertid på betydelige tekniske utfordringer – fordi transportsystemets masse, uten drivstoff og nyttelast, må være meget lav.

X-33, som hadde til oppgave å demonstrere løftskrogkonseptet, er konstruert med adskillig ny teknologi. Det skulle for eksempel opereres ubemannet, i stor grad benytte lette, sterke komposittmaterialer, drives av såkalte pluggdysemotorer og bruke en ny type varmeskjold. Da NASA i 1996 valgte Lockheed Martin fremfor to konkurrenter med mer konvensjonelle konstruksjoner, var det ikke minst fordi romorganisasjonen ønsket å gå helt nye veier.

Ikke uventet oppsto det problemer. Én ting var at utvikling og prøving av pluggdysemotorene tok lengre tid enn forutsatt. Motortypen uten de velkjente, klokkeformede dysene har ikke vært prøvd i rommet, og levering fra Boeings side ble forsinket. Forsinkelsen kostet noe slikt som 36 millioner dollar.

Enda mer alvorlig er det at komposittankene for flytende hydrogen ikke holdt mål. Sent i 1998 ble det oppdaget bobler og sprekker på overflaten av en tank under varmebehandling. Etter en prøve med flytende hydrogen ved minus 253 grader, og med simulerte flybelastninger den 3. november 1999, ble en tank fullstendig ødelagt av det den offisielle granskningsrapporten kalte kryopumping: Luft hadde trengt gjennom mikroskopiske overflatesprekker under de simulerte belastningene og frosset til is i et lag honeycomb-materiale. Da prøven var over og hydrogenet tømt ut, gikk luften atter over i gassform, men nå uten de samme mulighetene for å unnslippe. Honeycomb-laget blåste opp og grafittlagene løsnet.

Oppskyting i 2003?

Et skifte til aluminiumstanker for hydrogenet vil trolig føre til økt masse pluss ytterligere tap av tid og penger. På den annen side er X-33 nå 75 prosent ferdigbygd ved Lockheed Martins Skunk Works i Palmdale, California. Mer enn 95 prosent av alle deler og komponenter er produsert, prøvd og levert.

NASAs støtte var opprinnelig 941 millioner dollar, som skulle vare ut 1999 og utbetales ved milepælpasseringer. Lockheed Martins bidrag lå på 220 millioner dollar. Med tekniske problemer, nærmest oppbrukte midler og tidspunktet for første prøveoppskyting i det blå, ble det på ettersommeren i år avholdt en serie møter mellom romorganisasjonen og Lockheed Martin for å stikke ut den fremtidige kursen. Den 29. september var beslutningen klar: Arbeidet skal fortsette og materialet i hydrogentankene skiftes. Dessuten ble 2003 angitt som mål for første oppskyting i prøveserien.

Space Launch Initiative

Penger til det fortsatte arbeidet strekker seg imidlertid bare ut mars 2001, og er skaffet til veie ved en omrokering av NASAs milepælutbetalinger. Arbeid ut over dette, og dermed muligheten for å få til en første oppskyting i 2003, er først og fremst avhengig av hvordan Lockheed Martin gjør det i forhold til Space Launch Initiative (SLI).

SLI, som ble fremmet av NASA som en del av romorganisasjonens forslag til budsjett for budsjettåret 2001, skal ha som prioritert oppgave å fremme utviklingen av sikre og forholdsvis rimelige gjenbrukbare romtransportsystemer av andre generasjon før 2010.

Ifølge planene som forelå i september, skal NASA frem mot 2005 investere omkring 4,5 milliarder dollar i teknologiutvikling og innledende konstruksjon. Dette opplyser en representant for romorganisasjonens ledelse ved hovedkvarteret i Washington, DC til Teknisk Ukeblad.

Denne gangen skal ikke alle eggene legges i én kurv: Etter konkurranse mellom åtte selskaper, blant annet Boeing, Kelly Aerospace, Lockheed Martin og Pratt & Whitney, skal det satses på minst to alternativer. Målet er at fullskalautviklingen kan begynne i 2005 og at to transportsystemer er klare til bruk i 2010. Innen sikkerhetsområdet tilstrebes en risiko på under 0,1 prosent, noe som innebærer fatale uhell på bare én av 1000 oppskytninger. Oppskytingskostnadene skal være omkring 2200 dollar pr. kilogram nyttelast.

Forskning

Tallene skal ytterligere ned for tredje generasjons gjenbrukbare transportsystemer omkring 2025 og fjerde geneerasjons systemer omkring 2040. For tredje generasjon kan det bli snakk om en risiko på 0,001 prosent og en oppskytingskostnad på 220 dollar pr. kilogram, for fjerde generasjon en risiko på 0,002 prosent og en kostnad på kanskje bare 22 dollar pr. kilogram nyttelast.

Betingelsen for å få dette til er imidlertid utstrakt forskning og utvikling på en lang rekke felt. For eksempel innen fremdrift mener NASA at tredje generasjons tranportsystemer vil kreve en spesiell innsats for å få til en kombinasjon av en ramjet og en scramjet (supersonic combustion ramjet) motor for bruk nede i atmosfæren, en rakettbasert kombinasjonsmotor som benytter luft, deretter medbrakt oksygen i overgangen fra atmosfære til rom, dessuten pulsdetonasjonsmotorer for bruk ute i rommet.

Marshall Space Flight Center har lenge arbeidet aktivt med alle disse motortypene. NASA-senteret har i tillegg begynt å se på muligheten av å akselerere transportsystemer i startfasen ad elektromagnetisk vei.

Forbedringer

Selv om SLIs utvikling av et andregenerasjons gjenbrukbart transportsystem skulle følge tidsplanen, vil det være oppgaver for romfergeflåten frem til 2012. Sannsynligvis kommer den til å bli brukt enda lenger, noe som ikke burde by på problemer med forbedringer og skikkelig vedlikehold. – Romfergen vil godt kunne fly i 20–30 år til, ble det sagt ved NASA-hovedkvarteret.

Hver av de fire fergene er konstruert for 100 oppskytinger. Discovery har gjennomført 28, Columbia, den første som fløy i rommet (12. april 1981), 26, Atlantis 22 og Endeavour, den nyeste, 14. Og NASA kommer til å bruke 1,5–2,2 milliarder dollar på forbedringer de neste fem–seks årene. Forbedringene har en klar sikkerhetsprofil, og omfatter blant annet oppgraderte hovedmotorer, ny cockpitutrusting med ni nye dataskjermer og Head up Display (HUD) i form av gjennomsiktige dataskjermer ved frontrutene, senere også en avionikkoppgradering til det som kalles smart cockpit, altså mer automatikk for å redusere arbeidsbelastningen for pilotene. Dessuten elektrisk drevne hjelpeaggregater for å bli kvitt de gamle, som drives med hydrazin, et bedre system for å justere dysene på faststoffmotorene, nye og sterkere dekk på hjulene i landingsstellet pluss bedre sveisemetoder for å fabrikere den store utvendige drivstofftanken.

Etter 2006 får man sannsynligvis faststoffmotorer med et nytt drivstoffsegment som gis større skyvkraftmarginer og mulighet for å komme opp i bane selv om en hovedmotor skulle svikte. I neste omgang vil de påspente motorene bygges for flytende drivstoff, som gir ytterligere økning i ytelsen. I tillegg kan de utstyres med vinger, kontrollflater og styresystemer som gjør at de kan fly tilbake og gjennomføre en automatisk landing ved Kennedy-romsenteret.

Dersom SLI skulle satse på en videreutviklet romfergeløsning som ett av de to parallelle prosjektene, er det sannsynlig at mannskapets sikkerhet vil bli bedret på en mer direkte måte, eksempelvis med en separerbar kabinseksjon.