תוכנית קונסטליישן

תוכנית קונסטליישן (באנגלית: Constellation program) הייתה תוכנית של סוכנות החלל האמריקאית נאס"א לחקר מאויש של החלל. המטרה הראשית של התוכנית הייתה להנחית אסטרונאוטים על הירח, להקים עליו בסיס קבע, ובהמשך לבצע משימות מאוישות לכוכב הלכת מאדים. התוכנית הייתה יוזמה של נשיא ארצות הברית לשעבר ג'ורג' ווקר בוש משנת 2004, ומטרתה בין השאר חלופה לתוכנית מעבורות החלל לאחר שיקורקעו. ב־1 בפברואר 2010 התפרסמה הצעת התקציב של נאס"א לשנת הכספים 2011, שבישרה על ביטולה המוחלט של התוכנית.
תוכנית קונסטליישן כללה פיתוח של חללית מרכזית חדשה, אוריון, ופיתוח החללית אלטאיר שתנחית את האסטרונאוטים על הירח. בנוסף, התוכנית כללה פיתוח של שני טילי שיגור חדשים לחלל. הראשון, ארס 1, היה אמור לשגר את החללית אוריון המאוישת והשני, ארס 5, את החללית אלטאיר והמטען הלא־מאויש.
החללית אוריון, הליבה של תוכנית קונסטליישן, תוכננה לביצוע משימות מגוונות, בהן משימות להחלפת צוותים ולחידוש אספקה לתחנת החלל הבינלאומית (המשימות הנוכחיות של מעבורות החלל), משימות מאוישות לירח ובעתיד למשימות מאוישות למאדים ואף לאסטרואידים. הטכנולוגיה של החללית אוריון מבוססת על מערכות שתוכננו במקור עבור מעבורות החלל האמריקאיות, ועיצובה מבוסס על חלליות אפולו משנות ה־60.
בשנת 2009 התקיים ויכוח בין אלו שטענו כי יש לשנות ואף לבטל את תוכנית קונסטליישן, לבין אלו שתמכו בה במתכונתה הנוכחית. בנוסף לכך, ועדה שבדקה בעבר את התוכנית, הגיעה למסקנה כי בתקציבה הנוכחי, לא ניתן יהיה לעמוד בלוח הזמנים שנקבע לתוכנית. ממשלו של ברק אובמה הכריע ב־1 בפברואר, והחליט לבטל את התוכנית.

היסטוריה

הרעיון לתכנון תוכנית חדשה לחקר החלל הושפע רבות מאסון מעבורת החלל קולומביה, שגרם לרבים לבקר את תוכנית החלל של ארצות הברית. תוכנית קונסטליישן הוצגה ב־14 בינואר 2004 בנאומו של נשיא ארצות הברית דאז, ג'ורג' בוש, שבו הוא הציג את החזון לחקר החלל, שהיווה את הבסיס לתוכנית קונסטליישן.

מנועים

החללית אלטאיר תשתמש בדלק קריוגני לשלב הנחיתה על הירח ולשלב ההמראה ממנו, בניגוד לדלק היפרגולי (הניצת מעצמו), בו השתמשו בימי תוכנית אפולו. החללית אלטאיר תשתמש במערכת של הליום בלחץ גבוה על מנת להזרים את הדלק והמחמצן אל המנועים, ולא במשאבות, על מנת לצמצם את הסיכון לתקלה במערכת מורכבת של משאבות דלק וחמצן למנועים רקטיים.
תכנון המשימות של "אוריון", כפי שמסתמן כעת, יחייב את החללית אלטאיר להגיע לנחיתה בקוטב הדרומי של הירח, ממסלול בעל נטייה (אינקלינציה). על מנת לבצע את התמרון הדרוש, הצורך דלק רב, לא יהיה די במנוע הראשי של החללית אוריון, ועיקר הנטל של תמרון ושינוי מסלול יוטל על מנועי הנחיתה של החללית אלטאיר. ממפרטי החללית שפורסמו עולה כי היא תצויד בארבעה מנועים מטיפוס RL-10, אשר בהם נעשה כבר שימוש בשלב העליון של המשגר "אטלס 5". מנועים אלה שורפים מימן נוזלי ומשתמשים בחמצן נוזלי כמחמצן. לשלב ההמראה, ולמפגש עם החללית "אוריון" הממתינה במסלול ירחי, יידרש מנוע יחיד מאותו הסוג.
בתחילה חשבו בנאס"א לצייד את שלב ההמראה מהירח בחללית אלטאיר במנוע השורף מתאן נוזלי כדלק וחמצן נוזלי כמחמצן, מתוך מחשבה על שימוש עתידי בתכנון זהה של חללית לנחיתה והמראה ממאדים. בנאס"א בוחנים מזה שנים יחידת המרה שתעשה שימוש בפחמן הדו־חמצני המצוי באטמוספירה של מאדים לשם ייצור מתאן וחמצן, עבור מנועי החללית. בשלב זה, הטכנולוגיה של מנועי מתאן/חמצן אינה בשלה, והעלויות הגבוהות של יחידות ההמרה הביאו את נאס"א להחלטה להתבסס על דלק קריוגני לנחיתות על הירח. עם זאת, במשימות עתידיות של תוכנית "אוריון", יעשה שימוש במנועי מתאן/חמצן לשם הוכחת הטכנולוגיה, וצבירת ניסיון לקראת המשימות המאוישות למאדים.

שימושים

כאמור, תפקידה העיקרי של אלטאיר הוא להנחית את האסטרונאוטים על הירח ולשגרם בחזרה לחללית אוריון, אך ניתן יהיה לנצלה כחללית מטען בלתי מאוישת, שתוכל להביא אל קרקע הירח אספקה וציוד לבסיס קבע מאויש על הירח שנאס"א מתכוונת לבנות.

משגרים

שלא כמו מעבורות החלל והמשגר סטורן 5, אשר היה בשמוש בתוכנית אפולו, בהם הצוות והמטען שוגרו ביחד, בתוכנית קונסטליישן תוכננו שני טילי שיגור שונים - ארס 1 - שישגר את החללית אוריון ובתוכה הצוות, וארס 5 - שישגר את המטען. שיטה זו של הפרדת המטען והצוות בשיגור אמורה לייעל את רכבי השיגור במשימותיהם השונות.

רכב שטח ירחי

לפני ביטול תוכנית קונסטליישן נאס"א עבדה על פיתוח של רכב שטח ירחי שנקרא LER ("רכב חשמלי ירחי" – Lunar Electric Rover). ה־LER תוכנן לפעילות חוץ רכבית על פני הירח. ה־LER יוכל להכיל שני אסטרונאוטים, אך במצבי חירום יוכל להכיל עד כארבעה אסטרונאוטים. ה־LER מורכב משני חלקים - השילדה ותא הנוסעים. בתוך תא הנוסעים האסטרונאוטים לא יצטרכו ללבוש חליפות חלל. הרכב מתוכנן כך שיהיה אפשר להשתמש בו גם ללא תא הנוסעים, ובמצב שכזה, האסטרונאוטים ישבו על גבי הרכב לבושים בחליפות חלל. ל־LER יהיו 12 גלגלים שיהיו מסוגלים להסתובב ב־360 מעלות, מה שיאפשר לרכב השטח הירחי לנוע בכל כיוון. רכב השטח הירחי יוכל לנוע גם במקומות בעלי תוואי שטח קשים ומסובכים.

משימות לתחנת החלל הבינלאומית

בטיסות למסלול לווייני נמוך ולמשימות שירות בתחנת החלל הבינלאומית, השיגור של החללית אוריון יערך על גבי טיל השיגור ארס 1, וללא שיגור נוסף של טיל המטען ארס 5. במשימות אלו, החללית אוריון תכיל שישה אסטרונאוטים, שהוא מספר האסטרונאוטים המרבי שהיא יכולה להכיל. בערך כשתי דקות לאחר ההמראה של ארס 1, שלב הדלק המוצק יתנתק (וימוחזר להמראות נוספות), ומנועי ה־J-2X יוצתו. לאחר כמה דקות נוספות בהם ישוחררו מארס 1 הכיסויים שמכסים את החללית אוריון, יכובו המנועים, והחללית תכנס למסלול לווייני נמוך. 45 דקות לאחר מכן, מנועי ה־J-2X יוצתו מחדש וישנו את מסלול החללית. לאחר מכן תתנתק החללית אוריון לחלוטין מטיל ארס 1 ותפרוש את הפאנלים הסולאריים שלה.
לאחר "מרדף" בן יומיים, החללית אוריון תגיע לתחנת החלל הבינלאומית ותעגון בה. האסטרונאוטים ישהו בתחנה לתקופה של בערך שישה חודשים, בה הם יבצעו את משימותיהם ומחקריהם. לאחר מכן החללית תתנתק מתחנת החלל הבינלאומית. בכניסה לאטמוספירה, תא השירות שבחללית אוריון יתנתק ויישרף באטמוספירה, בעוד תא הנוסעים של החללית, ובו האסטרונאוטים ימוגן על ידי מגן חום, שיאט את מהירות החללית מ־28,000 קמ"ש ל־480 קמ"ש ויגן על החללית והאסטרונאוטים מפני החום העצום שנוצר עקב החיכוך עם האוויר בנפילה. לאחר פתיחת המצנחים וכריות אוויר מיוחדות, החללית תנחת בחבטה. שלא כמו תא הנוסעים בתוכנית אפולו, תא הנוסעים בחללית אוריון יוכל להיות בשימוש עד כ־10 פעמים בנסיבות רגילות.

משימות מאוישות לירח

שלא כמו בתוכנית אפולו, במשימות תוכנית קונסטליישן לירח תהיה הפרדה בין שיגור הצוות והחללית אוריון לבין שיגור המטען.
בתחילה, ישוגר המטען, שכולל את שלב העזיבה מכדור הארץ ואת חללית הנחיתה על הירח אלטאיר, על גבי טיל השיגור ארס 5. לאחר הגעתו של ארס 5 למסלול נמוך סביב כדור הארץ, יתנתק הטיל ומנועיו מן המטען, יפול וישרף באטמוספירה. המטען עצמו, שלב העזיבה מכדור הארץ וחללית הנחיתה על הירח אלטאיר יחכו במסלול אורביטלי סביב כדור הארץ לחללית אוריון.
כשעה וחצי לאחר שיגור ארס 5, ישוגר ארס 1 ובתוכו החללית אוריון וצוות של ארבעה אסטרונאוטים. עם ההגעה לחלל תתנתק החללית אוריון מטיל ארס 1 ותתחבר עם חללית הנחיתה על הירח אלטאיר ושלב העזיבה מכדור הארץ. לאחר ההתחברות, יוצת המנוע של שלב העזיבה מכדור הארץ למשך כמה דקות בודדות, ויטיס את החללית אוריון ואת אלטאיר לכיוון הירח, לאחר מכן יתנתק שלב העזיבה מכדור הארץ מחללית אוריון ומאלטאיר ויחוג במסלול אורביטלי סביב השמש, או שיתרסק על הירח. הטיסה לירח תמשך כשלושה ימים.
עם ההגעה לירח, תיכנס החללית אוריון שמחוברת לחללית הנחיתה על הירח אלטאיר למסלול סביב הירח. לאחר מכן הצוות יכוונן את החללית אוריון לטיסה לא מאוישת סביב הירח, וייכנס לחללית הנחיתה על הירח אלטאיר. לאחר אישור מבקרת המשימה שבכדור הארץ, תתנתק אלטאיר מאוריון, ותנחת על הירח במקום שנקבע מראש. לאחר הנחיתה על הירח, הצוות יבצע את משימותיהם ומחקריהם בירח. לאחר ביצוע משימותיהם, הצוות ייכנס לשלב ההמראה מהירח שבחללית אלטאיר, וימריא לכיוון החללית אוריון. לאחר העגינה עם החללית אוריון, יעבור הצוות לאוריון, והחללית אלטאיר תתנתק ממנה ותתרסק על הירח. לאחר ההתנתקות מאלטאיר, מנוע ה־AJ-10 שעל החללית אוריון יוצת, והחללית תחזור לכדור הארץ בטיסה שתיארך כיומיים וחצי. עם ההגעה לכדור הארץ, יתנתק תא הנוסעים של החללית אוריון מתא השירות, שישרף באטמוספירה. מסלול הכניסה של תא הנוסעים של החללית אוריון לכדור הארץ אמור לעזור להאטת החללית (יחד עם מגן החום) וגם לאפשר לחללית לנחות בחוף המערבי של ארצות הברית. תא הנוסעים ימוגן על ידי מגן החום, ועם הגעה למהירות של בערך 480 קמ"ש יפתחו המצנחים וייתנפחו כריות אוויר מיוחדות, ותא הנוסעים של החללית אוריון ינחת על כדור הארץ.

משימות מאוישות לאסטרואידים

משימות מאוישות לאסטרואידים, הם תוכנית מוצעת של נאס"א כחלק מתוכנית קונסטליישן. במסגרת התוכנית המוצעת, יונחתו אסטרונאוטים על אסטרואיד שקרוב לכדור הארץ ויבצעו עליו את משימתם, בין אם זו חקירה מדעית של האסטרואיד או אולי אף משימה להגנה על כדור הארץ מפני פגיעת אסטרואיד בו. משימה לאסטרואיד תתחיל דומה מאד למשימות מאוישות לירח, עם שני שיגורים שונים - ארס 1 שישגר את החללית אוריון וצוות של 3 אסטרונאוטים (בניגוד ל־4 במשימה לירח ו־6 לתחנת החלל הבינלאומית), וארס 5 שישגר את שלב העזיבה של כדור הארץ ומודול נחיתה שיהיה מבוסס על החללית אלטאיר. לאחר ההתחברות של אוריון עם מודול הנחיתה ושלב העזיבה של כדור הארץ, השלב יטיס את החללית אוריון ומודול הנחיתה אל עבר אסטרואיד קרוב לכדור הארץ, עם ההגעה לאסטרואיד, אוריון תנחת על האסטרואיד כשהיא על גבי מודול הנחיתה, והאסטרונאוטים יבצעו את משימתם. עם סיום משימתם על האסטרואיד, החללית אוריון תתנתק מהאסטרואיד ותשוב לכדור הארץ. עם ההגעה לכדור הארץ, תא הנוסעים של החללית אוריון יתנתק משאר החללית וממודול הנחיתה ויכנס לאטמוספירה לנחיתה על האוקיינוס.

ויכוח לגבי המשך מימון התוכנית

ב־2009, לאחר גידול בתקציב הנדרש לפיתוח תוכנית קונסטליישן, הורה ממשלו של נשיא ארצות הברית ברק אובמה לבצע בדיקה מחודשת של התוכנית. ממצאי הבדיקה הראו שלפי התקציב הנוכחי של התוכנית, לא ניתן יהיה לבצע טיסות מאוישות לירח ולמאדים.
ממשל אובמה העדיף לבטל את הפיתוח של ארס 1 ולפתח רק את ארס 5, שבמקום שיגור המטען בלבד, ישגר גם את האסטרונאוטים. העדפה זו נבעה מתוך שיקולי תקציב. אולם שימוש בארס 5, שהוא טיל מאסיבי הדורש כמויות דלק עצומות, למשימות מאוישות למסלולים נמוכים סביב כדור הארץ (למשל לתחנת החלל הבינלאומית), יהיה יקר מאד ובזבזני. המתנגדים לשינוי בתוכנית קונסטליישן, טוענים שהדבר לא יוזיל את העלויות ולא יהפוך את המשימות לבטוחות יותר. לפי מייקל גריפין, לשעבר מנהל נאס"א, תקציבה של נאס"א פחת בכ־20% מאז שנת 1993.

ביטול התוכנית

בהצעת התקציב של נאס"א לשנת 2011, שהוצגה לציבור ב־1 בפברואר 2010, נמסר על ביטולה המוחלט של תוכנית קונסטליישן, ביטול מיזמי הפיתוח של ארס 1 ו־5, ביטול פיתוח החללית אוריון CEV, ונטישת התוכנית לחזרה של אסטרונאוטים אמריקניים לירח בשנת 2020. ארצות הברית מתעתדת להסתמך על חלליות מאוישות שיפותחו על ידי המגזר הפרטי, וכן על שימוש מוגבל בחלליות סויוז רוסיות, לצורך שינוע צוותים אל תחנת החלל הבינלאומית וממנה.
במקום התוכנית לחזור אל הירח, הציע הממשל לפתח חללית רב תכליתית חדשה - האוריון MPCV - שתשמש את תוכנית החלל המאוישת של ארצות הברית ותחליף את האוריון CEV. הממשל הציע גם לפתח משימה שתנחית אסטרונאוטים על אסטרואיד על ידי האוריון MPCV, ולהקציב כספים לפיתוח מערכות הנעה חדשות, שיוכלו להביא אסטרונאוטים אל מאדים בזמן קצר יותר.