Orion (kosmoselaev)

Orion on NASA arendatav kosmoselaev, mis peaks plaanide järgi viima 4 astronauti Maa-lähedasest orbiidist kaugemale. Orion viidaks kosmosesse Space Launch Systemiga ja see peaks võimaldama asteroidide ja Marsi mehitatud uurimise. Samuti on Orion sobilik ISSist meeskondade või kauba tagasitoomiseks Maale.
NASA avalikustas Orioni 24. mail 2011. Selle disain põhineb tühistatud Constellationi programmi raames loodud Orionist. Orion koosneb kahest moodulist. Juhtimismooduli ehitab Lockheed Martin ning teenindusmooduli tarnib Euroopa Kosmoseagentuur ja selle ehitab Airbus.
Orioni esimene mehitamata katselend Exploration Flight Test 1 (EFT-1) toimus 5. detsembril 2014 ning see kestis 4 tundi ja 24 minutit. Orioni esimene mehitatud missioon toimub plaanide kohaselt mitte varem kui 2023. aastal, kuid NASA ametnikud on kinnitanud, et meeskond töötab "agressiivse eesmärgi nimel" saada Orion valmis 2021. aastaks. 2016. aastal avaldatud GAO raporti kohaselt on 2023. aasta starditähtaeg kaheldav, väites, et stardiaeg võib nihkuda kuni 6 kuu võrra edasi. Samuti oli raportis kirjas, et NASA eesmärk saata mehitatud missioon kosmosesse 2021. aastal on ainult 40% tõenäoline ning võib mõjuda kogu programmile kahjulikult.
Ajalugu.
Orion Crew Exploration Vehicle (CEV).
George W. Bush avalikustas 2004. aasta 14. jaanuaril CEV ühe osana Vision for Space Explorationi plaanist. CEV loodi osalt kosmosesüstiku Columbia katastroofi ning selle uurimisel avastatud leidude tulemusena. CEV asendas arendamisjärgus olnud Orbital Space Plane-i (OSP), mis pakuti välja pärast Lockheed Martin X-33 programmi tühistamist. Hiljem arenes Vision for Space Exploration plaan Constellationi programmiks ning sellega koos muudeti CEV nimi Orioni tähtkuju järgi Orion Crew Exploration Vehicle'iks.
Constellationi programm pakkus välja Orion CEV kasutamise nii meeskonna kui ka kauba transportimiseks Rahvusvahelisse kosmosejaama ning samuti ka meeskonna kapslina Kuult naasmiseks. Selle Apollo disaini sarnane disain hõlmas teenindusmoodulit koos elamist võimaldava aparatuuri ja mootoritega. Algselt oli plaanitud, et Orion CEV maandub kõvale pinnasele USA läänerannikul, kasutades õhkpatju, aga hiljem muudeti see maandumismeetod ookeanisse maandumise vastu. Orion CEV kaalub umbkaudu 23 tonni, vähem kui 30-tonnine Apollo juhtimis- ja teenindusmoodul. Meeskonna moodul kaalub umbkaudu 8,9 tonni, võrreldes Apollo juhtimismooduli 5,8 tonniga. Samuti on CEV mõõtmetelt suurem, võrreldes Apollo juhtimismooduliga, olles 5-meetrise diameetriga, samas kui Apollo moodul on 3,9 meetrit. Suuremate mõõtmete tõttu on CEV efektiivne ehk kasutatav ruumala ligi 2,5 korda suurem kui Apollo juhtimismoodulil. Algselt oli plaanitud, et teenindusmooduli rakettmootorid kasutavad kütusena vedelat metaani, aga arenduse hilisemas staadiumis vahetati see rohkem standardse, segunemisel isesüttiva kütusega (näiteks hüdrasiin ja dilämmastiktetraoksiid). Muutmise põhjuseks oli hapniku/metaaniga töötavate rakettmootorite tehnoloogia algelisus ning samuti ka ajalised piirid, kuna eesmärgiks oli Orion CEV valmis saada 2012. aastaks.
Orion CEV koosneb kahest põhiosast: koonuselisest meeskonnamoodulist ja silindrilisest teenindusmoodulist, millesse on paigutatud rakettmootorid ja vajalikud tarbematerjalid. Mõlemad moodulid põhinevad suuresti Apollo juhtimis- ja meeskonnamoodulitel, mida kasutati 1967.–1975. aastani.
Kuu missioonide jaoks plaaniti kasutada Ares I raketti Orion CEV ülessaatmiseks Maa-lähedasele orbiidile, kus ta põkkuks Altair kosmoselaevaga (LSAM), millega maandutaks Kuule.
Constellationi programmi katkestamine.
Augustine'i komitee, tuntud ka kui USA mehitatud kosmoselennu plaanide ülevaatamise komitee, kutsus kokku 7. mail 2009 Obama administratsioon, et läbi viia sõltumatu hindamine tollase NASA kosmose avastamise programmi kohta. Komitee leidis, et kogu Constellationi programm oli tol ajal tõsiselt alarahastatud ja probleemses olukorras. Programm oli hindamise ajal graafikust üle nelja aasta maas, paljude komponentide eelarve oli mitmekordselt ületatud ning programmile eraldatud eelarvega polnud võimalik saavutada seatud eesmärke. Komisjon soovitas leidude põhjal, et ressursid tuleks põhjalikult ümber jaotada ning eesmärke muuta. Ühena mitmest tagajärjest komisjoni soovitustele katkestati Constellationi programm, millega koos lõppes ka Altairi kosmoseaparaadi ning Ares I ja Ares V rakettide arendus. Orion Crew Exploration Vehicle'i arendus vaatamata programmi katkestamisele jätkus ning Orion CEV uueks nimeks sai Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV).
Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV).
Läbi Constellationi programmi restruktureerimise ja programmi katkestamise muutus Orioni arenduse viis. Algselt arendati Orioni programmi käigus MPCV-st kolme versiooni, millest igaüks suutis täita ühte kindlat tüüpi ülesannet. Hiljem jätkati ühe versiooni arendamisega, mis suudab teha mitut ülesannet. Mingil määral ümber disainitud MPCV läbis 30. oktoobril 2014 oma esimese lennuvalmiduse inspektsiooni (Flight Readiness Review), mis lubab sõiduki paigaldada Delta IV raketile ning seada valmis stardiks. 5. detsembril 2014 läbis MPCV esimese eduka kosmoselennu Exploration Flight Test 1, maandudes edukalt merre ning märkides seega ka NASA tagasitulekut mehitatud kosmoseaparaatide arendamisse.
Disain.
Orion MPCV kasutab Apollo juhtimismooduli disaini põhielemente, aga kasutades uuemaid tehnoloogiaid ning seega suurendades ka võimekust. See on disainitud eelkõige pikkade süvakosmose missioonide jaoks, mis jaotuvad kuni 21 päeva mil meeskond peab olema aktiivne ning kuni 6 kuu pikkust vaikset perioodi. Vaikse perioodi ajal oleks kasutuses lisamoodul, näiteks NASA Deep Space Habitat (DSH), milles on sel perioodil kasutatavad elutagamissüsteemid. Orion MPCV mootorid, avioonika, kuumuskilp ning elutagamissüsteemid on projekteeritud nii, et neid on tulevikus lihtne uute tehnoloogiate vastu vahetada.
MPCV kosmosesõiduki alla kuuluvad peale meeskonnamooduli ka teenindusmoodul ja adapter, millega ühendatakse MPCV raketi külge, mis viib selle orbiidile.
Orioni meeskonna moodul on Apollo omast suurem ning on võimeline mahutama suuremat meeskonda nii lühi- kui ka pikaajalisteks missioonideks. Teenindusmoodul täidab MPCV-s mitmeid ülesandeid: põhiülesandeks on Orioni liigutamine ja kogu sõiduki varustamine õhu ja elektriga, moodulis hoitakse astronautide jaoks ka vee ja hapniku varusid ning spetsiifilisi eksperimente ja kaupa.
Meeskonnamoodul.
Orioni meeskonnamooduli ehitas Lockheed Martin Corporation. See on taaskasutatav, transpordiks mõeldud kapsel, kus meeskond elab missiooni ajal ning kus hoiustatakse tarbematerjale ja uurimisseadmeid. Meeskonnamoodulit kasutatakse meeskondade rotatsioonil ka põkkumisdüüsina. See on ainus osa kogu Orionist, mis tuleb Maale tagasi pärast igat missiooni. Võrreldes Apollo meeskonnamooduliga on sellel sisemist ruumala umbkaudu 50% rohkem ja on võimeline mahutama neli kuni kuus astronauti. Moodul on sarnaselt Apollo meeskonnamooduliga 57,5° koonuse kujuga, aga mõõtmetelt suurem: 5,02 meetrit lai, 3,3 meetrit kõrge ning kaalub umbkaudu 8,6 tonni.
Pärast pikka uuringut otsustas NASA kasutada meeskonnamooduli valmistamisel Avcoati ablaatoreid, mis koosnevad klaaskiududest, kus kiud on omavahel seotud fenool-formaldehüüdiga, moodustades kärgstruktuuri. Avcoati ablaatoreid kasutatakse moodulil kohtades, kus on missiooni teatud etappides väga kõrged temperatuurid. Varem on Avcoati kasutatud Apollo missioonidel ja teatud kohtades ka kosmosesüstikutel. 
Meeskonnamoodulis kasutatakse mitmeid uudseid tehnoloogiaid, nagu näiteks: 
Moodul ehitatakse alumiiniumi ja liitiumi sulamist, mida on kasutatud ka kosmosesüstiku välimisel kütusepaagil ning Delta IV ja Atlas V rakettidel. Kohtades kus ei ole ohtu suurele kuumusele, nagu näiteks laadungikambri ustel, kasutatakse Nomex tüüpi pakse soojustõkke tekke. Langevarjud on taaskasutatavad, valmistatud samast Nomex-riidest ja põhinevad Apollo langevarjudel. Orion on disainitud merre maandumiseks ning seda saab ka hõlpsasti pärast maandumist merest välja tuua.
Selleks et MPCV saaks teiste kosmosesõidukitega põkkuda, on see varustatud NASA Docking Systemiga, mis sarnaneb teatud määral APAS-95 põkkumismehhanismiga, mida kasutati kosmosesüstikutel. Samuti on meeskonnamooduli külge kinnitatud Launch Abort System (LAS), mida saab kasutada juhul kui stardiplatvormil või õhkutõusu ajal peaks tekkima katastroofiline rike. LAS on võimeline lühiajaliselt tekitama suuremat kiirendust kui raketi mootorid õhku tõusmise ajal, mistõttu meeskonnamoodul ühendatakse ülejäänud raketist lahti ning LAS veab selle raketist eemale. Sarnast süsteemi kasutati ka Mercury ja Apollo rakettidel.Õhku tõusmise ajal kasutatakse meeskonnamooduli peal "kaitsvat kilpi", mis kaitseb moodulit aerodünaamiliste pingete ning muude võimalike väiksemate põrgete eest esimesed 2,5 minutit pärast starti. MPCV disaininud insenerid väidavad, et võrreldes kosmosesüstikuga, on Orioni meeskonnamoodul 10 korda turvalisem nii õhkutõusul kui ka atmosfääri taas-sisenemisel. Kõik meeskonnamooduli komponendid on disainitud nii üldistena kui võimalik, see võimaldab tehnoloogiate arenedes pärast esimest katselendu 2014. aastal komponente uuemate ja paremate vastu vajadusel välja vahetada.
Automated Transfer Vehicle'il põhinev Euroopa teenindusmoodul.
2011. aasta mais avalikustas Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) peadirektor võimaliku koostööplaani koos NASA-ga Automated Transfer Vehicle (ATV) edasiarenduse valmistamiseks. Airbus Defence and Space teavitas, et neile esitati pakkumine kahe uuringu läbiviimiseks (kumbki on väärt 6,5 miljonit eurot), hindamaks võimalusi ATV ja Columbus missioonidega seotud tehnoloogiate ning kogemuste rakendamiseks uute missioonide jaoks. Üks uuring keskendus uue võimaliku teenindusmooduli ehitamisele, mida saaks kasutada koos Orioni meeskonnamooduliga. Teine uuring keskendus võimalikkusele ehitada mitmeotstarbeline kosmosesõiduk.
21. novembril 2012 teatas Euroopa Kosmoseagentuur plaanidest valmistada Automated Transfer Vehicle'il põhinev teenindusmoodul Orion MPCV jaoks. Teenindusmoodul valmistatakse Bremenis Saksamaal Airbus Defence and Space'i poolt ning see teeb oma debüütlennu koos Orioni esimese missiooniga Exploration Mission 1. Teenindusmooduli testimine algas 2016. aasta veebruaris Space Power Facilitys.
16. veebruaril 2017 allkirjastasid Airbus ja ESA 200 miljoni euro suuruse lepingu teise teenindusmooduli valmistamiseks, mida plaanitakse kasutada Orioni esimesel mehitatud lennul.