De Orion ruimtecapsule

De Orion is de nieuwe generatie ruimtecapsule van de NASA die mensen voorbij een baan om de Aarde moet brengen.

Het ruimtevaartuig heeft in 2014 al een reis naar de ruimte gemaakt en zal naar verwachting binnenkort de tweede reis gaan beginnen met de Artemis 1-missie. Deze missie zal naar verwachting op zijn vroegst op 29 augustus 2022 worden gelanceerd. Na deze onbemande testmissie zullen nog twee missies volgen: eentje in een baan om de Maan en tenslotte een landing op de Maan.

De Orion is qua vorm vergelijkbaar met de Apollo’s en is ontworpen om maximaal vier astronauten naar bestemmingen zoals de Maan of Mars te vervoeren. Orion is een belangrijke upgrade van het Apollo-programma – het ruimtevaartuig is nieuwer en veel groter dan Apollo en is uitgerust met elektronica die veel geavanceerder is dan wat de astronauten in het Apollo-tijdperk gebruikten om naar de Maan te vliegen.

Orion ruimtevaartuig – gegevens

• Bemanning: max. 4
• Hoogte: 15 meter (inclusief een system gebruikt om de lancering af te breken)
• Diameter (aan de basis): 5,2 meter
• Maximum aantal dagen in de ruimte: 21
• Massa (Artemis 2): 7770 kilogram
• Zonnepanelen: 4

Ontwikkelingsgeschiedenis Orion ruimtevaartuig

Lockheed Martin is de hoofdaannemer van het ruimtevaartuig. Het bedrijf begon in 2004 aan het ruimtevaartuig tijdens een wedstrijd voor het contract. Dit contract dat in augustus 2006, toen Lockheed Martin de aanbesteding had gewonnen, heeft een waarde van 8,2 miljard dollar.

Orion werd oorspronkelijk gebouwd voor het Constellation-programma van de NASA dat bedoeld was om mensen naar het internationale ruimtestation, de Maan en uiteindelijk Mars te brengen. Dit programma werd in 2010, tijdens de regering van Obama, geannuleerd want NASA moest zich met andere dingen gaan bezighouden.

Op dat moment had NASA al 5 miljard dollar uitgegeven aan de ontwikkeling van Orion en Lockheed had ongeveer zes jaar aan het ruimtevaartuig gewerkt. Begon 2011 liet NASA doorschemeren dat Orion hergebruikt zou kunnen worden voor de nieuwe richting van NASA. Het bureau volgde met een plan voor het Multi-Purpose Crew Vehicle. Een plan dat relatief dicht bij het vorige Orion-ontwerp lag, maar in plaats daarvan kon worden gebruikt voor het nieuwe mandaat.

Orion volhardde tijdens zijn ontwikkeling terwijl NASA de programmadoelen opnieuw veranderde toen de Amerikaanse president Donald Trump het bureau opdracht gaf om in 2024 weer op de Maan te landen in plaats van de verre ruimte te verkennen. Dit programma, dat uiteindelijk bekend staat als Artemis, zal uiteindelijk iets na deze deadline mensen op de Maan gaan zetten. De vertraging is veroorzaakt door diverse problemen die we hieronder zullen bespreken.

Naast vliegtests heeft Orion vele jaren grondtesten doorstaan om zijn gereedheid voor de ruimte te garanderen. Enkele recente mijlpalen (na de eerste, succesvolle ruimtevlucht) zijn onder andere het voltooien van parachutetesten in 2018, het behalen van een belangrijke voortstuwingstest in 2019 en het uitvoeren van splashdown-testen in een zwembad in 2021 om zich voor te bereiden op de eerste mensen aan boord van de Artemis 2-missie.

Orion – ontwerp en interieur

Het Orion ruimtevaartuig bestaat uit een capsule en een servicemodule die samen ongeveer 8 meter lang zijn. De diameter bedraagt 5 meter. Het bewoonbare volume van het ruimtevaartuig is 9 kubieke meter wat ongeveer 1,5 keer groter is dan de Apollo-capsule.

De bemanningsmodule is slechts een van de vele componenten van het ruimtevaartuig. Orion bevat ook een systeem voor het afbreken van de lancering om astronauten met ontsnappingsraketten weg te trekken van het ruimtevaartuig als er iets misgaat tijdens de lancering.

De servicemodule, gebouwd door de ESA, bevat zonnepanelen voor elektriciteit, zuurstof voor de ademhaling en raketmotoren om het ruimtevaartuig voort te stuwen. Orion bevat ook een ruimtevaartuigadapter (die de servicemodule tijdens de lancering afschermt) en een instrumenteneenheid met het geledings- en controlesysteem voor de booster.

Het interieur van Orion zal een strakke set schermen bevatten voor astronauten om, in overleg met Mission Control van het Johnson Space center van de NASA in Houston, belangrijke systemen en de missievoortgang in de gaten te houden.

Omdat er astronauten van verschillende groottes met Orion naar de Maan worden gestuurd moeten de schermen en stoelen voor 99% van de mensen geschikt zijn. Dat betekent dat de onderste onderdelen van de stoelen verstelbaar moeten zijn en dat de schermen zo moeten worden geplaatst dat de kleinste en de grootste astronauten alle bedieningselementen kunnen bereiken.

Raamschermen kunnen op de schermen worden geplaatst om zonlicht buiten te houden en met slaapzakken kunnen astronauten zich comfortabel vastmaken aan een plek in het ruimtevaartuig om gewichtloos te slapen.

NASA put uit tientallen jaren van onderzoek in het International Space Station, de space shuttle en eerdere programma’s om astronauten veilig en comfortabel te houden. Zo werden akoestiekspecialisten geraadpleegd om ervoor te zorgen dat de apparatuur op een comfortabel niveau bromde en dat noodapparatuur binnen handbereik wordt opgeborgen in geval van brand of plotselinge drukverlaging.

ORION Exploration Flight Test-1

De eerste ruimtemissie van Orion was Exploration Flight Test-1, ook bekend als EFT-1. Die test duurde 4,5 uur. Orion bereikte een hoogte van 5800 kilometer en draaide twee maal om de Aarde.

Het ruimtevaartuig was uitgerust met ongeveer 1200 sensoren om essentiële gegevens vast te leggen voor toekomstig ontwerp, temperatuur, druk, versnelling en trillingen. De capsule was ook uitgerust met camera’s om de vlucht in hoge resolutie vast te leggen.

Omdat de SLS nog in aanbouw was werd Orion met een Delta IV Heavy-raket van United Lauch Alliance gelanceerd. Die raket was nog altijd krachtig genoeg om Orion verder de ruimte in te duwen dan alle mensen sinds 1972, ton Apollo 17 de laatste maanlanding maakte, waren geweest.

Orion ervoer ook het binnenste van de Van Allen-gordel. Dit is een stralingszone die wordt opgesloten door het magnetische veld van de Aarde. Het overleven van deze straling is essentieel voor de bescherming van toekomstige astronauten die door deze zone heen zullen moeten om de Maan te bereiken.

Orion – programmaverschuivingen

Kort nadat EFT-1 terugkeerde op Aarde stelde NASA dat de vlucht een succes was. De belangrijkste systemen werkten goed en 55% van de technologie van de capsule die essentieel wordt geacht voor bemande missies slaagde tijdens de testvlucht. NASA hoopte al in 2018 een tweede test met Orion te vliegen aan boord van de SLS.

Maar er deden zich tal van uitdagingen voor bij de voorbereiding op Artemis 1. NASA kreeg bijvoorbeeld de taak om de programma te wijzigen toen het Trump aantrad als president. Oorspronkelijk was het de bedoeling dat Orion astronauten naar meerdere bestemmingen in de ruimte zou brengen maar Trump gaf NASA opdracht om dit om te zetten naar een landing op de Maan in 2024.

Bovendien liep de ontwikkeling van SLS door meerdere problemen achter op schema. De uitbarsting van de coronapandemie in 2020 zorgde voor problemen in de toeleveringsketen en voor de noodzaak tot werken op afstand die beide de productie en het testen vertraagden.

SLS ondervond ook verschillende technische problemen bij het voltooien van een “green run”-serie van testen waarna er problemen met de hoofdmotoren opgelost moesten worden. Door problemen als deze werd de debuutdatum van SLS naar 2022 verschoven waardoor een kloof van acht jaar ontstond tussen de eerste en de tweede testvlucht van Orion.

Orion en Artemis 1

De eerste lanceerdatum van Artemis 1 is nu vastgesteld op 29 augustus 2022 met back-ups op 2 en 5 september. Het zal de eerste missie zijn van SLS samen met Orion. Voor Orion zal het de tweede lancering zijn.

Orion zal deze keer veel verder vliegen, helemaal naar de Maan en terug. Orion zal langer in de ruimte blijven dan ooit een ruimteschip bedoeld door astronauten heeft gedaan zonder te koppelen aan een ruimtestation en zal sneller en heter terugkeren naar huis dan ooit eerder is gedaan.

Een van de eerste klussen van de missie, na het verlaten van de aardbaan, is het uitzetten van verschillende kleine satellieten. Een voorbeeld is BioSentinel die gisten aan boord heeft waarvan men gaat bestuderen wat de effecten van straling op hen is. De resultaten zullen worden gebruikt voor Artemis 2 en andere toekomstige bemande missies.

Terwijl Orion om de Maan draait zal de ruimtecapsule verschillende paspopachtige apparaten aan boord hebben die nog veel meer informatie moeten geven over hoe de omgeving van de Maan het menselijk lichaam beïnvloedt.

Commandant Moonikin Campos, vernoemd naar de Apollo 13-ingenieur Arturo Campos, zal in de stoel van de commandant vliegen in hetzelfde Orion Crew Survival System-pak dat de astronauten straks ook zullen dragen. Ook Campos zal uitgerust zijn met verschillende stralingssensoren en instrumenten om trillingen en versnellingen te meten.

Twee gesimuleerde vrouwelijke astronauten zullen de andere stoelen bezetten. Ze zijn door het Duitse ruimtevaartagentschap DLR gebouwd. Een van hen, Zohar, draagt een stralingswerend vest genaamd StemRad. De andere paspop, Helga, zal als controle dienen zonder dergelijke bescherming.

De missie zal ook verschillende Lego-astronauten meenemen en ook Snoopy. De pluchen Snoopy zal dienen als een zero-gravity indicator en zal het Orion ruimtepak in miniatuur dragen. Snoopy is ook de bijnaam voor de Apollo 10-maanlander die het oppervlak van de Maan naderde. Daarnaast stuurt de ESA Shaun het schaap mee op de eerste Artemismissie.

Orion zal tussen de 6 en 19 dagen in een retrograde baan blijven voordat hij met behulp van de zwaartekracht van de Maan terug naar de Aarde komt. Die reis terug zal ook 19 dagen gaan duren.

Tot slot zal Orion met hoge snelheid terugkeren op Aarde, dit is vergelijkbaar met de testvlucht die in 2014 werd gemaakt. Orion zal aan parachutes afdalen naar de oceaan en de gegevens zullen worden geanalyseerd als voorbereiding op latere missies.

Orion, Artemis 2 en Gateway

Ervan uitgaande dat Artemis 1 zonder grote problemen verloopt zal Artemis 2 de volgende grote maanmissie worden. Artemis 2 wordt naar verwachting rond mei 2024 gelanceerd (vergeleken met een eerder doel van september 2023 veroorzaakt door de vertragingen bij Artemis 1).

De missie zal een groep astronauten ronde Maan laten vliegen in  de Orion. Artemis zal mensen vermoedelijk tot op ongeveer 64.000 kilometer voorbij de Maan laten reizen.

De bemanning voor Artemis 2 is nog niet bekend. NASA heeft een aantal astronauten die vooraf gekwalificeerd zijn voor Artemismissies, bekend als het Artemisteam. De groep bestaat uit vrouwen en astronauten van kleur. Hier mee onderscheidt Artemis zich van Apollo dat 12 blanke mannen op de Maan zag landen.

In het team zal ook een tot nu toe onbekende astronaut van het Canada Space Agency zijn, als dank voor de bijdrage van Canadarm3 van het land. Deze robotarm zal een reeks Canadarms voortzetten die actief waren tijdens de spaceshuttle en het International Space Station. Canadarm3 zal kunstmatige intelligentie in zijn software hebben ingebouwd om reparaties en onderhoud uit te voeren.

De arm zal vliegen aan boord van een gepland ruimtestation dat NASA van plan is om de buurt van de Maan te plaatsen. Dit ruimtestation wordt Gateway genoemd. Het zal bemanningen tussen één en drie maanden huisvesten om wetenschappelijk onderzoek te doen, te helpen bij landingsmissies en om technologie zoals telerobotica te testen.

De baan van Gateway zal een bijna rechtlijnige halo-baan zijn (NRHO = Near Rectilinear Halo Orbit) waarbij gateway tussen 3000 en 70.000 kilometer van het maanoppervlak zal komen. Hierdoor kan Gateway een minimum aan verduisteringen ervaren om zo maximaal te profiteren van zonne-energie.

Orion en Artemis 3

Artemis 3 zal een bemanning hebben die op het oppervlak van de Maan neerstrijkt. Deze bemanning bestaat o.a. uit de eerste vrouw en vermoedelijk ook iemand van kleur. De bemanning zal naar verwachting ergens op de zuidpool landen. Dit is een gebied dat tot op heden nog niet door mensen is verkend. Maar het is een potentieel waardevolle zone vol vluchtige stoffen zoals water dat mogelijk gewonnen kan worden.

Het Commercial Lunar Payload Services-programma van de NASA, dat een reeks particuliere landers en experimenten naar de Maan wil sturen, is van plan de regio de komende jaren in meer detail te verkennen. Zo zal NASA’s eigen Polar Resources Ice-Mining Experiment-1 (PRIME-1) aan boord van een Intuitive Machines Nova-C-lander, naar verwachting landen in de Shackleton krater

NASA zal wat het geleerd heeft van PRIME-1 gebruiken om zich voor te bereiden op een ambitieuzere maanrover-missie, de Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER). Deze missie, bedoeld voor een landing in 2023, zal naar verwachting net ten westen van de Nobile krater landen. Nobile is een krater in de buurt van de zuidpool van de Maan.

De maanlanding van Artemis 3 wordt niet voor 2025 verwacht en NASA heeft zelfs gezegd dat het vermoedelijk wel 2026 zal gaan worden. Om te beginnen hebben technologische en logistieke problemen Artemis 1 al teruggeduwd. Andere problemen maken de tijdlijn voor Artemis 3 ook onduidelijk.

De ontwikkeling van de volgende generatie ruimtepakken, de Exploration Extravehicular Mobility Unit (xEMU), loopt vertraging op. Budgettaire zorgen en een vertraging van 20 maanden bij het ontwerpen, verifiëren en testen van de pakken behoren tot de genoemde problemen. NASA besloot ook om een groot deel van het werk over te dragen aan een aannemer om zo kosten te besparen maar dit zal naar verwachting wel weer een extra vertraging opleveren.

Een andere zorg is het Human Landing System (HLS) dat door SpaceX zou moeten worden gemaakt. Het programma werd in 2021 zeven maanden vertraagd vanwege protesten en een rechtszaak van Blue Origin. Dat is ondertussen allemaal in het nadeel van Blue Origin geregeld.

Ook de stijgende kosten van het Artemis-programma zijn een bron van zorgen. De eerste vier Artemis-missies zullen naar verwachting elk 4,1 miljard dollar kosten.

Eerste publicatie: 27 augustus 2022
Bron: NASA, space.com & anderen