Commercial Crew

Sinds 1989 is NASA wettelijk verplicht om voor commerciële mogelijkheden te kiezen mits die voor handen zijn. Commerciële bemande ruimteschepen bestonden echter nog niet. In 2006 had NASA al een gesubsidieerd ontwikkelingsprogramma , het Commercial Orbital Transportatation Systems programma (COTS), opgezet voor het ontwikkelen van commerciële ruimtevrachtschepen. Sinds 2013 voeren SpaceX en Orbital Sciences (vanaf 2015 Orbital ATK en sinds juni 2018 Northrop Grumman) regelmatig bevoorradings vluchten uit voor NASA onder het eerste Commercial Resupply Services-programma.

In 2011 kwam een einde aan het 30 jaar oude Space Transportation System beter bekend als het Spaceshuttleprogramma. Ook had de Amerikaanse President, Barack Obama een jaar eerder met het tekenen van de NASA Authorisation Act 2010 het Constellationprogramma waaronder de Orion capsule en de Ares I-draagraket, die samen als opvolger van de Space Shuttle werden ontwikkeld, geannuleerd. Hierdoor verloor de Verenigde Staten zijn mogelijkheid ruimtevaarders in de ruimte te brengen en was NASA aangewezen op het kopen van stoelen aanboord van de Russische Sojoez voor bemande. De Orion-capsule werd weliswaar doorontwikkeld, maar was niet langer voor routine vluchten naar het ISS bedoelt. Hiervoor zette NASA een gesubsidieerd ontwikkelings en aanbestedingsprogramma voor commerciële bemande ruimteschepen op waar uiteindelijk twee winnaars uit moesten voortkomen die daadwerkelijk hun ruimteschip mochten bouwen en lanceren. NASA en de FAA stelden daarbij functionele en veiligheidseisen waaraan de ruimteschepen en bijbehorende draagraketten moesten voldoen. Daarnaast stelde NASA zijn eigen kennis en ervaring ter beschikking van deelnemende bedrijven.

Dit Commercial Crew development programma (CCdev) werd in augustus 2009 aangekondigd en ontving in de eerste fase (CCdev-1) een groot aantal inschrijvingen met conceptontwerpen die bestonden uit zowel complete ruimteschepen, als losse ruimtevaarttechnieken die aan bouwers van ruimteschepen geleverd konden worden. Ontwikkelingssubsidies werden begin 2010 verstrekt aan:

• Blue Origin - 3,7 miljoen dollar - voor het ontwikkelen van een pusher-ontsnappingsmotor en een drukcabine voor hun voorgestelde ruimtecapsule.
• Boeing - 18 miljoen dollar - voor verdere ontwikkeling van de CST-100.
• Paragon Space Development Corporation -1,4 miljoen dollar - voor de ontwikkeling van een standaard luchtverversingssysteem dat in meerdere ruimteschepen toepasbaar was. (Paragon levert nu het luchtverversingssysteem voor de Starliner)
• Sierra Nevada Corporation - 20 miljoen dollar - voor het verder doorontwikkelen van de Dream Chaser waarvan de ontwikkeling al enkele jaren bezig was.
• United Launch Alliance - 6,7 miljoen dollar - voor het ontwikkelen van uitvoeringen van hun EELV-raketten (Atlas V en Delta IV) die veilig genoeg moesten worden om voor personenvervoer te mogen dienen.

Alle gestelde CCdev-1 doelen werden voor eind 2010 behaald.

SpaceX directeur Elon Musk en toenmalig NASA-adminstrator Charles Bolden in 2012 bij een 1:1 model van het conceptontwerp Dragon Rider dat later tot Dragon 2 zou evolueren.

Na de CCdev-1 opende NASA in oktober 2010 een tweede inschrijvingsronde dit mochten nieuwe ontwerpen zijn, maar ook verbeteringen van ontwerpen die voor CCdev-1 niet geselecteerd waren. Ook de bedrijven die wel geselecteerd waren voor CCdev-1 konden een vervolg subsidie krijgen voor verdere ontwikkeling van hun ontwerp. Op 18 april 2011 werden vier bedrijven voor subsidies geselecteerd.

Geselecteerde bedrijven waren:

• Blue Origin - 22 miljoen dollar - voor diverse technieken ten behoeve van hun ruimtecapsule en draagraketten.
• Sierra Nevada Corporation (SNC) - 80 miljoen dollar - voor doorontwikkeling van de Dream Chaser.
• SpaceX - 75 miljoen dollar - voor ontsnappingsmotoren (SuperDraco's) ten behoeve van bemande uitvoering van de Dragon
• Boeing - 92,3 miljoen dollar - voor verdere ontwikkeling van de CST-100

Tevens werden er drie bedrijven geselecteerd die geen subsidie ontvingen maar wiens ontwikkelingsplan wel verder gemonitord werd. Dit waren:

• United Launch Alliance - voor verdere ontwikkeling van een "human rated" versie van de Atlas V.
• Alliant Techsystems - voor de ontwikkeling van de Liberty-draagraket.
• Excalibur Almaz Inc. - voor een bemand ruimteschip dat gemoderniseerde sovjet-technieken zou bevatten.

De volgende fase was Commercial Crew integrated Capabilty oftewel CCiCap waarbij bedrijven een compleet plan inclusief draagraket moesten inleveren.

Op 12 augustus 2012 werden de volgende bedrijven door NASA geselecteerd:

• Sierra Nevada Corporation - voor doorontwikkeling de combinatie Dream Chaser en Atlas V.
• SpaceX - voor verdere ontwikkeling van hun bemande Dragon en Falcon 9-raket.
• Boeing voor de CST-100 gecombineerd met de Atlas V.

Hoewel ATK's voorgestelde draagraket Liberty met elementen van de Ares I en de Ariane 5 goed genoeg werd geacht was er geen ruimteschip voor deze raket en werd de ontwikkeling daarvan op een laag pitje gezet. Elementen van de Liberty zijn anno 2018 in het raketontwerp de OmegA terug te vinden. Deze EELV-klasse draagraket wordt echter niet geschikt geacht voor bemande ruimtevaart.

Voor de eerste certificatieronde (CPC-1) werden op 10 december 2012 Boeing, SpaceX en SNC geselecteerd. Alle bedrijven kregen ongeveer 10 miljoen aan subsidies toegewezen. Na de tweede certificatieronde viel SNC af en werden Boeing en SpaceX in 2014 definitief geselecteerd om hun ruimteschepen te produceren en te testen. Deze fase heet Commercial Crew transportation Capability (afgekort CCtCap) Boeing ontving voor de definitieve ontwikkeling en bouw van de Starliner totaal 4,2 miljard dollar. SpaceX voor de Crew Dragon 2,6 miljard. Het verschil in prijs valt onder meer te verklaren uit het feit dat SpaceX veel onderdelen van de reeds bestaande Dragon kon overnemen. Terwijl de Starliner een volledig nieuw ontwerp betrof. SNC probeerde tevergeefs via een gang naar de rechter NASA te dwingen om ook SNC te selecteren. Hierna moest SNC zijn ontwikkelings team voor de Dream Chaser flink inkrimpen. De ontwikkeling van de Dream Chaser kon in 2016 echter weer uitgebreid worden toen de vracht-uitvoering door NASA werd geselecteerd voor het CRS-2 programma.

Boeing gaf zijn CST-100 (CST betekende Crew Space Transporter) in 2016 een nieuwe naam, Starliner. De bemande Dragon heeft de naam Dragon 2 gekregen maar wordt ook vaak Crew Dragon genoemd.

Beide bedrijven wilden in 2016 proefvluchten uitvoeren en in 2017 beginnen met missionaire vluchten. Deze zijn bij beide bedrijven inmiddels vertraagd tot 2019. Beide bedrijven probeerden ook vooraf met de eer van "de eerste Amerikaanse bemande orbitale ruimtevlucht sinds de spaceshuttle" te strijken. Anno 2017 lijkt SpaceX enkele maanden eerder te kunnen lanceren dan Boeing.

Een deel van de vertraging was te wijten aan het feit dat de Amerikaanse senaat het Commercial Crew-programma lange tijd onvoldoende financiële middelen gaf om op tijd te werken. Critici wezen erop dat de senaat geld dat was gereserveerd voor het Commercial Crew-programma naar de ontwikkeling van Orion en het Space Launch System die beiden al een flinke budget-overschrijding en vertraging hadden schoof. Verder is het ontwikkelen van nieuwe ruimtevaartuigen simpelweg erg ingewikkeld en daardoor tijdrovend.

Om vertragingen op te vangen stelde Boeing twee stoelen op Sojoez-vluchten naar het ISS die ze als wederdienst voor aan Rusland voor geleverde diensten hadden ontvangen ter beschikking aan NASA. Hierdoor hoefde NASA geen extra Sojoez-stoelen meer te kopen.

Begin 2018 werd tijdens een hoorzitting in het Huis van afgevaardigden duidelijk dat beide bedrijven verdere vertraging zouden oplopen. Zo moeten de draagraketten nog door het Government Accountability Office gecertificeerd worden. Certificatie wordt bij SpaceX in december 2019 en bij Boeing in 2020 verwacht. Deze vertragingen hebben als gevolg dat er een groot tijdsgat is ontstaan tussen de laatste door NASA geboekte Sojoez-vlucht en de eerste Commercial Crew-missie.

Bij SpaceX’ Falcon 9 waren er zorgen over de verbeterde composite overwrapped pressure vessels in de zuurstoftank. (COPV’s, de met koolstofvezel omwikkelde heliumtanks die tijdens een nieuw tankproces de Amos-6-explosie veroorzaakte). Men was er nog niet van overtuigt dat deze goed genoeg is. Als plan B ontwierp SpaceX daarom op verzoek van NASA een metalen (Inconel) heliumtank. Die is echter een stuk zwaarder en extra massa gaat ten koste van de draagcapaciteit van de raket. Daarnaast waren er zorgen over het ‘’load and go’’ proces. De Falcon 9 wordt pas vanaf 30 minuten voor de lancering volgetankt en het tanken is pas twee minuten voor de lancering voltooid. Dat betekent dat de bemanning voor het tanken al in de capsule moet zitten. Bij andere ruimtevaartuigen ging de bemanning altijd na het tanken pas naar binnen. Het tanken van een raket wordt namelijk als zeer risicovol gezien. Maar doordat SpaceX supercryogene brandstoffen gebruikt is er na het tanken geen tijd om in te stappen. De brandstoffen zouden dan in de tussentijd weer te veel opwarmen. Op 9 augustus 2018 werd het “load and go” proces door NASA goedgekeurd.

Bij Boeing waren er zorgen over het Launch Escape System en het voorste hitteschild dat de parachute systemen in uitzonderlijke gevallen kan beschadigen. Bij een statische test van de ontsnappingsmotoren ging er iets mis. De oorzaak werd waarschijnlijk in de testopstelling en dus buiten de motoren gevonden. Toch wil men langer onderzoek naar het defect doen om zeker te weten dat er geen andere oorzaak is.

NASA beraadt zich op wat te doen bij nog meer vertraging. Waarschijnlijk worden de bemande testvluchten in dat geval als missionaire vluchten uitgevoerd.[1]

Op 20 april 2019 explodeerde een SpaceX Crew Dragon tijden het statisch testen van de ontsnappingsmotoren. Daardoor moest SpaceX de In-fight abort test en eerste bemande vlucht uitstellen tot de oorzaak was gevonden, oplossingen geïmplementeerd en getest zijn en nieuwe Crew Dragons vliegklaar zijn.[2] De oorzaak lag in een defect ventiel tussen een drukleiding en een oxidatortank waardoor het titanium van de drukleidingen in brand konden vliegen en het systeem kon kon exploderen.

Ook had SpaceX te kampen met de MK-2 parachutes die scheurden als een van de vier parachutes niet uitklapte. SpaceX heeft daarom soortgelijke parachutes van een sterker type doek gemaakt en is deze MK-3 parachutes met succes gaan testen.

Net toen SpaceX zijn parachuteprobleem had verholpen ondervond het parachutesysteem een van Boeing een anomalie tijdens de pad abort test waardoor een van de drie parachutes niet uitklapte. Boeing meldde dat dit geen gevolgen voor de Orbital Test Flight zou hebben. De fout, een niet goed dichtgeschroefde bevestigingsring, bleek niet aan het ontwerp te liggen maar van menselijke aard te zijn. Hierdoor hoefde er alleen een simpele extra controle van de bevestigingen in de routines te worden geïmplementeerd.

Tijdens de eerste testvlucht van de Starliner ging het een half uur na de lancering op 20 december 2019 mis. De systeemklok van de Starliner liep elf uur achter waardoor de door de timer gestarte orbital insertion burn niet op het juiste moment werd gestart. Door een handmatige overruling baan uit mission control kon de Starliner wel in een stabiele baan om de aarde op een hoogte van 250 kilometer komen, maar er was niet genoeg brandstof om en het ISS (op 400 km) te bereiken en terug naar de aarde te keren. Er werd daarom afgezien van een rendez-vous met het ISS. Andere doelen werden wel gehaald. Het is nog niet duidelijk wat de gevolgen voor de volgende testvlucht zijn.

Op 19 januari 2020 voerde SpaceX zijn in-flight abort test met succes uit. Dat was de laatste belangrijke mijlpaal voor hun bemande testvlucht. Tijdens de persconferentie na afloop van van de test gaf NASA-directeur Jim Bridenstine aan geen haast te maken richting de eerste operationele Commercial Crew-vlucht en nog een stoel aan boord van een Sojoez te kopen om zeker te stellen dat er Amerikaanse bemanning aan boord van het ISS is.

De Commercial Crew-ontwikkelingsastronauten

NASA stelde in 2015 vier ervaren ruimtevaarders aan om te trainen voor vluchten met de Starliner en de Crew Dragon, en tevens kritisch met Boeing en SpaceX samen te werken en naar oplossingen voor bovendrijvende problemen te zoeken.

Dit zijn:[3]

• Sunita Williams
• Eric Boe
• Douglas Hurley
• Robert Behnken

Poster met de NASA-bemanningen voor de eerste vier bemande Commercial Crew vluchten.

Op 3 augustus 2018 werden de namen van de astronauten voor de eerste bemande testvuchten bekend gemaakt. Dit zijn:

• SpaceX DM-2
  • Robert Behnken (NASA)
  • Douglas Hurley (NASA)
• Boeing Crew Test Flight
  • Eric Boe (NASA)
  • Christopher Ferguson (Boeing)
  • Nicole Aunapu Mann (NASA)
• Boeing 1e missionaire vlucht (USCV-2)
  • Josh A. Cassada
  • Sunita Williams
• SpaceX 1e missionaire vlucht (USCV-1)
  • Victor Glover
  • Michael Hopkins

Op 22 januari 2019 werd Eric Boe van de Boeing Crew Test Flight afgehaald omdat hij “om medische redenen niet in staat zou zijn te vliegen”[4]. Hij wordt vervangen door Michael Fincke.

De beide ruimteschepen gebruiken dezelfde nieuwe internationaal gestandaardiseerde aanmeerkoppelingen bij het ISS. Van deze door Boeing gebouwde International Docking Adapter (IDA) zullen er twee geplaatst worden. De eerste IDA ging verloren bij de mislukte vlucht naar het ISS SPX-CRS-7. De IDA-2 werd in 2015 met SPX-CRS-9 naar het ISS gebracht. Ter vervanging van IDA-1 werd IDA-3 gebouwd. Deze werd met SpaceX vlucht CRS-18 in de drukloze kofferbak van de Dragon te worden gelanceerd en in augustus 2019 op het ISS gemonteerd. De Commercial Crew-ruimteschepen zijn de eerste Amerikaanse ruimteschepen die een volautomatische rendez-vous kunnen uitvoeren. De Russische Sojoez kon dit al sinds 1969. Ook Orion zou dit kunnen, maar heeft dit op zijn tot nog toe enige vlucht niet gedaan.

Boeing en SpaceX hebben beiden een nieuw drukpak ontwikkeld dat tijdens de critische fases van de ruimvlucht aanboord van hun capsules wordt gedragen. Beide drukpakken zijn een stuk lichter en comfortabeler dan de logge drukpakken van de spaceshuttle. De stijl van beide bedrijven is goed terug te zien in deze ontwerpen. Boeing heeft een modern functioneel en comfortabel maar simpel ogend ruimtepak ontworpen dat bijvoorbeeld geen helm maar een dicht te ritsen capuchon met vizier heeft. SpaceX heeft duidelijk ook esthetische doelen meegenomen en een nauw sluitend futuristisch ogend pak ontworpen. Voor het esthetische deel van hun ruimtepak werd ook filmkledingontwerper José Fernández ingehuurd.[6]