Het onbemande Cygnus ruimtetuig werd ontworpen en gebouwd door het Amerikaanse ruimtevaartbedrijf Orbital Sciences Corporation (OSC) met als doel het internationale ruimtestation ISS te bevoorraden. Indien alles verloopt volgens planning moet het eerste Cygnus ruimtetuig in 2013 in de ruimte gebracht worden door middel van de nieuwe Antares draagraket.
De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA liet in februari 2008, in het kader van Commercial Orbital Transportation Services (COTS) programma, weten dat het Orbital Sciences Corporation en zijn Cygnus ruimtetuig had geselecteerd als tweede commerciële bevoorrader voor het ISS-ruimtestation. De andere commerciële partner in het bevoorraden van het ISS is het Amerikaanse bedrijf SpaceX met zijn Dragon ruimtetuig. In het Commercial Resupply Services (CRS) contract dat NASA afsloot met Orbital Sciences Corporation staat dat het bedrijf twintig ton aan vracht moeten leveren naar het ISS tijdens acht Cygnus-missies.
Deels Amerikaans en deels Italiaans
Elk Cygnus ruimtetuig bestaat uit twee belangrijke onderdelen. Zo is de Pressurized Cargo Module (PCM) een onder druk gebrachte ruimte waarin men vracht kan opbergen die in een baan om de Aarde kan worden overgeladen door ruimtevaarders naar het ISS. Achter de Pressurized Cargo Module (PCM) bevindt zich de Service Module (SM) waarin zich het propulsiegedeelte en andere cruciale vluchtapparatuur bevinden. Terwijl de Service Module gebouwd wordt door Orbital Sciences Corporation in de Verenigde Staten is de Pressurized Cargo Module afkomstig van de Italiaanse vestiging van het Europese ruimtevaartbedrijf Thales Alenia Space. Het ontwerp van de Service Module werd gebaseerd op dat van het STAR-platform dat Orbital Sciences Corporation ook gebruikt bij de bouw van communicatiesatellieten. De Service Module heeft een gewicht van ongeveer 1,8 ton en beschikt over raketmotoren die als brandstof hydrazine en distikstoftetraoxide gebruiken. Aan deze Service Module bevinden zich ook twee zonnepanelen voor het opwekken van elektriciteit die gebouwd worden door het Nederlandse ruimtevaartbedrijf Dutch Space. Het belangrijkste onderdeel van elke Cygnus is ongetwijfeld de Pressurized Cargo Module. Het ontwerp van deze module werd gebaseerd op dat van de Multi-Purpose Logistics Module (MPLM). Deze 1,8 ton zware cilindervormige ruimte is 3,6 meter lang, heeft een diameter van 3,07 meter en beschikt over een vrachtruimte die alles samen 18,9 kubieke meter groot is. Binnenin deze ruimte kan men twee ton aan vracht opbergen om dit vervolgens naar het internationale ruimtestation ISS te brengen. Aan de Pressurized Cargo Module bevindt zich ook een Common Berthing Mechanism waarmee men het bevoorradingstuig kan vasthechten aan het Amerikaanse gedeelte van het ISS. Na de eerste drie missies van het Cygnus ruimtetuig is Orbital Sciences Corporation van plan om een grotere variant van de Cygnus te gebruiken. Deze variant beschikt over een iets langere Pressurized Cargo Module zodat men dan over 27 kubieke meter opbergruimte beschikt. Daarnaast zal voor de grotere variant de Service Module ook uitgerust worden met lichtere zonnepanelen die ontwikkeld worden door Alliant Techsystems (ATK). Het uiteindelijk doel is om met de grotere variant 700 kilogram meer vracht naar het ISS te brengen.
Ingenieurs leggen de laatste hand aan de Pressurized Cargo Module - Foto: Orbital Sciences Corporation
Nieuwe raket met Russische motoren
Om het Cygnus bevoorradingstuig in de ruimte te brengen, doet men beroep op een gloednieuwe draagraket. De veertig meter lange ‘Antares’ raket behoort tot de groep van de ‘Medium-Class Launch Vehicles’ en werd eveneens door Orbital Sciences Corporation ontwikkeld. Deze raket kan vrachten tot vijf ton in een lage baan om de Aarde brengen. Elke Antares raket bestaat uit twee trappen waarvan de onderste voorzien werd van twee op vloeibare brandstof werkende Russische NK-33 raketmotoren. Deze motoren zouden oorspronkelijk in de jaren ’60 gebruikt worden voor de Russische N1 Maanraket maar een deel werd in de jaren ’90 verkocht aan het Amerikaanse propulsiebedrijf Aerojet. Alles samen kocht Aerojet 36 motoren voor een prijskaartje van 1,1 miljoen dollar per stuk en pastte deze vervolgens aan aan de Amerikaanse normen en eisen. Aangezien Orbital Sciences Corporation weinig of geen ervaring heeft met het ontwikkelen van een rakettrap die werkt op vloeibare brandstof vroeg het Amerikaanse bedrijf technische hulp van het Oekraïense ruimtevaartbedrijf Yuzhnoye Design Bureau. Dit bedrijf bouwt ondermeer de Zenit raketten en hielp Orbital Sciences Corporation bij het ontwerp en de bouw van de onderste Antares rakettrap. Opvallend genoeg hebben zowel de Antares raket alsook de Zenit raketten een diameter van 3,9 meter. De tweede trap van de Antares raket beschikt over een Castor 30 raketmotor die gebouwd wordt door ATK. Deze rakettrap maakt gebruik van een vaste brandstof. De tweede rakettrap moet het Cygnus ruimtetuig uiteindelijk tot in de juiste baan om de Aarde brengen.
Lancering en vlucht
In tegenstelling tot andere Amerikaanse draagraketten en ruimtetuigen zal de Antares niet gelanceerd worden vanop de Cape Canaveral of Vandenberg lanceerbasissen. De thuisbasis van de Antares is de Mid-Atlantic Regional Spaceport (MARS) in de Amerikaanse staat Virginia. Dit lanceercomplex bevindt zich op de terreinen van NASA’s Wallops Flight Facility en beschikt over twee lanceerplatformen met bijhorende infrastructuur. Orbital Sciences Corporation lanceerde in het verleden ook al haar Minotaur raketten vanop de Mid-Atlantic Regional Spaceport. Wanneer een onbemand Cygnus bevoorradingstuig zich succesvol in een lage baan om de Aarde bevindt, zal dit zich op eigen kracht tot bij het internationale ruimtestation ISS begeven. Eenmaal aangekomen bij het ISS zal de Cygnus ‘vastgegrepen’ worden door de Canadarm2 robotarm van het ruimtestation waarna men het bevoorradingstuig zal vasthechten aan het Amerikaanse gedeelte van het ISS. Deze complexe procedure werd in het verleden nog al toegepast en zal worden uitgevoerd door ruimtevaarders aan boord van het ruimtestation. Op het einde van zijn missie zal de Cygnus geladen worden met ongeveer 1,2 ton aan afval waarna het bevoorradingstuig zal opbranden in de atmosfeer van de Aarde.
internationale ruimtestation ISS - Foto: Orbital Sciences Corporation
Eerste missie?
Om zowel de nieuwe Antares raket alsook de lanceerinfrastructuur uitvoerig te testen zal Orbital Sciences Corporation in 2013 een eerste testvlucht uitvoeren. Tijdens deze ‘Antares A-ONE Test Launch Mission’ zal de Antares raket een nep-Cygnus in een baan om de Aarde brengen. In december 2009 voerde ATK een test uit met de Castor 30 raketmotor en in maart 2010 werden de NK-33 raketmotoren getest door Orbital Sciences Corporation. De eerste testvlucht van de Antares had normaal in 2011 al moeten plaatsvinden maar werd verschillende malen uitgesteld omwille van bijkomende testen en aanpassingen. Na deze eerste testvlucht plant Orbital Sciences Corporation in 2013 nog een demonstratievlucht van het Cygnus ruimtetuig waarbij men voor het eerst zal proberen om het bevoorradingstuig vast te hechten aan het ISS. Indien men hierin slaagt, wordt Cygnus het vijfde ruimtetuig dat vracht naar het internationale ruimtestation ISS kan brengen. Deze demovlucht is momenteel voorzien voor juni 2013.
