Commercial Crew Development

Commercial Crew Development
Paese d'origineStati Uniti Stati Uniti
Organizzazione responsabileNASA
Scopotrasporto commerciale di equipaggi
Dati del programma
Primo lancioSpaceX Demo 1
Informazioni sul veicolo
Veicolo con equipaggioDragon 2 (SpaceX)
CST-100 (Boeing)
VettoreFalcon 9 (SpaceX)
Atlas V (Boeing)

Il Commercial Crew Development (CCDev) è un programma, composto da più fasi, atto allo sviluppo di tecnologie spaziali, e finanziato dal governo statunitense e gestito dalla NASA. Lo scopo del programma è di incentivare lo sviluppo di veicoli con equipaggio di aziende private lanciati in orbita terrestre bassa. Il programma è gestito dal Commercial Crew and Cargo Program Office (С3РО).[1]

Il primo gruppo dei nove astronauti selezionati per il programma Commercial Crew Development e i due veicoli selezionati, il Boeing CST-100 Starliner (sinistra) e lo SpaceX Crew Dragon

Nel 2010, nella prima fase del programma, la NASA fornì un totale di 50 milioni di dollari a cinque aziende statunitensi; il denaro avrebbe dovuto essere utilizzato per la ricerca e sviluppo in concetti e tecnologie del volo umano nel settore privato. A ottobre dello stesso anno, la NASA richiese una seconda serie di proposte per progetti di sviluppo tecnologico con una durata massima di 14 mesi.[2] Ad aprile 2011, la NASA annunciò che premierebbe con circa 270 milioni a quattro aziende che soddisfacessero gli obiettivi del CCDev 2.

Ad agosto 2012, NASA conferì Space Act Agreements per la terza fase, chiamata CCiCap; sarebbe durata fino al 2014.[3] CCiCap è seguita dalla quarta e ultima fase, chiamata CCtCap, con i contratti della Part 15 della Federal Acquisition Regulation (FAR). I contratti sono stati assegnati a SpaceX e a Boeing a settembre 2014.[4] I test flight di entrambi i veicoli sono programmati per il 2019.[5] I contratti prevedono che SpaceX e Boeing forniscano sei voli di rifornimenti alla ISS tra il 2019 e il 2024.[6] Il primo gruppo di astronauti assegnato a volare sui due veicoli furono annunciati il 3 agosto 2018.[7]

RequisitiModifica

I requisiti principali dei veicoli per questo programma sono:

  • Portare quattro astronauti e la loro attrezzatura alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS);[8][9]
  • Assicurare il ritorno dell'equipaggio in caso di emergenza;[8]
  • Servire da rifugio sicuro per 24 ore in caso di emergenza;[8][9]
  • Capace di rimanere agganciato per 210 giorni—[8][9] lo Space Shuttle poteva rimanere agganciato solo per un massimo di 12 giorni.[10]

Panoramica del programmaModifica

 
Bandiera lasciata sulla ISS dall'equipaggio del STS-135 sarà recuperata dal prossimo equipaggio lanciato da un veicolo statunitense

Il programma CCDev segue Commercial Orbital Transportation Services (COTS), un programma per lo sviluppo di lanci commerciali di merci in orbita terrestre bassa. A dicembre 2009, NASA ha fornito la seguente descrizione del programma CCDev:[11]

(EN)

«The objectives of the Commercial Crew & Cargo Program are to implement U.S. Space Exploration policy with investments to stimulate the commercial space industry; facilitate U.S. private industry demonstration of cargo and crew space transportation capabilities with the goal of achieving safe, reliable, cost effective access to low-Earth orbit; and create a market environment in which commercial space transportation services are available to Government and private sector customers.[11]

The Commercial Crew & Cargo Program is applying Recovery Act funds to stimulate efforts within the private sector to develop and demonstrate human spaceflight capabilities. NASA plans to use funds appropriated for "Exploration" under the American Recovery & Reinvestment Act of 2009 (ARRA) through its С3РО to support efforts within the private sector to develop system concepts and capabilities that could ultimately lead to the availability of commercial human spaceflight services. These efforts are intended to foster entrepreneurial activity leading to job growth in engineering, analysis, design, and research and to promote economic recovery as capabilities for new markets are created.[11]

ARRA provided $400 million for space exploration related activities. Of this amount, $50 million is to be used for the development of commercial crew space transportation concepts and enabling capabilities. This effort is known as CCDev. The purpose of this activity is to provide funding to assist viable commercial entities in the development of system concepts, key technologies, and capabilities that could ultimately be used in commercial crew human space transportation systems. This development work must show, within the timeframe of the agreement, significant progress on long lead capabilities, technologies and commercial crew risk mitigation tasks in order to accelerate the development of their commercial crew space transportation concept.[11]»

I finanziamenti per il programma CCDev sono diversi dai finanziamenti consueti usati per i programmi Space Shuttle, Apollo, Gemini, e Mercury. I contratti sono stati ideati esplicitamente per finanziare lo sviluppo di tecnologia di sottosistemi che la NASA desidera per i suoi scopi; tutte le altre tecnologie sviluppate sono finanziate dall'appaltatore. I contratti sono istituiti per tappe intermedie a prezzo fisso. "Il contributo della NASA è fissato".[12]

Finanziamenti e l'effetto sulla tabella di marciaModifica

 
Comparazione tra finanziamenti richiesti (blu) e approvati (arancio)

Il primo volo del programma CCDev sarebbe dovuto accadere nel 2015, ma è stato posticipato per mancanza di fondi.[13][14] L'amministratore della NASA Charles Bolden attribuì i ritardi ai finanziamenti insufficienti dal Congresso.[15][16] Anche Michael López-Alegría, presidente della Commercial Spaceflight Federation, attribuì i ritardi a problemi di finanziamenti.[17]

Per il budget dell'anno fiscale (AF) 2011, il programma richiedeva 500 milioni di dollari, ma il Congresso ne concesse solo 270 milioni.[18] Per l'AF 2012, sono richiesti 850 milioni ma il Congresso approvò un budget di 406, e di conseguenza il primo volo del CCDev fu posticipato al 2017.[14] Per il budget del 2013, sono stati richiesti 830 milioni e sono stati approvati 488 milioni.[19] Per l'AF 2014, sono stati approvati 696 milioni a fronte degli 821 richiesti.[13][20] Per l'AF 2015, la NASA ha ricevuto 805 milioni, il 95% degli 848 richiesti.[21]

Pausa dopo lo Space ShuttleModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Abbandono dello Space Shuttle.
 
Il Saturn IB montato sulla piattaforma "milkstool". Il suo volo del 1975 è stato l'ultima missione umana statunitense fino al 1981

Dopo l'ultimo volo del programma Space Shuttle (STS) nel 2011, ci fu una pausa dei voli spaziali statunitensi.[22] La pausa precedente era stata di circa sei anni, tra il 1975 (un lancio del Saturn IB) e il primo volo del STS ad aprile 1981.[22] A differenza della scorsa pausa, gli Stati Uniti hanno comprato voli del lanciatore russo per partecipare al progetto congiunto della Stazione Spaziale Internazionale.[22] Il Congresso era consapevole che sarebbe avvenuta la pausa, quindi accelerò i finanziamenti nel 2008 e nel 2009 in preparazione al ritiro dello Shuttle.[23] Al tempo, il primo volo con equipaggio del lanciatore Ares I non sarebbe avvenuto fino al 2015, e il suo primo uso per la ISS fino al 2016.[23] Furono presi provvedimenti per estendere le operazioni del STS oltre il 2010.[23] Tuttavia, nel 2010 l'Ares I fu cancellato in favore dello Space Launch System e del commercial crew program.[24] Nel 2016 il primo volo con equipaggio del SLS pianificato è la Exploration Mission 2, e il lancio sarebbe avvenuto al minimo al 2021.[25] Nel 2016 una missione commerciale con equipaggio poteva accadere già nel 2018.[26][27] Se la NASA avesse accesso al suo lanciatore potrebbe riuscire a vendere voli invece di comprarli, o le due nazioni potrebbero organizzare un'altra vendita.[27] La NASA comprò voli per il 2018, e potrebbe doverli comprare anche per il 2019.[27]

La NASA comprò dei posti sul lanciatore russo anche mentre lo Space Shuttle era in attività, e i partner nella Stazione Spaziale Internazionale avevano bisogno di allenarsi con entrambi le attrezzature e i lanciatori.[28] Quando finì il programma STS, questo aspetto di partecipazione alla ISS continuò, e la NASA aveva un contratto per voli almeno fino al 2017.[29] Il prezzo è cambiato nel tempo, e una partita di posti dal 2016 al 2017 è costata 70,7 milioni per passeggero per volo.[29] L'uso da parte della NASA del lanciatore russo Sojuz era una parte del programma ISS organizzata negli anni 1990 quando il progetto fu pianificato: è usato come imbarcazione di emergenza nella stazione anche prima del ritiro dello Space Shuttle così tutti quelli nella stazione dovettero allenarsi su quel veicolo.[30] Il primo volo Sojuz alla ISS nel 2000 includeva un astronauta statunitense (Sojuz TM-31 come parte della Expedition 1). Gli astronauti statunitensi hanno volato regolarmente sul Sojuz mentre lo Shuttle era in attività alla Stazione. Allo stesso modo i russi e gli altri partner internazionali volarono sullo Space Shuttle e sul Sojuz, a volte solo in una direzione del viaggio.[31] A prescindere da ciò, durante il suo sviluppo, i "posti" del CCDev sono stati spesso paragonati ai prezzi del Sojuz.[32] Non avendo altri lanciatori disponibili, la NASA forse dovrà comprare dei posti di volo fino al 2019 per accedere alla Stazione Spaziale Internazionale.[27] L'altro partner principale nella ISS, l'ESA, annullò lo sviluppo del suo sistema di lancio umano, il mini-shuttle Hermes, nel 1992.[33] L'ESA aveva precedentemente scambiato hardware di Spacelab per voli sullo Space Shuttle.[34] C'è stato interesse dall'Europa per i partecipanti al CCDev, soprattutto per Dream Chaser, con un partito che dice che era il "..veicolo ideale per una vasta gamma di applicazioni spaziali."[35] Gli U.S.A. stavano lavorando a un veicolo per la fuga di emergenza, chiamato HL-20 Personnel Launch System ma fu cancellato nel 1993 in favore dell'utilizzo di veicoli Sojuz extra; non sviluppare altri veicoli era visto come modo per risparmiare denaro in conseguenza alla ristrutturazione del progetto Space Station Freedom quando l'URSS fu dissolta nel 1991.

FasiModifica

CCDev 1Modifica

 
La costruzione del recipiente in pressione del CST-100 era uno degli obiettivi del CCDev 1 per la Boeing

Nella fase 1 del CCDev, la NASA ha avviato degli Space Act Agreements con molte aziende che lavoravano su tecnologie e sistemi adatti al volo spaziale umano. I finanziamenti erano forniti come parte dell'American Recovery and Reinvestment Act of 2009. Nel 2010, fu assegnato a cinque aziende statunitensi un totale di $50 milioni, con lo scopo di promuovere la ricerca e lo sviluppo di nuove idee e tecnologie per il volo umano nel settore privato.[36][37][38] Il totale della fase 1 avrebbe dovuto essere di $150 milioni, la maggior parte dei quali fu deviato al programma Constellation dal senatore Richard Shelby (R-AL).[39] Tutti i 53 obiettivi per le cinque aziende avrebbero dovuti essere raggiunti entro la fine del 2010.[12]

Da un totale di 36 aziende,[40] la NASA assegno i fondi di sviluppo del CCDev 1 alle seguenti cinque aziende:

  • Blue Origin: $3,7M per un innovativo Launch Abort System (LAS) e recipienti in pressione in materiale composito.[41] Nel 2011, con la fine del secondo test a terra, Blue Origin completò il lavoro sul sistema di fuga come da contratto. Completò anche "il lavoro sull'altro aspetto del suo contratto, un lavoro di riduzione dei rischi su un recipiente in pressione composito" per il suo veicolo.[42]
  • Boeing: $18M per lo sviluppo della capsula CST-100 Starliner che mostrò nell'ottobre 2010.[43] Secondo il sito della NASA furono raggiunti tutti gli obiettivi.[44]
  • Paragon Space Development Corporation: $1.4M per una Environmental Control and Life Support System (ECLSS) Air Revitalization System (ARS) Engineering Development Unit (un sistema di supporto vitale, controllo HVAC e di rivitalizzazione dell'aria).[45] Con il completamento dei test a metà dicembre 2010 del suo "Commercial Crew Transport Air Revitalization System", un sistema di supporto vitale progettato per l'utilizzo in molti veicoli commerciali, Paragon ha completato tutto il suo lavoro come da contratto.[42]
  • Sierra Nevada Corporation: $20M per lo sviluppo del Dream Chaser,[46] uno spazioplano riutilizzabile che può trasportare sia merci sia persone (fino a un massimo di otto) in orbita terrestre bassa.[47] Sierra Nevada completò il lavoro previsto dal suo contratto nel dicembre 2010, con il test strutturale del suo veicolo di test.[42]
  • United Launch Alliance: $6,7M per un Emergency Detection System (EDS) per certificare al trasporto umano i suoi Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV).[48] A dicembre 2010, ULA effettuò una dimostrazione del suo Emergency Detection System;[42] secondo il sito della NASA furono raggiunti tutti gli obiettivi.[49]

CCDev 2Modifica

 
Modello iniziale della Crew Dragon di SpaceX selezionato da NASA nel CCDev 2

Il 18 aprile 2011, la NASA premiò quattro aziende con $270 milioni per lo sviluppo di veicoli statunitensi che possano far volare astronauti dopo l'abbandono dello Space Shuttle.[50][51]

Proposte finanziateModifica

Proposte selezionate senza finanziamentiModifica

  • United Launch Alliance: estendere il lavoro di sviluppo per certificare l'Atlas V al trasporto umano[56]
  • Alliant Techsystems (ATK) e Astrium proposero lo sviluppo del Liberty.[57] NASA condividerà conoscenze e tecnologie.[58][59]
  • Excalibur Almaz Inc. stava sviluppando un sistema con equipaggio con hardware del periodo sovietico modernizzato per voli turistici in orbita; è stato firmato uno Space Act Agreement per sviluppare ulteriormente le idee di EAI per il trasporto in orbita terrestre bassa.[60][61]

Proposte non selezionateModifica

Commercial Crew integrated Capability (CCiCap)Modifica

 
Il collaudo del Dream Chaser Engineering Test Article era una della tappe del CCiCap di Sierra Nevada

Per la fase 3, detta Commercial Crew integrated Capability (CCiCap) e originariamente chiamata CCDev 3,[66] la NASA cercava proposte di progetti completi, come navicelle, vettori, servizi di lancio, operazioni a terra e di recupero. A settembre 2011, la NASA pubblicò una richiesta per proposte (request for proposal, da cui RFP).[67]

L'ultima RFP fu pubblicata il 7 febbraio 2012, con il termine per il 23 marzo 2012.[68][69]

Gli Space Act Agreements finanziati furono concessi il 3 agosto 2012 e emendati il 15 agosto 2013.[70][71]

Il 3 agosto 2012 furono annunciate le proposte selezionate:

Certification Products Contract (CPC) fase 1Modifica

La prima fase del Certification Products Contract (CPC) comportava lo sviluppo di un piano di certificazione con standard ingegneristici, test e analisi.[72]

I vincitori del finanziamento della fase 1 del CPC, annunciati il 10 dicembre 2012, furono:[72]

  • Sierra Nevada Corporation: $10 milioni.
  • SpaceX: $9.6 milioni.
  • Boeing: $9.9 milioni.

Commercial Crew Transportation CapabilityModifica

Il Commercial Crew Transportation Capability (CCtCap) è la seconda fase del CPC e include gli ultimi sviluppi, collaudi e verifiche per permettere voli di prova con equipaggio verso la ISS.[72][73] NASA fornì la Request For Proposal del contratto il 19 luglio 2013; la data di risposta era il 15 agosto 2013.[73]

Il 16 settembre 2014 la NASA ha annunciato che Boeing e SpaceX avevano ricevuto i contratti per fornire servizi di lancio con equipaggio per la ISS. Boeing poteva ricevere fino a $4.2 miliardi, mentre SpaceX fino a $2.6 miliardi.[74]

Sia il CST-100 sia il Dragon 2 effettueranno un volo senza equipaggio (rispettivamente il Boe-OFT e lo SpaceX Demo 1), poi un volo di prova con equipaggio, e in seguito fino a sei voli operativi per la ISS.[75][76]

VoliModifica

A gennaio 2017 la NASA ordinò dodici missioni per portare astronauti alla ISS, sei per fornitore.[6] La selezione degli astronauti per le prime quattro missioni fu annunciata il 2 agosto 2018.[7][77]

Qui di seguito le 12 missioni ed i principali voli di test preparatori.

Veicolo Missione Designazione NASA Descrizione Equipaggio Data
Dragon 2 SpaceX Demo 1 - Test flight senza equipaggio Nessuno 2 marzo 2019[78]
CST-100 Boeing Orbital Flight Test - Test flight senza equipaggio Nessuno 20 dicembre 2019
Dragon 2 Test di abbandono in volo - Test di abbandono in volo a max Q Nessuno 19 gennaio 2020
Dragon 2 SpaceX Demo 2 - Test flight con equipaggio Robert Behnken, Douglas Hurley 27 maggio 2020[79]
Dragon 2 SpaceX Crew-1 USCV-1 Prima missione Dragon di trasporto dell'equipaggio di una Expedition Michael Hopkins, Victor Glover, Soichi Noguchi, Shannon Walker 30 ottobre 2020
Dragon 2 SpaceX Crew-2 USCV-2 Seconda missione Dragon di trasporto dell'equipaggio di una Expedition Robert Kimbrough, Megan McArthur, Akihiko Hoshide, Thomas Pesquet 22 aprile 2021
Dragon 2 SpaceX Crew-3 USCV-3 Terza missione Dragon di trasporto dell'equipaggio di una Expedition Raja Chari, Thomas Marshburn, Matthias Maurer, Kayla Barron 9 novembre 2021
CST-100 Boeing Orbital Flight Test 2 - Secondo Test flight senza equipaggio Nessuno Inizio 2022
CST-100 Boeing Crewed Flight Test - Test flight con equipaggio Barry Wilmore, Michael Fincke ed un altro componente da annunciare 2022
Dragon 2 SpaceX Crew-4 Quarta missione Dragon di trasporto dell'equipaggio di una Expedition Kjell Lindgren, Bob Hines, Samantha Cristoforetti ed un altro componente da annunciare 15 aprile 2022
Dragon 2 SpaceX Crew-5 Quinta missione Dragon di trasporto dell'equipaggio di una Expedition Nicole Mann, Josh Cassada, Koichi Wakata ed un altro componente da annunciare ottobre 2022
CST-100 Boeing Starliner-1 Prima missione CST-100 di trasporto dell'equipaggio di una Expedition Sunita Williams, Jeanette Epps, (secondo e quarto componente da annunciare) Marzo 2023
CST-100 da Boeing Starliner-2 a Boeing Starliner-6 Successive missioni CST-100 di trasporto dell'equipaggio di una Expedition equipaggi da annunciare dal 2023 in poi
Dragon 2 SpaceX Crew-6 Sesta missione Dragon di trasporto dell'equipaggio di una Expedition intero equipaggio da annunciare 2024

Riassunto dei finanziamentiModifica

Di seguito è tabulato il finanziamento di tutti gli appaltatori, diviso per ogni fase del programma CCDev — i valori del CCtCap sono massimi e comprendono i voli post-programma.

Riassunto dei finanziamenti (milioni di $ americani)
Fase

(anni)

CCDev1[80] (2010–2011) CCDev2[81][82](2011–2012) CCiCap[3][71] (2012–2014) CPC1[83](2013–2014) CCtCap[84] Totale

(2010–2017)

Produttori di navicelle
The Boeing Company 18,0 92,3 + 20,61 460,0 + 203 9,9 4200,0 4820,9
Blue Origin 3,7 22,0 25,7
Sierra Nevada Corporation 20,0 80,0 + 25,61 212,5 + 153 10,0 362,1
SpaceX 75,0 440,0 + 203 9,6 2600,0 3144,6
Excalibur Almaz 02 0
Produttori di lanciatori
United Launch Alliance 6,7 0 6,7
Alliant Techsystems (ATK) 0 0
Altri
Paragon Space Development Corporation 1,4 1,4
Total: 49,8 315,5 1167,5 29,6 6800,0 8362,4
1 Quantità aggiuntiva ottenuta nel 2011.

2 Space Act Agreement firmato nel 2011 nell'ambito del CCDev2.[85]

3 Quantità aggiuntiva ottenuta nel 2013.

NoteModifica

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    «"Just as in the COTS projects, in the CCDev project we have fixed-price, pay-for-performance milestones," Thorn said. "There's no extra money invested by NASA if the projects cost more than projected."»
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    «If NASA had received the President's requested funding for this plan, we would not have been forced to recently sign a new contract with Roscosmos for Soyuz transportation flights. Because the funding for the President's plan has been significantly reduced, we now won't be able to support American launches until 2017. Even this delayed availability will be in question if Congress does not fully support the President's fiscal year 2014 request for our Commercial Crew Program, forcing us once again to extend our contract with the Russians.»
  16. ^ Dan Leone, NASA Making Plans for Russia's Secession From ISS, su spacenews.com, SpaceNews, 4 marzo 2015. URL consultato il 5 marzo 2015.
    «Had we gotten the funding that was first requested when I became the NASA administrator [in 2009], we would have been all joyously going to the Kennedy Space Center later this year to watch the first launch of some commercial spacecraft with our crew members on it.»
  17. ^ CSF President Michael Lopez-Alegria Statement on NASA Contract Extension with Roscosmos, su commercialspaceflight.org, Commercial Spaceflight Federation, 2 maggio 2013. URL consultato il 2 maggio 2013.
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    «the proposal calls for the development of a spaceship that could be sent into space on a variety of launch vehicles. ... "Up to eight crew, Soyuz-like architecture (recoverable reusable crew element, expendable orbital/cargo module). Incorporates HMX's patented integral abort system (uses OMS/RCS propellant in separate abort engines). Can fly on Atlas 401 [a configuration for the Atlas 5 rocket], F9 [SpaceX's Falcon 9] or Taurus II (enhanced) but with a reduced cargo and crew capability on the latter vehicle. Goal is to be the lowest-price provider on a per-seat basis. Nominal land recovery with water backup."»
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    «"We basically awarded based on the proposals that we were given," Kathy Lueders, NASA commercial crew program manager, said in a teleconference with reporters after the announcement. "Both contracts have the same requirements. The companies proposed the value within which they were able to do the work, and the government accepted that."»
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