Framtidens rymdkapsel klar för start

Med halvböjda ben går astronauten Frank Borman ned för däcket på hangarfartyget USS Wasp. Året är 1965 och tillsammans med kollegan Jim Lovell har han nyss landat i Stilla havet efter ett lyckat rymduppdrag.

Trots att de unga astronauterna är extremt vältränade har 14 dagar i den 2,55 kubik­meter stora Gemini-kapseln satt sina spår.

I dag – mer än 50 år efter Bormans och Lovells hårda landning i vattnet – är resor i rymdkapslar fortfarande en mörbultande upplevelse. Astronauter fraktas i dag fram och tillbaka till den Internationella rymdstationen (ISS) i den ryska kapseln Sojuz, som nätt och jämnt rymmer tre astronauter.

Men nu ska två nya och betydligt rymligare rymdkapslar ge astronauterna en mer komfortabel färd ut i rymden. De nya farkosterna hittar själva till rymdstationen, där de kopplas till ISS helt utan att besättningen behöver röra vid instrumenten.

Med stora fönster, bekväma dräkter och wi-fi ombord ska kapslarna inte bara ge astronauterna uthärdliga arbetsvillkor utan även – i framtiden – frakta betalande rymdturister i omlopp runt jorden.

USA drar ifrån Sovjet

År 1961 kungjorde president John F. Kennedy att en amerikan skulle gå på månen innan året var slut. Nasa började snabbt utveckla de rymdkapslar som skulle se till att Kennedys löfte blev verklighet.

Kapslarna skulle både kunna utföra avancerade manövrar i rymden, producera el i åtskilliga dagar samt stå emot den intensiva hettan när de dånade in i jordens atmosfär i nära 40 000 kilometer i timmen.

Redan innan Kennedy uttalade de berömda orden som utlöste månkapplöpningen var Nasa i full färd med att lära sig bygga rymdfarkoster. De första amerikanska rymdkapslarna utvecklades under Mercury-projektet i slutet av 1950-talet. Mercury-kapseln hade endast plats för en person och en diameter på bara 1,9 meter.

Uppdragens syfte var helt enkelt att skjuta ut en människa i rymden före Sovjetunionen. Även om alla Mercury­-uppskjutningar var framgångsrika så ­varade turerna i rymden inte längre än 15 minuter. Amerikanerna tycktes hela tiden vara ett steg efter ryssarna, som vid samma tidpunkt skickade ut kosmonauter i omlopp i flera timmar.

Men maktbalansen förändrades när Nasa 1961 gav sig i kast med nästa fas av kapselutvecklingen Gemini-programmet. De nya kapslarna hade plats för två besättningsmedlemmar och skulle ge Nasa och astronauterna större erfarenhet av att göra komplexa manövrar i rymden.

Det krävdes en kraftigt förbättrad styrteknik för att Gemini skulle klara av att hämta in och kopplas ihop med andra farkoster i omlopp runt jorden. Ingenjörerna installerade åtta raketdysor, och Gemini blev den första rymdkapseln som kunde parallellförskjutas – det vill säga förflytta sig runt i omloppet – i stället för att bara rotera runt sin egen axel.

På Gemini-uppdragen kunde astronauterna vistas i rymden i upp till två veckor åt gången. Där tränade de på rymdpromenader och lärde sig teknikerna bakom det så kallade rymdmötet, då två kapslar möts i samma omlopp och jämkar sina hastigheter så att de står stilla i förhållande till varandra.

I Gemini-uppdragen användes den obemannade farkosten Agena Target för att ­träna manövrar och till ryssarnas förfäran gjorde amerikanerna nu stora framsteg.

I mars 1966 – under det sjätte bemannade Gemini-uppdraget, Gemini 8 – skrev amerikanerna slutligen in sig i rymd­ålderns rekordböcker när kommendör Neil Armstrong och piloten David Scott lyckades genomföra den första hopkopp­lingen av två farkoster i omlopp.

Apollo ersätts av rymdplan

Erfarenheterna från Gemini togs i bruk den 16 juli 1969 när Buzz Aldrin, Neil Armstrong och Michael Collins flög mot månen.

Månlandningen och Apollo-uppdragen blev en enorm framgång och undanröjde alla tvivel om att USA nu dominerade rymdfarten. Efter sex lyckade landningar avvecklade Nasa programmet och fokuserade i stället på att skapa en rymdfarkost som kunde återanvändas och göra rymdresor billigare.

Se rymdkapsel krascha mot jorden efter tre kilometers fall:

Idén om ett rymdplan med vingar hade existerat hos Nasa nästan lika länge som organisationen har funnits. En av de största utmaningarna var att en aerodynamisk farkost uppnår alltför hög hastighet på vägen ned genom jordens atmosfär.

Av samma anledning utformades Nasas alla kapslar med­vetet som en halv kägla. Formen bromsade in farkosten tillräckligt mycket för att en värmesköld skulle stå emot den glödheta plasma av hoppressade luftmolekyler som bildas framför en farkost i hög fart.

Snart hittade Nasas ingenjörer lösningar på de aerodynamiska problemen, och den 12 april 1981 lyfte världens första återanvändbara rymdfarkost – den ikoniska rymd­färjan.

Vid inträdet i atmosfären lyfte den nosen 40 grader så att undersidan mötte luften först och tog emot värmen. Botten var klädd med 35 000 keramiska plattor av ett isolerande material som bestod av 90 procent luft.

De hindrade att värmen från plasman nådde rymdfärjans ömtåliga aluminiumkropp. Dessvärre blev plattorna också orsaken till att rymdfärjan aldrig var en billig farkost. Mellan uppskjutningarna behövde varje platta underhållas manuellt, och de gick sönder eller föll av oftare än väntat.

En skadad platta kostade även sju astronauter livet 2003 då Columbia­-rymdfärjan splittrades på vägen ned genom atmosfären.

Rymdföretag tar kommandot

Sedan rymdfärjorna gick i pension 2011 har Nasa inte haft någon farkost som kan frakta astronauter till och från ISS. I mer än nio års tid har därför astronauter rest till Kazakstan för att skjutas upp till ISS ombord på Sojuz-farkosten – en kapsel vars grundläggande formgivning ritades på 1960-talet.

Det är anledningen till att Nasa i drygt tio år har gett rymdföretagen Boeing och SpaceX pengar för att bygga och testa nästa generation rymdkapslar. Det har resulterat i farkosterna CST-100 Starliner och Crew Dragon, som nu är redo att lyfta med passagerare ombord.

Precis som rymdfärjan har de två nya kapslarna utvecklats för att återanvändas, men till skillnad från det bevingade rymdplanet har de nya farkosterna återgått till den mer kända formen av en halv kägla, vilket gör det mycket säkrare för astronauterna att ta plats i kabinerna.

Crew Dragon från SpaceX har en värmesköld framställd i ett stycke av materialet PICA-X. Materialet är framtaget för att smälta bort under nedstigningen i atmosfären och samtidigt ta med sig mycket av värmen. Men när sköldens yttersta lager förkolnar förändras materialets egenskaper och på samma sätt som rymdfärjans keramiska plattor blir det extremt isolerande och skyddar därmed kapseln mot värmen.

Skölden kan användas åtskilliga gånger och är billigare och snabbare att byta ut än rymdfärjans tusentals enskilda plattor.

Dessutom kan Crew Dragon-kapseln – till skillnad från rymdfärjan – föras i säkerhet om lyftraketen under den oväntat skulle explodera. I kapselns ytterväggar sitter 18 raketmotorer som kan starta på mindre än en sekunds varsel och skjuta i väg kapseln från raketen i 160 kilometer i timmen inom 1,2 sekunder.

Motorerna drivs av så kallade hypergoliska kemikalier som spontanantänder när de kommer i kontakt med varandra, så att astronauterna kan lita på att de alltid startar.

Crew Dragon klarade ett viktigt test när den (utan människor ombord) skickades upp den 2 mars 2019 och knappt ett dygn senare kopplades automatiskt till ISS. En av astronauterna ombord på rymdstationen, Anne McClain, kallade händelsen början på en ny era i rymdfarten. Knappt en vecka senare landade kapseln utan problem i Atlanten efter att ha klarat av färden ned genom jordens atmosfär.

Nasas andra nya farkost, Boeings CST-100 Starliner, har också klarat en lång rad tester och den rymliga kapseln erbjuder även den många förbättringar som både gör den enklare att återanvända och säkrare att flyga i.

En annan nyhet är att kapseln har byggts endast med bultar och inte har en enda svetsfog någonstans i konstruktionen, eftersom den sortens fogar utgör svaga länkar i alla konstruktioner.

Rymdkapslar genomgår en våldsam belastning både ­under färden ned genom atmosfären och i rymdens vakuum och även en mikroskopisk spricka kan innebära döden. Boeings ingenjörer har gjort farkosten säkrare och enklare att återanvända – kapseln klarar tio tur- och retur­resor till ISS utan större underhåll.

Kapsel blir rymdtaxi för turister

Driftsäkerheten av de nya farkosterna ska bidra till att pressa ned priset för en biljett till rymden. Båda företagen hävdar faktiskt att priset för en plats ombord på en av de två nya farkosterna ska bli så pass lågt att även privatpersoner kan få råd med en biljett. Till att börja med har de två kapslarna reducerat det biljettpris Nasa betalar med 28 procent.

Därför har de båda kapslarna utvecklats med inriktning på komfort och underhållning. Crew Dragon-kapseln har fyra stora fönster så att passagerare kan följa med när himlen skiftar från blå till svart, och iaktta jordens krökning under dem.

I Starliner-kapseln är kabinen utrustad med trådlöst internet så att rymd­turister kan underhålla sig själva på resan upp till ISS, som kan ta flera dagar. Oavsett om det är arbete eller nöje blir färden till rymden nu mycket behagligare.