Cygnus (kosmická loď)
Cygnus (lat. „labuť“) je bezpilotní nákladní kosmická loď vyvinutá a vyráběná americkou společností Orbital ATK (dříve Orbital Sciences Corporation) v rámci programu komerční orbitální dopravy (Commercial Orbital Transportation Services, COTS) americké kosmické agentury NASA. V roce 2018 výrobu převzala firma Northrop Grumman. Cygnus je určen k dopravě nákladu na Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS). Do vesmíru je vynášen raketou Antares z kosmodromu MARS (Středoatlantský regionální kosmodrom), případně raketou Atlas V z mysu Canaveral na východním pobřeží USA. Ke třem startům v letech 2024 a 2025 bude použita raketa Falcon 9 FT.

Historie programu

Veřejné financování vývoje 
Poté, co byl v lednu 2004 americkým prezidentem Georgem W. Bushem oznámen plán vyřazení amerických raketoplánů Space Shuttle z provozu po dokončení Mezinárodní vesmírné stanice, čelila NASA hrozící závislosti na již provozovaných nebo připravovaných ruských, evropských a japonských bezpilotních zásobovacích lodích Progress, ATV a HTV. Rozhodla se proto v programu COTS podpořit vývoj a výrobu bezpilotních nákladních lodí.

Program vyústil v uzavření dvou kontraktů Commercial Resupply Services (CRS) na dopravu zásob na ISS mezi NASA a společnostmi SpaceX (loď Dragon vynášená raketou Falcon 9) a Orbital Sciences Corporation (loď Cygnus vynášená raketou Antares). Uzavřením smlouvy v hodnotě 1,9 miliardy USD přijala společnost Orbital závazek dodat na ISS až 20 tun nákladu v osmi lodích Cygnus do roku 2016.

Raketa Antares 
Společnost Orbital pro splnění kromě lodi Cygnus vytvořila nový raketový nosič střední třídy Taurus II, který byl během vývoje přejmenován na Antares. Ten nejprve v dubnu 2013 úspěšně absolvoval test bez lodi Cygnus, ale se simulátorem její hmoty. Cílem mise označované A-ONE bylo prokázat, že raketa Antares je schopna dosáhnout nominálního výkonu a umístit na nízkou oběžnou dráhu Země maketu o objemu a hmotnosti lodi Cygnus. 

Skutečná kosmická loď ke svému ukázkovému prvnímu letu na špici rakety Antares odstartovala 18. září 2013 pod označením Orb-D1 a úspěšně se připojila k ISS. Už 9. ledna 2014 pak společnost Orbital vypustila první řádný let programu CRS.

Fatální selhání rakety při startu 
V říjnu 2014 selhal při startu poprvé vypouštěný model rakety Antares 130 s novým typem druhého stupně Castor 30XL a s lodí Cygnus Orb-3. Sestava vybuchla 15 sekund po startu, takže navíc významně poničila také startovní infrastrukturu. Zveřejněnou příčinou události byla porucha pohonu 1. stupně.

Společnost poté ustoupila od řady raket Antares 100 a uspíšila přípravu řady 200.

Atlas V jako přechodné řešení 
Současně ve snaze co nejdříve pokračovat v plnění dodávek na ISS zakoupila postupně celkem 3 rakety Atlas V, což jí umožnilo vynášet ve vylepšené (angl. enhanced) lodi téměř dvojnásobené množství nákladu.

První let vylepšeného Cygnusu s raketou Atlas V odstartoval v prosinci 2015. Společnost Orbital (v té době už pod jménem Orbital ATK) se pak postupně vrátila k vlastní raketě Antares, jejíž verze 230 byla také schopna vynést vylepšený Cygnus s vyšší hmotností užitečného zatížení.

Dodatečné objednávky 
Společnost tak i přes havárii letu CRS Orb-3 splnila svůj závazek ze smlouvy z roku 2008. Protože však nebyla dokončena jednání o navazujícím programu CRS-2, NASA doobjednala v srpnu 2015 k původním osmi letům další dva a později ještě jeden. Tyto tři lety bývají v některých zdrojích označovány za číslem označovány písmenem E jako připomenutí, že jde o lety z rozšířeného (angl. extended) programu CRS. Lety lodí Cygnus, označované původně zkratkou Orb (Orb-1 atd.) a později zkratkou názvu společnosti Orbital ATK (OA-4 atd.), jsou navíc od desátého komerčního letu označovány zkratkou NG (NG-10 atd.) na znamení skutečnosti, že společnost Orbital (včetně jejích produktů Cygnus a Antares) v roce 2018 převzala společnost Northrop Grumman.

Přípravy programu CRS-2, které NASA zahájila v září 2014, pak pokračovaly až do roku 2016, kdy společnostem Orbital ATK, Sierra Nevada Corporation a SpaceX byly zadány první zakázky – každé z nich je podle smlouvy CRS-2 garantováno nejméně 6 nákladních letů. Prvním letem CRS-2 byla v listopadu 2019 mise Cygnus NG-12 (prvním letem  Space X podle nové smlouvy byla mise SpaceX CRS-21 na přelomu let 2020 a 2021, zatímco Sierra Nevada teprve připravuje ukázkový let svého raketoplánu Dream Chaser).

Northrop Grumman v listopadu 2020 oznámil, že získal v rámci smlouvy CRS-2 zakázku na další dvě mise, které by se měly uskutečnit v letech 2022 a 2023 pod označením NG-18 a NG-19. A v březnu 2022 si NASA u společnosti objednala dalších 6 (NG-20 až NG-25) z celkem 12 nově nasmlouvaných zásobovacích misí až do roku 2026 (zbylých 6 misí získala společnost SpaceX). Northrop Grumman tak ze smlouvy CRS-2 získala celkem 14 misí (SpaceX celkem 15).

Následky sankcí po ruské invazi na Ukrajinu 
V roce 2022 společnost také oznámila změnu nosiče pro mise Cygnus v reakci na vývoj ekonomických sankcí uvalených na Rusko po únorové invazi na Ukrajinu. Ta ohrozila dodavatelské řetězce pro první stupně rakety Antares 230, které se vyráběly na Ukrajině a používaly ruské motory RD-181 – jejich dodávky však Rusko zastavilo v reakci na uvalené západní sankce ve chvíli, kdy měl Northrop Grumman pokryté potřeby pouze pro mise NG-18 a NG-19. 

Řešením situace byla urychlená dohoda se společností Firefly Aerospace na společném projektu nové verze rakety Antares, nástupce řady 230. Antares 330 bude létat se sedmi motory Miranda společnosti Firefly a využije její kompozitní technologii pro konstrukci prvního stupně a nádrže. Northrop Grumman do nosiče vloží svou avioniku a software a dále konstrukci druhého stupně včetně motoru Castor 30XL. Nová verze navíc významně zvýší kapacitu dopravy na oběžnou dráhu.

Podle pozdějších oznámení bude novou verzí rakety Antares jako první vynesena mise Cygnus NG-23, a to nejdříve na podzim 2024. Na překlenutí tří startů mezi NG-19 (na raketě Antares 230+) a NG-23 (na raketě Antares 330) se Northrop Grumman dohoda se společnosti SpaceX. Mise NG-20 až NG-22 tak budou na oběžnou dráhu dopraveny raketami Falcon 9 FT.

Design lodi Cygnus 

Loď se skládá ze dvou válcových modulů. Větší z nich, hermetizovaný nákladový modul (, PCM), který vyrábí italská společnost Thales Alenia Space, měl v původní verzi délku 3,66 metru, průměr 3,07 metru, suchou hmotnost (bez nákladu a paliva) 1 500 kg. Vnitřní hermetizovaný prostor o objemu 18,9 m³ mohl pojmout až 2 tuny nákladu. U vylepšené (enhanced) verze Cygnusu používané od letu OA-4 se PCM prodloužil na 4,86 metru, což umožnilo zvětšit hermetizovaný objem na 27 m³ a nosnost na nejméně 3 500 kg nákladu. Suchá hmotnost PCM se zvýšila na 1 800 kg. Na horní části (ve směru letu při startu) je umístěn kotvící mechanismus CBM (Common Berthing Mechanism) pro připojení k stanici a umožnění přístupu její posádky do hermetizovaného prostoru lodi. Z ISS může Cygnus v PCM odvést až 1200 kg odpadu, se kterým zanikne v atmosféře Země. 

Menší servisní modul (, SM) vyrábí firma Orbital ATK (od roku 2018 Northrop Grumman). Obsahuje především manévrovací motor o tahu 450 newtonů, nádrže s palivem (hydrazin a oxid dusičitý), navigační, řídicí a komunikační systém lodi a mechanismus pro zachycení lodi robotickou rukou Canadarm2. Přesné manévrování dále zajišťuje 32 trysek rozmístěných po celém povrchu lodi.

Součástí servisního modulu jsou také dva solární panely. U původní verze byly klasické do strany rozevírací obdélníkové panely osazeny gallium arsenidovými články o celkovém výkonu 3,5 kilowattů (kW). U vylepšené verze je použita technologie Ultraflex, v níž se panely rozevírají jako vějíř a po plném rozvinutí vytvoří kruhový panel (video). Výhodou technologie je úspora prostoru i hmotnosti na méně než čtvrtinu oproti běžným panelům o stejném výkonu.

Od mise NG-17 disponují Cygnusy rozšířenými funkcemi pro úpravu dráhy ISS.

Celková hmotnost vylepšené lodi bez nákladu a paliva je cca 3750 kg.

Výroba a integrace kosmické lodi Cygnus probíhá ve výrobním zařízení v městě Dulles ve Virginii. Ze stejného místa jsou řízení operace mise v koordinaci s řídicím střediskem v Houstonu v Texasu.

Přehled letů lodí Cygnus 
Lodi Cygnus jsou vynášeny nosnou raketou Antares ze Středoatlantského regionálního kosmodromu (angl. Mid-Atlantic Regional Spaceport, MARS), který se nachází v sousedství kosmodromu a střediska NASA Wallops ve státu Virginie na východním pobřeží USA.. Výjimku tvořily 3 lety, u nichž byly nosičem rakety Atlas V 401 vypouštěné z vojenské základny na mysu Cape Canaveral na Floridě.

Původní verze lodi se k ISS připojovaly prostřednictvím spodního (k zemi mířícího) portu na modulu Harmony, označovaného Harmony nadir. Vylepšené verze (od mise Cygnus OA-4) se připojují přes spodní port modulu Unity, označovaný Unity nadir).

Stejně jako u dalších lodí, které se k ISS nepřipojují automaticky jako lodi Progress, Dragon 2 a ATV, ale pomocí robotické ruky Canadarm2 (kromě Cygnusů se to týkalo také japonských lodí HTV a první řady Dragonů firmy SpaceX) se za čas připojení (ukotvení – berthing) považuje okamžik fyzického spojení stykovacích uzlů (portů) obou těles a podobně za čas odpojení (odkotvení – unberthing) okamžik oddělení portů.

Odkazy

Reference

Související články 

 Seznam nepilotovaných letů k ISS
 Seznam aktuálních a plánovaných kosmických letů s posádkou a podpůrných letů

Externí odkazy 
 
 Video z neúspěšného startu mise Cygnus Orb-3, zakončeného výbuchem po několika sekundách letu (28. října 2014)
 Video ze zachycení lodi robotickou paží Canadarm (Cygnus NG-17, 21. února 2022)
 Video z připojení lodi k modulu Unity (Cygnus OA-9, 24. května 2018)
 Video z odpojení lodi od modulu Unity (Cygnus OA-9, 15. července 2018)
 Video z uvolnění lodi z robotické paže Canadarm a samostatného odletu lodi od stanice (Cygnus NG-15, 29. června 2021)

Bezpilotní nákladní kosmické lodě
Kosmonautika USA
Orbital Sciences Corporation