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,[2] 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[3] 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[4] přijala společnost Orbital závazek dodat na ISS až 20 tun nákladu v osmi lodích Cygnus do roku 2016.[5]
Raketa Antares
Společnost Orbital pro splnění kromě lodi Cygnus vytvořila nový raketový nosič střední třídy Taurus II, který byl během vývoje přejmenován na Antares[6]. 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.[7]
Skutečná kosmická loď ke svému ukázkovému prvnímu letu na špici rakety Antares odstartovala 18. září2013 pod označením Orb-D1 a úspěšně se připojila k ISS. Už 9. ledna2014 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.[8] Zveřejněnou příčinou události byla porucha pohonu 1. stupně.[9]
Společnost poté ustoupila od řady raket Antares 100 a uspíšila přípravu řady 200.[10]
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.[11]
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 letů k ISS
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[12] 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.[13]
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.[14] 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).[15] 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.[16]
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.[17]
Podle pozdějších oznámení bude novou verzí rakety Antares jako první vynesena mise Cygnus NG-23, a to nejdříve na podzim 2024.[18] 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.[19]
Design lodi Cygnus
Loď se skládá ze dvou válcových modulů. Větší z nich, hermetizovaný nákladový modul (Pressurized Cargo Module, 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.[5]
Menší servisní modul (Service Module, 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,[20] 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.[21]
Od mise NG-17 disponují Cygnusy rozšířenými funkcemi pro úpravu dráhy ISS.[22]
Celková hmotnost vylepšené lodi bez nákladu a paliva je cca 3750 kg.[23]
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.
Modernizace lodi pro lety ke komerčním stanicím
Společnost Northrop Grumman počátkem srpna 2023 oznámila, že plánuje modernizace své lodi Cygnus, aby byla schopna poskytovat služby zákazníkům za 10 i 20 let. Předně se počítá s prodloužením přetlakového modulu pro užitečné zatížení o 1,5 metru a zvýšením vnitřního prostoru z 26 na 36 m2,[24] což umožní pojmout o třetinu více nákladu – hmotnost dopravovaného materiálu by se tak z 3 750 kg zvýšila na 5 000 kg. Další zvažovanou změnou je změna způsobu připojování. Dosavadní kotvení k ISS pomocí robotického ramene stanice by bylo nahrazeno schopností aktivního připojení lodi, podobně jako se k ISS připojují nákladní i osobní Dragony 2 společnosti SpaceX.
Důvodem této změny je obava, že některé budoucí komerční stanice by vhodné robotické rameno alespoň ve svých počátečních konfiguracích nemusely mít, což by Cygnusy vyřadilo z jejich zásobování. Zdokonalit by se měla také schopnost lodi zajišťovat zvyšování oběžné dráhy stanice (reboosty) častěji, než při dosavadních testech jednou za misi lodi Cygnus. K tomu je nutné umožnit čerpání paliva potřebného pro takové manévry. Nová verze označovaná „Mission B“ má uskutečnit svůj první let při nákladní misi NG-23, jejíž start na zcela novém nosiči Antares 330 je předběžně plánován na polovinu roku 2025.[25] V dubnu 2024 výrobce a provozovatel lodi oznámil, že dokončil primární strukturu nové verze a na podzim 2024 plánuje první tlakovou zkoušku, aby se potvrdila strukturální integrita lodi.[24] Subdodavatel, společnost Thales Alenia Space, pak zveřejnil fotografii konstrukce, která se skutečně oproti dvěma a třem segmentům, tvořícím původní a vylepšeno verzí Cygnusu, skládá ze čtyř segmentů.[26]
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.[27]. Výjimky tvořily 3 lety, u nichž byly nosičem rakety Atlas V 401 vypouštěné z vojenské základny na mysu Canaveral na Floridě (angl. Cape Canaveral Air Force Station, CCAFS), a 3 lety na nosiči Falcon 9 ze stejného kosmodromu, ale s novým označením (angl. Cape Canaveral Space Force Station, CCSFS).
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.
↑MAJER, Dušan. ŽIVĚ A ČESKY: Cygnus pod křídly Northrop Grumman [online]. 2018-11-14 [cit. 2019-02-10]. Dostupné online.
↑ The Vision For Space Exploration. S. 6. web.archive.org [online]. NASA, únor 2004 [cit. 2021-08-17]. S. 6. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2012-08-16.
↑ NASA Awards Space Station Commercial Resupply Services Contracts. www.nasa.gov [online]. [cit. 2021-08-17]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2017-12-02. (anglicky)
↑STRAKA, Vít. Novou soukromou kosmickou loď čeká premiéra u Mezinárodní kosmické stanice [online]. Česká astronomická společnost, 2013-9-18 [cit. 2013-09-23]. Dostupné online.
↑First stage propulsion system is early focus of Antares investigation – Spaceflight Now [online]. [cit. 2023-04-24]. Dostupné online. (anglicky)
↑GEBHARDT, Chris. Orbital ATK make progress toward Return To Flight of Antares rocket [online]. 2015-08-14 [cit. 2021-08-17]. Dostupné online. (anglicky)
↑GEBHARDT, Chris. Enhanced Cygnus to help Orbital ATK meet CRS contract by 2017 [online]. 2015-08-31 [cit. 2021-08-17]. Dostupné online. (anglicky)
↑ NASA Orders Two More ISS Cargo Missions From Orbital ATK. SpaceNews [online]. 2015-08-17 [cit. 2021-08-17]. Dostupné online. (anglicky)
↑ Acquisition of Orbital ATK approved, company renamed Northrop Grumman Innovation Systems. SpaceNews [online]. 2018-06-06 [cit. 2021-08-17]. Dostupné online. (anglicky)[nedostupný zdroj]
↑ Northrop Grumman Awarded Additional Cargo Resupply Missions to the International Space Station. Northrop Grumman Newsroom [online]. [cit. 2021-08-17]. Dostupné online. (anglicky)
↑POTTER, Sean. NASA Orders Additional Cargo Flights to Space Station. NASA [online]. 2022-03-25 [cit. 2022-03-26]. Dostupné online.
↑ Antares 330 Targets NET Mid-2024 Launch, SpaceX to Fly Three Cygnus Missions - AmericaSpace. www.americaspace.com [online]. 2022-08-12 [cit. 2023-04-24]. Dostupné online. (anglicky)
↑ Northrop Grumman Teams with Firefly Aerospace to Develop Antares Rocket Upgrade and New Medium Launch Vehicle. Northrop Grumman Newsroom [online]. [cit. 2023-04-24]. Dostupné online. (anglicky)
↑STRAKA, Vít. Záznam online přenosu startu lodi Cygnus [online]. Česká astronomická společnost, 2013-9-18 [cit. 2013-09-21]. Dostupné online.
↑ČTK. Vesmírný kamion Cygnus poprvé soukromě odletěl k ISS. Aktuálně-centrum.cz [online]. 2014-01-09 [cit. 2014-01-09]. Dostupné online.
↑Northrop Grumman's OA-9 Cygnus leaves International Space Station [online]. 2018-07-15 [cit. 2023-04-24]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2023-03-28. (anglicky)
↑RICHARDSON, Derek. NG-10 Cygnus departs ISS to perform secondary mission [online]. spaceflightinsider.com, 2019-2-8 [cit. 2019-02-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2019-02-08. (anglicky)
↑CAMPBELL, Lloyd. Science and supplies soar to ISS on NG-11 Cygnus mission [online]. spaceflightinsider.com, rev. 2019-4-17 [cit. 2019-04-18]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2019-04-18. (anglicky)
↑CLARK, Stephen. Antares rocket launch kicks off space station resupply mission – Spaceflight Now [online]. [cit. 2022-02-20]. Dostupné online. (anglicky)
↑GARCIA, Mark. Crew Keeps Up Pace With Space Biology, Life Support Duties. blogs.nasa.gov [online]. 2024-01-09 [cit. 2024-01-11]. Dostupné online. (anglicky)
↑MCDOWELL, Jonathan. The Cygnus NG-20 cargo ship was unberthed from the Unity module at 0800 UTC Jul 12 and released into orbit at 1101 UTC. X.com [online]. 2024-07-13 [cit. 2024-07-13]. Dostupné online.
↑SPACE AFFAIRS. Northrop Grumman/NASA - Cygnus NG-20 - Release ISS - July 12, 2024. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online.
↑VÁCLAVÍK, Michal. Nákladní kosmická loď Cygnus NG-20 připojená k modulu Unity provedla v pátek a v sobotu dva motorické manévry.... X.com [online]. 2024-05-26 [cit. 2024-05-29]. Dostupné online.
↑Northrop Grumman. The S.S. Patricia “Patty” Hilliard Robertson completed three reboost burns to the @Space_Station , where our Cygnus spacecraft adjusts the orbit of the station.. X.com [online]. 2024-06-10 [cit. 2024-06-11]. Dostupné online.