home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT / STATION / STFMEDEA.HND < prev    next >
Text File  |  1992-09-09  |  21KB  |  341 lines

  1. "6_10_7_2.TXT" (20171 bytes) was created on 10-28-89
  2. INTRODUCTION: HISTORICAL PERSPECTIVE
  3.  
  4. The concept of the space station goes back at least to 1869 when Edward Everett
  5. Hale mentioned the "Brick Moon," a 60 meter-diameter satellite for a crew of 37
  6. to help navigate ships at sea, in the Atlantic Monthly. Novelists like H.G.
  7. Wells and Jules Verne forsaw space travel in the late 1800's.  By the turn of
  8. the century, scholars such as Konstantin Tsiolkovsky were laying the
  9. foundations of space travel to orbital stations.
  10.  
  11. The modern space station concept dates back to 1923, when the Romanian-born
  12. Hermann Oberth published his serious theoretical treatise on the possibilities
  13. of large, liquid-fueled rockets.  Die Rakete zu den Planet-enraumen (The Rocket
  14. to Interplanetary Space) was the opening shot in a debate about the meaning of
  15. the space station that was to last for more than six decades.  Oberth
  16. envisioned a voyage to Mars, and perceived that a refueling depot in outer
  17. space (or "weltraumstation") would serve as a staging point for the journey.
  18. He quickly realized that a station in space could do many other things which
  19. would further justify its con-struction.
  20.  
  21. In the twenties, other visionaries, mostly Germans, joined Oberth in his
  22. advocacy of this unheard-of-technology.  A space station was, at this time,
  23. symbolic of a wide range of Earth-orbital activity, such as astronomy,
  24. meteorology, cartography, and military reconnaissance.  The word
  25. "weltraumstation" was a shorthand description for the entire gamut of orbital
  26. spaceflight technology.
  27.  
  28. Wernher von Braun was one such young enthusiast.  A protege of Oberth, he rose
  29. in the thirties to become the premier rocket designer-engineer of his time.
  30. Unfortunately, the cost of building a rocket--the first logical step into
  31. space--was so high that the only patron available was the state of Nazi
  32. Germany. Von Braun saw the V2 as an intermediate step towards the much grander
  33. vision of a manned mission to Mars. He and other visionaries such as Krafft
  34. Ehricke left Germany at war's end to work for the United States. Thus, serious
  35. space station thinking came to the United States in 1945.
  36.  
  37. In the fifties, many groups began to think of the immediate and practical uses
  38. of space--both civilian and military.  Von Braun was in the forefront of the
  39. space race, but he dreamed of a space station in permanent Earth-orbit that
  40. would satisfy a wide range of scientific, economic, and political
  41. objectives--and serve as a base for future missions to the Moon and to Mars. He
  42. postulated that to get to that step, the United States should first build a
  43. small test bed orbital laboratory.  Others agreed in principle, and the debate
  44. continued: How long should such an orbital laboratory last?  What was its
  45. primary function--to test man, or technology, or both?  How many crew?  Would
  46. it be resupplied?  What altitude and inclination?  Should it be built in space,
  47. or on the ground and deployed in space?
  48.  
  49. NASA, created in 1958, became the forum for the space station debate.  In 1960,
  50. space station advocates from every part of the fledgling space industry
  51. gathered in Los Angeles for a Manned Space Station Symposium where they agreed
  52. that the space station was a logical goal but disagreed on what it was, where
  53. it should be put, and how to build it.
  54.  
  55. In 1961, President Kennedy decided that the Moon was a target worthy of the
  56. American spirit and heritage.  A lunar landing has an advantage over a space
  57. station: everyone could agree on the definition of landing on the Moon, but few
  58. could agree on the definition of a space station.  This disagreement was
  59. healthy.  It forced station designers and advocates to think about what they
  60. could do, the cost of design, and what was necessary.  What were the
  61. requirements for a space station?  How could they best be met?  The
  62. requirements review process started informally in 1963 and continued for 23
  63. years.  NASA officials asked the scientific, engineering, and business
  64. communities over and over again--What would you want?  What do you need?  The
  65. answers flowed in, and NASA scientist and engineers puzzled over how to
  66. organize these wants and needs into an orderly, logical sequence of activity.
  67. Was the station a laboratory, observatory, industrial plant, launching
  68. platform, or drydock?  If it were all of these things, how much crew time
  69. should be devoted to each?
  70.  
  71. In the sixties, working quietly in the shadow of the gigantic Apollo/Saturn
  72. program, space station designers and planners began to come to grips with the
  73. tough questions of safety, hardware, money, and manpower.  Working from 1964
  74. through 1966, they settled on the modular approach: a pay-as-you-go program
  75. that offered something to everyone.  With incremental funding, NASA managers
  76. could provide an incremental space station.  Yet cost remained a problem.
  77. Design costs were always eclipsed by operations costs.  The longer a station
  78. stayed up in space, the more it would cost to operate and resupply.
  79.  
  80. In 1967 and 1968, NASA planners started looking at an advanced logistics
  81. vehicle concept for the space station.  They already had a dependable
  82. transportation system (Saturn) to launch station modules.  What they needed was
  83. a relatively inexpensive way to resupply the station.  This reuseable
  84. spacecraft would shuttle between Earth and the space station.  Hence, the word
  85. "shuttle" was selected in the summer of 1968.
  86.  
  87. NASA officials felt that the station/shuttle combination served everybody's
  88. needs well.  The station had always been a logical step into space.  The
  89. problem was that not everyone in the country agreed that developing space
  90. technology was a logical thing to do.  The station program was caught in the
  91. shifting tides of politics and culture.  Furthermore, the station and the
  92. shuttle began to be perceived as two separate entities, which had not been
  93. anyone's original intention.  In 1970, plans to launch modules via Saturn
  94. technology were canceled, and station designers were told to scale down their
  95. modules to fit inside the shuttle, which would now do double duty as launch and
  96. resupply vehicle.
  97.  
  98. Thus, in 1972, in the approval of a reusable space transportation system, the
  99. space station concept itself was approved.  The transportation segment, called
  100. the Space Shuttle, would be developed first.  The space station itself would
  101. await the future.  But before the Shuttle could be developed and made
  102. operational for a space station, the Saturn would be used as both a launch
  103. vehicle and the spacecraft for America's first space station: Skylab.
  104.  
  105. The Skylab was launched in 1973 and performed the first American experiments in
  106. long duration, manned spaceflight.  Even though Skylab had a short life and was
  107. not equipped for resupply of key expendable items, it did foreshadow the
  108. promise of a permanently-manned laboratory in space.  The Skylab effort proved
  109. that humans could live and work in space for extended durations, and more than
  110. 100 different experiments in life and materials science, earth and solar
  111. observation were conducted successfully.  When the first Space Shuttle flew, in
  112. April of 1981, once again the space station was considered the next logical
  113. step in manned space-flight.  In May of 1982, a Space Station Task Force was
  114. formed, and a year later they had an initial space station concept.
  115. Cabinet-level de-partments and agencies studied the concept, and in January of
  116. 1984, President Reagan committed the nation to the goal of develop-ing a
  117. permanently manned space station with-in a decade.
  118.  
  119. The Space Station Program Office was estab-lished in April of that year, and in
  120. April of 1985, eight contractors were selected to do a detailed definition of
  121. the space station.  In March of 1986, the Systems Requirements Review settled
  122. on a dual keel configuration for the space station, affording a better
  123. micro-gravity environment, more capacity for at-tached payloads, and better
  124. location for the servicing bay than a single transverse boom The U.S. reduced
  125. the number of their labora-tory modules to one when the Europeans and Japanese
  126. decided to provide one each.
  127.  
  128.  
  129. Although the definition and preliminary design phase ended in January 1987, the
  130. remainder of the year was spent conducting cost analysis, review of technical
  131. design issues, developing procurement packages, re-viewing science
  132. requirements, developing op-erations concepts, and reporting to Congress and
  133. Commissions. The Development Contracts were announced in December 1987.  These
  134. efforts resulted in the Baseline Configuration that is discussed in this
  135. document.
  136.  
  137.  INTRODUCTION
  138.  
  139. An International Perspective
  140.  
  141. Formal international agreement among the dozen nations to participate in the
  142. Space Station Freedom program took place in Washington on September 29, 1988,
  143. the very day Shuttle Discovery returned the U.S. and the free world to business
  144. in space after a 32-month pause.
  145.  
  146. In his 1984 State of the Union Address, when President Ronald Reagan directed
  147. NASA to develop a permanently manned space station, he also stressed
  148. international participation. "NASA will invite other countries to participate,
  149. " he declared, "so we can strengthen peace, build prosperity and expand freedom
  150. for all who share our goals."
  151.  
  152. Japan, Canada and the 13 nations involved with the European Space Agency (ESA)
  153. soon expressed interest in order to augment their own unmanned space efforts.
  154. Most of these nations have already discussed utilization requirements of a
  155. prospective space station as early as 1982, so the announcement came as no
  156. surprise.
  157.  
  158. Right after the State of the Union Address, negotiations began on cooperation
  159. in the space station definition and preliminary design phase.  By the spring of
  160. 1985, ESA, Japan and Canada had signed memoranda of understanding to share in
  161. the benefits and risks of an international space station devoted to the
  162. peaceful uses of space.
  163.  
  164.  
  165. A year later, in mid-1986, the four partners had achieved program-level
  166. agreement on flight hardware contributions.  Then they began formal
  167. negotiations on detailed design, development, operations and utilization of the
  168. space station.  These negotiations were successfully concluded in June of 1988
  169. with both multilateral intergovernmental agreements and bilateral memoranda of
  170. understanding signed in Washington on September 29.  The four partners agreed
  171. to dube the station "Freedom."
  172.  
  173. Thus, Space Station Freedom is an international endeavor.  International
  174. cooperation is traditional in NASA programs, and a key objective of the U.S.
  175. civil space program is the promotion of international cooperation in space.
  176.  
  177. Canada specializes in remote sensing, space science, technology development and
  178. communications in its space efforts.  Building upon the Remote Manipulator
  179. System which has served the Space Shuttle for most of this decade, Canada chose
  180. to develop a Mobile Servicing System for Space Station Freedom.
  181.  
  182. Program management for Canada's space station activities resides in the
  183. National Research Council of Canada. The Ministry of State for Science and
  184. Technology is the executive agency for Canada's space station participation.
  185.  
  186. Building on their experience with Spacelab aboard the Shuttle, ESA plans to
  187. build an attached pressurized module, a polar platform and a man-tended free
  188. flyer for the program.  Already ESA is forming user communities for the
  189. station, and the member nations are planning to develop a new expendable launch
  190. vehicle (Ariane 5) and a reusable manned spacecraft, Hermes. The European
  191. Council of Science Ministers affirmed space station program participation in
  192. Rome in January of 1985 and reaffirmed it in November of 1987 at The Hauge.
  193.  
  194. Japan's contribution centers around the development and commercial use of the
  195. Japanese Experiment Module. A relative newcomer to space activity, Japan seeks
  196. advances in scientific observation, communications, materials processing, life
  197. sciences and technology development.
  198.  
  199.  
  200. Based upon a $7 billion international contribution to the Space Station Freedom
  201. program, the partners will share in the utilization and in the operations costs
  202. according to formula: the U.S. has a 71.4 percent share, ESA and Japan 12.8
  203. percent each, and Canada 3 percent.
  204.  
  205. INTRODUCTION
  206.  
  207. A Utilization Perspective
  208.  
  209. The United States has begun the development of Space Station Freedom in
  210. cooperation with Japan, Canada, and the European Space Agency. The planned
  211. early uses of the station encompass a broad spectrum of research disciplines
  212. including life sciences, material sciences, astrophysics, earth sciences,
  213. planetary sciences, and commercial applications.  A "user" is any individual,
  214. group or agency responsible for the development or operation of a payload,
  215. experiment, instrument, or mission utilizing a component of the program.
  216.  
  217. Based upon the needs expressed by many potential users over the past six years,
  218. plus reviews by scientific panels, independent boards and commissions, the
  219. initial requirements have been established.  The program objectives have been
  220. finalized, and formal plans and documents are in the work to allocate and
  221. accommodate a broad mix of experiments and investigations in all disciplines.
  222. It is NASA's intention to utilize the station's unique environment and
  223. capabilities to the fullest extent possible for the conduct of science, the
  224. development of new technologies, and the support of the user communities, and
  225. to enable human exploration of the solar system.
  226.  
  227. The official NASA program objectives pro- gram are to:
  228.  
  229. * Establish mankind's ability to live and work in space 
  230.  
  231. * Establish a permanently manned space station in Earth orbit by 1996 
  232.  
  233. * Stimulate technologies of national importance (especially automation and
  234. robotics) by using them to provide space station capabilities 
  235.  
  236. * Promote substantial international cooperation participation in space 
  237.  
  238. * Create and expand opportunities for private-sector activity in space 
  239.  
  240. * Provide for the evolution of the space station to meet future needs and
  241. challenges
  242.  
  243. NASA and eight other federal agencies have drafted an important document
  244. regarding the research management of the station.  The "Space Station Science
  245. and Applications Utilization Plan for U.S. Users" recognizes that the station
  246. will support three broad areas of activities: scientific research,
  247. technological development and commercial enterprise.
  248.  
  249. Since the beginning of the space era, the United States alone has invested more
  250. than $200 billion in space efforts, and the spin-offs for scientists and
  251. consumers have already proven well worth the investment.  It has been estimated
  252. that this investment has been returned to the U.S. economy seven-fold.
  253. Partnerships among government agencies, private corporations and academic
  254. research centers have proven invaluable for the U.S. experience, and may be of
  255. value and interest to the international science community.
  256.  
  257. When Space Station Freedom is completely assembled, a broad spectrum of
  258. research in all the disciplines of life sciences, materials sciences,
  259. astrophysics, earth sciences and planetary sciences will be conducted.  This
  260. will be accomplished with both manned and unmanned elements.  The manned
  261. facility in a low Earth orbit will consist of four pressurized modules.  Three
  262. of these modules--one each from the U.S., Europe and Japan--will serve as
  263. laboratories.  The U.S. laboratory is designed to handle projects that need a
  264. stable microgravity environment for materials research as well as R&D in basic
  265. physics, chemistry and biology.  The European and Japanese modules are designed
  266. primarily for research in fluid physics, life sciences and materials
  267. processing.  The fourth module provides a habitation area for rest, recreation
  268. and health for the entire crew.
  269.  
  270. The unmanned elements of the program include free-flying platforms in polar or
  271. high-inclination orbit as well as attached payloads on the space station truss.
  272. The platforms will initially be used for earth observations in a variety of
  273. climatology and oceanographic studies.  In summary, there will be a variety of
  274. manned, man-tended and unmanned user opportunities for science in, on, and
  275. around the space station.
  276.  
  277.  INTRODUCTION
  278.  
  279. A Futuristic Perspective
  280.  
  281. Background Evolution planning for the long-term use of Space Station Freedom
  282. has been part of the program since Phase A. At the very start, NASA's
  283. Administrator called for the design of a "station we can buy by the yard,"
  284. suggesting add-ons, developments and enhancements.  The Space Station Task
  285. Force included a "Year 2000" concept that showed growth of the preliminary
  286. design, and Phase B contractor studies included system requirements for
  287. evolution of the station.  Early in the program, two Space Station Evolution
  288. Workshops were held in Williamsburg, Virginia to explore station development.
  289. By 1985, it was decided that NASA Headquarters Office of Space Station should
  290. manage the evolutionary growth activities.  NASA's Office of Exploration
  291. requested the Office of Space Station to look at the impacts of accommodating
  292. exploration missions.  By 1987 the National Research Council Committee on Space
  293. Station endorsed the baseline configuration and urged NASA to continue to study
  294. "alternative evolutionary paths." A Presidential Directive on National Space
  295. Policy, issued on February 11, 1988, clearly states that Space Station Freedom"
  296. will allow evolution in keeping with the needs of station users and the
  297. long-term goals of the U.S."
  298.  
  299. Hooks and Scars From an engineering standpoint, these evolutionary changes will
  300. be accommodated by "hooks and scars." A "hook" is aerospace jargon for a design
  301. feature for the addition or update of computer software at some future time.
  302. Similarly, a "scar" is jargon for a design feature to add or update hardware at
  303. some future time.
  304.  
  305. Future Configuration Although no decision has been made this far in advance,
  306. Space Station Freedom is being considered for enhancement sometime after the
  307. 20th assembly flight, planned for early 1998.  The long transverse boom will be
  308. enhanced by two vertical keels about 105 meters long, and two 45-meter
  309. horizontal trusses at top and bottom.  This "dual keel" configuration will add
  310. greater stability to the manned base, provide for many additional attached
  311. payloads and will offer a wide field of view for scientific instruments.  Also
  312. included is a solar dynamic electric power system with an additional 50 kW.
  313. The Mobile Servicing Center (MSC) will be enhanced to handle heavier payloads.
  314.  
  315. Lunar and Mars Mission Support NASA scientists and technicians are developing
  316. scenarios on how Space Station Freedom can support other explorations.  The
  317. dual keel configuration lends itself naturally to the function of a
  318. transportation node where spacecraft can be assembled, fueled and checked out
  319. for manned missions to the Moon or Mars. Subsequently, such a spacecraft could
  320. be berthed, refueled and repaired at the station upon its return.  Space
  321. Station Freedom could conduct much-needed research in bioregenerative life
  322. support systems and artificial intelligence.  The station could define the
  323. limits of human endurance for long duration manned spaceflights in a weightless
  324. and hostile environment.  The dual keel further lends itself to experimentation
  325. and as a quarantine facility before lunar and Martian samples are returned to
  326. Earth. Consequently, as space policy shifts, Congressional intent emerges, user
  327. demands change, and humans find new projects for outer space exploration, Space
  328. Station Freedom is presently designed for evolution to meet these and yet
  329. unheard-of uses for a 30-year, multi-purpose facility in low-earth orbit.
  330. Various growth concepts are shown in the next page.
  331.  
  332. Program Responsibilities The Strategic Plans and Program Division (SPPD) of the
  333. Office of Space Station determines requirements and manages the Transition
  334. Definition program at Level I. The SPPD maintains the "Space Station Evolution
  335. Technical and Management Plan." Level II in Reston, Virginia manages the
  336. program including provision for the hooks and scars.  The Langley Evolution
  337. Definition Office chairs the NASA-wide Evolution Working Group (EWG) which
  338. provides interagency communication and coordination of station evolution,
  339. planning and interfaces with the baseline Work Packages.
  340.  
  341.