1961, en amerikansk astronaut nådde rymden för första gången och svävade genom himlen i en gummidroppsformad kapsel.

Sedan dess, människor har flugit till månen, skapade rymdplan och designade raketer som återvänder till jorden för precisionslandningar. Men när astronauterna nästa år lyfter från amerikansk mark för första gången på sex år, deras val av fordon kommer att vara en annan kapsel.

Boeing Co. och SpaceX förlitar sig på den beprövade designen när de två företagen utvecklar rymdfarkoster under NASA-kontrakt för att färja astronauter till den internationella rymdstationen.

Trots de eleganta rymdskeppen av sci-fi-föreställningar eller den välbekanta bevingade kroppen av skytteln, ingenjörer har återvänt till den till synes klumpiga kapseln om och om igen av en enkel anledning - den fungerar.

"Kapseln är en mycket hållbar teknologi, sa Matthew Hersch, biträdande professor i vetenskapshistoria vid Harvard University. "Det kanske inte är romantiskt att flyga, men det kommer att ta dig dit och tillbaka på ett säkert sätt."

Sedan skyttelprogrammets slut, USA har förlitat sig på att Ryssland transporterar sina astronauter till och från rymdstationen i rymdfarkosten Soyuz, ytterligare en kapsel.

Boeing och SpaceX sa att de är övertygade om att deras fordon kommer att flyga nästa år, trots att de senaste rapporterna från U.S. Government Accountability Office noterat att förseningar för de två företagen har drivit de första testflygningarna förbi den ursprungliga deadline.

Den nya rymdfarkosten har ett antal funktioner som inte var tillgängliga på tidigare kapslar - pekskärmar, stora fönster, kraftfullare elektronik och lättare material.

Rymddräkterna som astronauter kommer att bära har också bantats ner. SpaceX har släppt flera bilder på sin rymddräkt, som VD Elon Musk sa testades för att säkerställa att astronauter skulle förbli säkra även om trycket i kapseln plötsligt sjunker. Boeings "Boeing blue" rymddräkt är cirka 40 procent lättare än tidigare dräkter, och handskarna var speciellt designade för att låta astronauter interagera med pekskärmar.

I början av det amerikanska rymdprogrammet, Astronauterna beklagade att de åkte i allt som möjliggjorde så begränsad mänsklig kontroll. Att låna namnet från något du sväljer förstärkte inte överklagandet.

Initialt, det var stor entusiasm för att få dessa rymdskepp att se ut som flygplan, men det var svårt att skapa vingar som kunde navigera i olika delar av ett uppdrag och överleva värmen av återinträde, sa Hersch.

Varje rymdfarkost som är klassad för att transportera människor har en specifik uppsättning krav. Den måste vara effektiv i sin volym med tillräckligt med utrymme för alla nödvändiga livssystem, men har så låg massa som möjligt. Den måste också tåla enorma G-krafter, tryck och värme under sjösättning och återinträde.

Värmeskölden på en kapsels trubbiga, lätt böjd botten hjälper till att skydda besättningen när fordonet åter går in i atmosfären.

Kapslar är aerodynamiskt stabila när de färdas med överljudshastigheter under återinträde och kräver lite manövrering för att återvända till jorden i en nödsituation, ger dem "inneboende stabilitet, sa David Giger, senior chef för Dragon utvecklingsteknik på SpaceX.

"Det som verkligen är intressant med kapseldesign är att den är aerodynamiskt effektiv både vid upp- och nedstigning, sa David Barnhart, chef för USC Space Engineering Research Center. "Det krävs bara en händelse för att ta ner det igen, som i huvudsak är en återinträdesbränna, och det är bra eftersom det minimerar rörliga delar och komplexitet."

När jag skapade rymdfarkoster för NASA:s kommersiella besättningsprogram, både Boeing och SpaceX har byggt på exemplet från sina föregångare.

Boeing konstruerade sin design baserat på några av uppgifterna från 1950- och 60-talets Mercury och Gemini, såväl som NASA:s Orion, en besättningsfarkost som flög först 2014 och som är planerad att åka ut i rymden ovanpå byråns Space Launch System-raket 2019.

Rob Adkisson, Boeings chefsingenjör för det kommersiella besättningsprogrammet, sa att CST-100 Starliners kompakta kapseldesign matchar dess uppdrag som en "people mover, " jämfört med den större rymdfärjan som i huvudsak fungerade som en "lastbil fram och tillbaka."

"Det ser mycket ut som Tvillingarna och Merkurius, " sade han om Starliner. "Men det är ganska lite annorlunda."

Chicagos flygjättens Starliner kommer att sprängas ut i rymden på en Atlas V-raket innan den distribueras och dockar autonomt vid rymdstationen. När man återvänder till jorden, rymdfarkosten kommer att kasta sin servicemodul, sätt ut fallskärmar för att sakta ner och släppa dess värmesköld så att fordonets krockkuddar kan blåsas upp för en mjukare marklandning.

Skyltdockor som åkte på Starliner under ett nyligen genomfört test var "knappt trängda" inuti, sa Adkisson. Kapseln är designad för att återanvändas 10 gånger.

En version av kapseln genomgår tester på en Boeing-anläggning utanför Los Angeles där rymdstrukturer för Apollo-programmet, de ursprungliga Delta- och Delta II-raketerna och delar av rymdstationen rensades också före sina uppdrag. CST-100 Starliner-kapseln kommer att göra sin debut testflygning i juni 2018, med en bemannad testflygning två månader senare.

"Du skapar robusta marginaler i det du gör, demonstrate that everything operates as we expect it to, " Adkisson said. "That gives us a lot of confidence and gives our customer a lot of confidence that we've got it nailed."

One major development is the fine-tuning of the capsule's heat protection. The Starliner's base heat shield has an ablator, a proprietary material that absorbs energy on re-entry and only chars "like a marshmallow, " said David Schiller, leader of Boeing's commercial crew aerostructures integrated product team.

The base heat shield and its four backshells located around the crew vehicle are made of composite materials. A glass-phenolic honeycomb core is wedged between the composite layers, like an ice cream sandwich, to provide high strength while staying lightweight. The entire vehicle is covered with thermal protection, including a type of woven ceramic "blanket" similar to the ones used on the space shuttle, and ceramic tiles on the backshells to deflect heat.

Like Boeing, SpaceX also looked to previous capsules when it first embarked on its Dragon spacecraft.

Då, the company, headquartered near LA, was still very young, so engineers looked at the legacies of the Mercury, Gemini and Apollo programs. The lessons are incorporated in its Dragon 2 crew transporter capsule, along with those learned from developing SpaceX's Dragon 1 vehicle, currently used by NASA to take supplies to the space station.

The Dragon 2's abort system is a marked change from the capsule used in the Apollo program, which used a rocket on a tower located at the top of the capsule and was discarded on the way up to orbit. SpaceX's launch abort system can be used at any time during the ascent and stays on the capsule so it can be recovered on splashdown - part of the company's emphasis on reusability, said Giger of SpaceX.

Dragon 2 will also utilize more advanced avionics technology than was possible during the Apollo missions - the capsule's avionics draw less than half the power of the Apollo spacecraft and lunar module combined - and the avionics are smaller and can be consolidated into fewer numbers of components. The most obvious examples are the touch-screen displays inside the capsule.

The SpaceX capsule will also utilize more automation, such as its docking ability, to improve safety and allow the crew to focus on crucial tasks, Giger said. The company is also working on developing the capsule's precision landing capability in the ocean so recovery crews can arrive within minutes.

"Just because it looks like a capsule does not mean the inherent technology is the same, " Giger said.

Dragon 2, which will ride into space on a Falcon 9 rocket, is set to make its first test flight in February 2018, and a crewed flight will come four months later.

Sålänge, the capsule's hardware is going through qualification testing and software is being developed and evaluated, said Garrett Reisman, director of space operations at SpaceX and a former NASA astronaut who flew on two space shuttle missions.

"We're trying to take a giant leap forward in safety, " Reisman said. "We have the opportunity to do that through design, improvements in technology and also by leveraging all the history that our partner NASA brings to the table ... to make sure we don't repeat mistakes made in the past."

©2017 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.