Został już tylko rok do ponownego lotu człowieka w okolice Księżyca. Misja Artemis II, w której czworo astronautów obleci naszego naturalnego satelitę w statku Orion jest obecnie planowana na listopad 2024 r. Czy jest to możliwy do zrealizowania termin? Jak wyglądają przygotowania do tej misji?
16 listopada 2022 r. po raz pierwszy wystartowała nowa rakieta NASA Space Launch System. I po raz pierwszy od ponad 50 lat celem rakiety było wysłanie w stronę Księżyca załogowego statku kosmicznego. Misja zakończyła się sukcesem i po prawie miesiącu, 11 grudnia Orion opadł na spadochronach na Ziemię. Tym razem jeszcze w Orionie nie było astronautów, ale od powodzenia tego lotu zależały przygotowania do kolejnych misji programu Artemis, w tym najbliższej misji Artemis II, w której po raz pierwszy od zakończenia programu Apollo w pobliżu Księżyca znajdą się ludzie.
W skrócie:
- Misja Artemis II, zaplanowana na listopad 2024 r., będzie pierwszym załogowym lotem NASA w okolice Księżyca od czasów programu Apollo.
- Kluczowym dla przygotowań do tej misji był udany bezzałogowy test rakiety SLS i statku Orion w 2022 r.
- Prace nad rakietą SLS i statkiem Orion do misji Artemis II postępują, choć wystąpiły pewne opóźnienia.
- Pomimo wyzwań technicznych rok 2024 r. zapowiada się jako kluczowy dla planów powrotu człowieka na Księżyc.
Gdy statek Orion krążył wokół Księżyca to już na dużym etapie zaawansowania była produkcja kolejnych statków i elementów nowych rakiet SLS. Sama rakieta spisała się tak dobrze, że na szczęście niepotrzebne są istotne zmiany w projekcie. Pierwszy testowy start mimo, że nie wykazał fundamentalnych problemów, to jednak pozwolił na dopracowanie wielu rzeczy. Procedury przygotowania rakiety, statku i infrastruktury naziemnej już nie bazują tylko na teorii, ale w następnych misjach opierać się będą na rzeczywistych danych z misji kosmicznej.
Zmiany dotyczyć w kolejnych misjach będą najbardziej procedur testowych, kryteriów LCC wskazujących co musi być spełnione, by uznać rakietę za gotową do misji. Głównym celem poprawek jest oczywiście poprawa bezpieczeństwa (tym ważniejsze kiedy na rakietę wsiądą ludzie) jak również usprawnienie procesów i sprawienie, że rakieta ma większe szanse na wystartowanie w planowanym czasie. Przypomnijmy, że w przypadku pierwszego lotu SLS, dopiero 3. podejście zakończyło się startem.
Wśród konkretnych poprawek wymienianych przez inżynierów misji znalazły się: lepsze procedury wykonania tankowania, dodanie nowych narzędzi do kontrolowania wycieku wodoru podczas tankowania czy poprawa wytrzymałości kamer na stanowisku startowym.
NASA nie dała zapomnieć o programie Artemis. Już bowiem 3 kwietnia, kilka miesięcy po misji Artemis I na specjalnej konferencji ogłoszono skład pierwszego załogowego lotu Księżycowego Artemis II. W stronę Księżyca polecą: dowódca misji Reid Wiseman, pilot misji Victor Glover, pierwsza specjalistka misji Christina Koch (wszyscy USA) oraz drugi specjalista misji Jeremy Hansen (Kanada). Załoga rozpoczęła już w tym roku trening do tej misji.
Załoga misji Artemis II na tle kapsuły załogowej statku Orion. Od lewej: Jeremy Hansen, Victor Glover, Reid Wiseman i Christina Koch. Źródło: NASA.
Teraz gdy minęły kolejne miesiące od startu Artemis I nasza uwaga może skupić się na nadchodzącej misji. Sprawdźmy więc jak postępują do niej przygotowania. Czy gotowe są elementy rakiety SLS i statku Orion i czy możliwe jest by start odbył się jeszcze w 2024 roku?
O misji Artemis II w skrócie
Artemis II – druga księżycowa misja programu Artemis. Po udanym bezzałogowym teście rakiety SLS i statku Orion w locie Artemis I w 2022 r. teraz przyszedł czas na pierwszy lot z astronautami. Po raz pierwszy od zakończenia programu Apollo w otoczeniu Księżyca znajdą się astronauci.
Misja jest obecnie planowana na nie wcześniej niż listopad 2024 r. W programie jest 10-dniowy lot. Statek Orion z czterema astronautami: Christiną Koch, Victorem Gloverem, Reid Wisemanem i Jeremy Hansenem wystartuje na rakiecie Space Launch System.
Statek z załogą zostanie skierowany na „hybrydową trajektorię swobodnego powrotu”. To specjalny rodzaj orbity, który po oblocie Księżyca umożliwi powrót na Ziemię za sprawą grawitacji naszej planety, bez konieczności użycia napędu. W trakcie lotu przetestowane zostaną systemy statku Orion, potrzebne do prowadzenia misji z astronautami na jego pokładzie. Astronauci znajdą się w najwyższym punkcie orbity 7400 km nad powierzchnią Księżyca po jego niewidocznej z Ziemi stronie.
Misja będzie stanowić próbę generalną przed ponownym lądowaniem człowieka na Księżycu w misji Artemis III, planowanym obecnie na 2025 r.
Główny Człon rakiety SLS
Podczas gdy cieszyliśmy się na początku 2023 roku udaną misją Artemis I i pierwszym lotem superciężkiej rakiety Space Launch System, w zakładach Michoud Assembly Facility trwał montaż elementów Głównego Członu dla egzemplarza rakiety, która będzie wykorzystana w pierwszym załogowym locie Artemis II.
W marcu przeprowadzono łączenie dolnej sekcji silnikowej z pozostałymi czterema elementami stopnia: zbiornikiem na ciekły wodór, sekcją międzyzbiornikową, zbiornikiem na ciekły tlen i przednim kołnierzem.
Sekcja silnikowa widoczna po prawej stronie, przygotowywana do montażu do sekcji zbiornikowej rakiety SLS (po środku). Żródło: NASA/Eric Bordelon.
Po udanej strukturalnej integracji sekcji silnikowej inżynierowie mieli rozpocząć „odpakowanie” i instalację czterech silników RS-25. Sama instalacja silników miała zakończyć się w lipcu. Niestety już w maju dowiedzieliśmy się, że początek instalacji odbędzie się dopiero w lipcu, a później został w ogóle przełożony na jesień. Powodów opóźnień było kilka. Jeden z problemów dotyczył dużej linii na zewnątrz stopnia, doprowadzającej ciekły tlen do silników – konieczne były naprawy u podwykonawcy. Drugi problem to konieczność ponownego przetestowania jednego z zaworów izolujących silniki od dostarczenia ciekłego tlenu ze zbiornika w Głównym Członie.
Rakieta SLS
Główny Człon to dolny stopień rakiety Space Launch System – superciężkiej rakiety NASA, która będzie wykorzystana do załogowych misji księżycowych programu Artemis. SLS składa się z Głównego Członu (Core Stage), do którego dołączone są dwie boczne rakiety pomocnicze na paliwo stałe. Razem napędzają one całą rakietę, pozwalają jej opuścić atmosferę i rozpędzić się do dużych prędkości. Po kilku minutach lotu boczne rakiety są odłączane i SLS kontynuuje rozpędzanie na wciąż działających silnikach Głównego Członu. Potem Główny Człon zostaje odrzucony, a rozpędzanie do prędkości orbitalnej kontynuuje górny stopień, którym w przypadku pierwszej wersji rakiety SLS jest Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS). Rakieta SLS w wersji 1 ma mieć udźwig 95 t na niską orbitę okołoziemską i 26 t na lot doksiężycowy.
Główny Człon jest napędzany przez cztery silniki RS-25D zasilane ciekłym wodorem i ciekłym tlenem. Silniki RS-25D to zmodyfikowane silniki używane wcześniej w amerykańskich wahadłowcach kosmicznych. Sam Główny Człon wyglądem przypomina zewnętrzny zbiornik ET systemu wahadłowców, który dostarczał paliwo jego silnikom podczas początkowej lotu na orbitę.
Ostatecznie dopiero we wrześniu przystąpiono do instalacji silników. Pierwszym silnikiem zamontowanym w Głównym Członie był E2059, który został „miękko” przymocowany 11 września. E2059 to były silnik wykorzystywany w wahadłowcach, który leciał w 5 takich misjach. Potem przystąpiono do montażu kolejnych silników: E2047 15 września, E2062 19 września i na końcu E2063 20 września.
Gdy wszystkie silniki znalazły się w sekcji, trzeba było dokończyć ich połączenia z systemami: paliwowym, elektrycznymi, sieciowymi, hydraulicznymi i pneumatycznymi. Tzw. twarde połączenie silników osiągnięto w pierwszej połowie października.
Również w październiku zaczęły się funkcjonalne testy integracyjne stopnia. Polegają one na przetestowaniu wszystkich podsystemów. Uruchamiana jest elektronika stopnia, sprawdzana szczelność połączeń paliwowych, sprawdzane są czujniki i ich współpraca z komputerem pokładowym. Sprawdza się też oczywiście prawidłowe funkcjonowanie systemów w silnikach jak na przykład działanie zaworów, hydrauliki czy systemu wektorowania ciągu.
Silniki po zamontowaniu w Głównym Członie rakiety SLS. Źródło: NASA.
Kiedy pozytywnie zakończą się testy stopnia w placówce MAF, zespół przygotuje Człon Główny do transportu. Testy mają się zakończyć pod koniec listopada. Przygotowanie stopnia do wysyłki potrwa 2-3 tygodnie więc obecnie na koniec roku planowany jest transport stopnia barką do Kennedy Space Center na Florydzie.
Statek Orion
Intensywne prace trwają też nad przygotowaniem pierwszego statku Orion, w którym w kosmos polecą ludzie. Tu prace różnią się bardziej niż w stosunku do Głównego Członu rakiety SLS. Rakieta SLS miała za sobą udany test bezzałogowy i w drugiej misji leci w niemal takiej samej konfiguracji. W przypadku jednak Oriona po raz pierwszy będzie on wyposażony w systemy podtrzymywania życia astronautów.
Europejski Moduł Serwisowy podczas testów przed misją Artemis II. Źródło: NASA.
Obecnie kapsuła załogowa statku Orion i Europejski Moduł Serwisowy znajdują się w budynku NAOC na terenie kosmodromu Kennedy Space Center na Florydzie. Obie części Oriona przechodziły tam oddzielnie rozmaite testy i integracje.
W maju 2023 r. Europejski Model Serwisowy przeszedł testy akustyczne, symulujące warunki startu na rakiecie SLS. Po teście technicy rozłożyli cztery panele słoneczne, by sprawdzić czy sztucznie wywołane wibracje nie spowodowały uszkodzeń. W czerwcu do spodu kapsuły Orion przymocowano osłonę termiczną, która chronić będzie astronautów podczas powrotu z trajektorii księżycowej na Ziemię. Po montażu osłony kapsułę czekały jeszcze instalacje różnych zewnętrznych elementów przed testami akustycznymi, jakie wcześniej przebył moduł serwisowy. Testy akustyczne przeprowadzono 13 sierpnia. W sierpniu kapsuła była w ostatniej fazie testów systemowych.
Astronauci misji Artemis II przyglądają się kapsule Orion na stanowisku testów akustycznych. Źródło: NASA/Kim Shiflett.
Od października rozpoczęła się kilkumiesięczna kampania połączenia obu części Oriona i testów integracyjnych całości. Fizycznego złączenia kapsuły CM i modułu serwisowego ESM dokonano 19 października. Po tym rozpoczęła się pierwsza faza testów, mająca na celu pierwsze uruchomienie elektroniki we wspólnej konfiguracji. Następnie inżynierowie przejdą do funkcjonalnych testów wszystkich podsystemów. Testy potrwają wiele tygodni. Możemy się spodziewać że za kilka miesięcy, na początku 2024 r. Orion powinien trafić do odnowionej po czasach programu Apollo komory próżniowej na terenie ośrodka NAOC, gdzie przejdzie symulację warunków lotu kosmicznego.
Po testach próżniowych Orion zostanie jeszcze raz przetestowany pod względem poprawnego działania wszystkich podsystemów. Potem czeka go kolejna seria testów akustycznych, a potem już przygotowana do wysłania do budynku MPPF, gdzie odbędzie się jego tankowanie, montaż wieżyczki systemu ratunkowego i przygotowanie do misji. To wszystko jest obecnie planowane na 2024 r.
Co ciekawe drugie życie dostała kapsuła Orion misji Artemis I. Po tym jak wróciła z księżycowej misji, została oczywiście zbadana, a wszelki sprzęt, który ma zostać ponownie wykorzystany w Artemis II został z niej wyjęty. Sama kapsuła po oczyszczeniu i inspekcjach służy teraz jako moduł testowy do certyfikacji awaryjnego systemu ucieczkowego. W locie Artemis I leciała wieżyczka ucieczkowa, ale nie była ona uzbrojona, bo nie planowano jej używać bez załogi na pokładzie Oriona. Teraz trzeba dokończyć więc brakujące testy. Będzie się to działa przez pierwsze miesiące 2024 r. Statek zostanie przetransportowany do ośrodka Lockheed Martin w Ohio w tym celu.
Rakiety boczne SRB
Rakieta SLS nie wzniosłaby się w powietrze bez dwóch potężnych rakiet bocznych na paliwo stałe SRB – powiększonych wersji systemu, który zasilał też przez kilka dekad wahadłowce kosmiczne. 10 segmentów, z których zostaną złożone dwie rakiety boczne zostało przywiezionych pociągiem na teren kosmodromu KSC 25 września 2023 r.
Po dostarczeniu segmentów zespół obsługi naziemnej programu Artemis przygotował je do przechowania w budynku RPSF. Tam zostaną obrócone do pozycji pionowej, sprawdzone i przechowane, aż nie rozpocznie się w 2024 roku integracja całej rakiety w budynku VAB.
Segmenty rakiety SRB do misji Artemis II. przewożone pociągiem na teren kosmodromu Kennedy Space Center. Źródło: NASA.
Modyfikacje i poprawki wieży startowej
Większość 2023 roku mobilna wieża startowa ML-1 spędziła poza budynkiem VAB, przechodząc naprawy po starcie misji Artemis I oraz rozmaite poprawki i przygotowania do lotu Artemis II.
W związku z misją załogową do wieży muszą być dołączone i przetestowane dwa nowe systemy. Pierwszy z nich, który jest w trakcie instalacji to system ewakuacji. Gdy rakieta stanowiłaby zagrożenie, a astronauci byliby już na górze, to możliwą ewakuacją będą specjalne kosze i linowa kolejka zjazdowa, która umożliwi szybkie opuszczenie terenu. Podobne rozwiązanie stosowano podczas misji wahadłowców kosmicznych. Po montażu tych struktur planowane są w 2024 roku testy. Testy nie będą angażować ludzi, a jedynie balast.
Drugi element to oczywiście załogowe ramię dostępowe. To korytarz który umożliwi astronautom przejście z wieży na pokład statku Orion. Do tego, by korytarzem przeszli ludzie konieczna jest seria rygorystycznych testów, łącznie ponad 100 przemieszczeń ramienia, podczas których testowane są różne scenariusze.
Wieża startowa ML-1 podczas transportu na wyrzutnię SLC-39B w sierpniu 2023 r. w celu testów przed misją Artemis II. Źródło: NASA/Ben Smegelsky.
Oczywiście trzeba było też dokonać koniecznych napraw. Przy starcie tak dużej rakiety uszkodzenia są nieuniknione. Usprawniono systemy ochrony przeciwko falom uderzeniowym od startu rakiety. Wymienione i wzmocnione zostaną panele ochronne (tzw. blast plates) na poziomie 0 mobilnej platformy – miejsce najbardziej narażone na uszkodzenia podczas zapłonu silników. Poprawki dotyczą też systemu dostarczania gazowego azotu. Azot jest używany do oczyszczania platformy oraz układów paliwowych z oparów paliwa rakietowego. System wymagał wzmocnienia, jak również odbudowy uszkodzonych linii oraz zamontowania większej liczby osłon.
Zespół odpowiedzialny za wieżę nie zdecydował się natomiast na poprawienie sprzętu odpowiedzialnego za połączenie między Głównym Członem rakiety a liniami tankowania ciekłego wodoru. Uznano, że zmiany w procedurach będą wystarczające. Na naprawę oczekują jeszcze windy, które zostały znacząco uszkodzone podczas startu.
Wieża startowa ML-1 powinna wrócić po remontach i testach do budynku VAB w pierwszym kwartale 2024 r. Wtedy zaczną się przygotowania do składania rakiety SLS do misji Artemis II.
Podsumowanie
Rok do planowanego startu misji Artemis II wydaje się jak dużo czasu. Stopień skomplikowania misji i fakt, że to pierwszy lot załogowy NASA prowadzony poza bliskie otoczenie Ziemi sprawia jednak, że mamy duże wątpliwości czy agencji NASA uda się dotrzymać tego terminu. W 2023 r. wiele elementów harmonogramu ulegało opóźnieniom, a im dalej w przygotowaniach tym kolejne opóźnienia będą bardziej kosztowne. Gdy chcemy w tym systemie wysłać ludzi nie ma miejsca na jakiekolwiek luzowania procedur.
Jesteśmy więc pewni, że listopadowy termin jest nierealistyczny, ale możemy też powiedzieć z równą pewnością, że ze względu na przygotowania i testy rok 2024 będzie na pewno ciekawy.
Na podstawie: NASA/NSF
Opracował: Rafał Grabiański
Więcej informacji:
Na zdjęciu tytułowym: Rakieta Space Launch System startująca w misji Artemis I 16 listopada 2022 r. Źródło: NASA.
