Pierwsza rakieta SLS złożona

W budynku integracji pionowej VAB na terenie kosmodromu Kennedy Space Center na Florydzie trwa łączenie głównych elementów rakiety Space Launch System (SLS). Superciężka rakieta NASA może jeszcze nawet w tym roku wykona pierwszy lot księżycowy programu Artemis. Jak wygląda stan przygotowań do tej misji?

W skrócie:

Od czerwca 2021 r. integracja komponentów pierwszej rakiety SLS;

SLS – czyli Space Launch System – to superciężka rakieta NASA, której zadaniem będzie wynoszenie ludzi na Księżyc;

Pierwszy (jeszcze bezzałogowy) lot rakiety SLS jest planowany na listopad 2021 r., ale wiele wskazuje na to, że opóźni się do 2022 r.;

Złożono już ze sobą Główny Człon i górny stopień ICPS oraz pomocnicze rakiety boczne;

We wrześniu na szczyt całego zestawu trafi statek Orion;

Na terenie kosmodromu Kennedy Space Center na Florydzie znajdują się już wszystkie elementy pierwszego egzemplarza rakiety SLS. Najpóźniej, bo dopiero w kwietniu 2021 r. do kompleksu przypłynął Główny Człon rakiety – jej największy element, który jeszcze w marcu przechodził próbne odpalenie w Centrum Kosmicznym Stennis.

Zobacz też: Główny Człon rakiety SLS przygotowywany na Florydzie do pierwszej misji księżycowej

Od czerwca trwa faza łączenia elementów całego systemu w jedną rakietę. Równolegle przeprowadzane są testy wspólnego działania systemów i infrastruktury naziemnej.

Rakieta SLS

Space Launch System (SLS) – superciężka rakieta 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 (Solid Rocket Boosters - SRB). 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.

Integracja rakiet bocznych

13 czerwca 2021 r. w budynku VAB na terenie kosmodromu Kennedy Space Center połączono Główny Człon rakiety SLS z rakietami bocznymi na paliwo stałe SRB. To fizyczne połączenie dwóch największych elementów tego systemu nośnego. Główny Człon zasilany czterema silnikami RS-25 napędza rakietę przez zasadniczy okres wznoszenia, natomiast rakiety pomocnicze pomagają w pierwszej fazie lotu.

Główny Człon umieszczany między rakietami SRB. Źródło: NASA/Cory Huston.

To na rakietach pomocniczych spoczywa na platformie startowej cały zestaw przed lotem. Rakiety SRB zostały złożone w budynku VAB w miesiąc tego roku. Ułożono je na mobilnej platformie startowej, z której startować będzie rakieta SLS. Potem pod koniec kwietnia do budynku VAB przybył Główny Człon. Przez kilka tygodni przebywał w pozycji poziomej w innej sekcji budynku, gdzie został poddawany naprawom po jego testowym odpaleniu na hamowni w Stennis Space Center.

Fizyczne połączenie Głównego Członu i rakiet SRB otworzyło drogę do kolejnych integracji.

Przyłączenie górnego stopnia

Po dołączeniu Głównego Członu do rakiet bocznych inżynierowie przystąpili do przygotowań do kolejnej integracji – postawienia adaptera międzystopniowego LVSA (Launch Vehicle Stage Adapter). Równolegle pracowano nad połączeniem Głównego Członu przewodami z mobilną platformą startową.

LVSA

Launch Vehicle Stage Adapter (LVSA) to strukturalne połączenie między Głównym Członem (Core Stage) rakiety SLS, a jej górnym stopniem ICPS. Wewnątrz LVSA znajduje się silnik górnego stopnia ICPS. Po zakończonej pracy Głównego Członu mechanizmy separacji pirotechnicznej oddzielają go od górnego stopnia. LVSA pozostaje przytwierdzony do Głównego Członu.

W adapterze LVSA znajdują się też elektryczne połączenia między systemem kontroli lotu Głównego Członu, a mechanizmem separacji między stopniami oraz komputerami pokładowymi stopnia ICPS i statku Orion. W środku do pierwszego lotu rakiety SLS umieszczono też tam zestaw instrumentów zbierających dane na temat przebiegu lotu. LVSA to również miejsce montażu dwóch kamer śledzących przebieg lotu i separację stopni.

Te połączenia znajdują się w sekcjach górnej oraz dolnej silnikowej członu. Połączenie w górnej części zapewnia połączenia przesyłu danych oraz zasilanie potrzebne do wykonania próbnego uruchomienia awioniki stopnia. Praca w górnej sekcji związana z przygotowaniem połączeń i wykonaniem potrzebnej izolacji termicznej wokół umożliwiła przystąpienie do montażu LVSA w czerwcu.

27 czerwca inżynierom udało się przymocować na szczycie Głównego Członu adapter. Wstępne połączenie wykonano już 22 czerwca. Jednak jak podał portal NASASpaceflight przy twardym łączeniu pojawiły się problemy, które opóźniły operację o tydzień.

LVSA podczas montażu na Głównym Członie. Źródło: NASA/Frank Michaux.

LVSA po postawieniu na górnym pierścieniu Głównego Członu jest przykręcany do niego za pomocą 360 śrub otaczających na całym obwodzie rakietę. Okazało się, że połączenia na styku obu elementów nie były wystarczająco płaskie i odstępy w niektórych miejscach przekraczały akceptowalne wartości. Inżynierom pracującym przy integracji udało się jednak rozwiązać ten problem. Tygodniowe opóźnienie spowodowało jednak opóźnienia w montażu kolejnego elementu – górnego stopnia ICPS.

7 lipca na szczycie zmontowanego zestawu SLS umieszczono drugi stopień rakiety czyli ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage). Ten element pierwszego egzemplarza systemu SLS czekał na terenie kosmodromu najdłużej. Konsorcjum ULA zbudowało i wysłało stopień na Florydę już w 2017 r.

Stopień ICPS umieszczany na zestawie. Źródło: NASA/Kim Shiflett.

ICPS

Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS) to drugi stopień rakiety SLS w wersji Block 1. Został zbudowany przez konsorcjum United Launch Alliance i bazuje na drugim stopniu rakiety Delta IV. Stopień zostaje odpalany w późnej fazie lotu, już po zakończeniu pracy przez Główny Człon i jego odrzuceniu. Zadaniem ICPS jest dokończenie rozpędzenia rakiety do prędkości orbitalnej, a następnie wykonanie manewru wejścia na trajektorię doksiężycową.

ICPS napędzany jest przez pojedynczy silnik RL10B-2 zasilany mieszanką ciekłego wodoru i ciekłego tlenu.

Statek Orion czeka na swoją kolej

10 lipca statek Orion, który wykona pierwszą księżycową – jeszcze bezzałogową – misję programu Artemis został przetransportowany z budynku MPPF, gdzie przebywał przez ostatni okres do budynku Launch Abort System Facility. Tam na szczycie statku została umieszczona wieżyczka systemu ratunkowego LAS.

LAS to system rakietowy, który ma zapewniać ucieczkę statku z astronautami od rakiety w wypadku, gdy ta rakieta doznałaby poważnej awarii na stanowisku startowym lub już podczas lotu. Po umieszczeniu wieży na górze statku, inżynierowie przystąpili do instalacji osłon aerodynamicznych okalających kapsułę załogową.

Wieżyczka systemu LAS umieszczana na statku Orion. Źródło: NASA/Kim Shiflett.

Pierwsze podłączenie rakiety SLS do prądu na Florydzie

Po złożeniu już prawie wszystkich elementów pierwszego egzemplarza rakiety SLS przyszedł czas na pierwsze wspólne testy. 6 sierpnia inżynierowie uruchomili zasilanie Głównego Członu rakiety – pierwszy raz od czasu, gdy stopień ten znajdował się jeszcze na hamowni testowej w Stennis Space Center.

Od razu po pierwszym uruchomieniu stopnia na Florydzie przystąpiono do dużych testów w ramach operacji Integrated Test and Check-Out, która ma sprawdzać jeszcze na ziemi zachowanie całej rakiety. Pierwsze testy to część programu Interface Verification Test, w którym sprawdzane jest połączenie między infrastrukturą naziemną znajdującą się na kosmodromie, a rakietą. Sprawdzane są połączenia w obie strony – zdolność wysyłania komend do rakiety z systemów naziemnych oraz odbieranie danych na temat jej stanu.

Te testy to jednak dopiero początek. Jeszcze nie zostały ukończone wszystkie połączenia między rakietą a mobilną platformą startową i w dalszym planie jest też uruchomienie elektryczne rakiet bocznych.

Administrator NASA Bill Nelson oglądający złożony zestaw SLS 28 lipca. Źródło: NASA/Kim Shiflett.

Uruchomienie zostało też wykorzystane do wgrania aktualizacji oprogramowania do komputerów pokładowych rakiety i kontrolerów silników RS-25, które napędzają Główny Człon.

Pod koniec sierpnia ma jeszcze zostać wykonane ponowne uruchomienie. Tym razem sprawdzone będzie współdziałanie rakiet bocznych SRB i Głównego Członu. Niedługo po tym po raz pierwszy na złączonej rakiecie uruchomiony zostanie także stopień górny ICPS. W sierpniu trwały też prace mające na celu połączenie tego stopnia z platformą startową.

Co dalej z pierwszą rakietą SLS?

Kolejnym krokiem jest postawienie na górnym stopniu ICPS adaptera do statku Orion. Adapter o nazwie Orion Stage Adapter przebywał w połowie sierpnia jeszcze w budynku, gdzie montowano w nim satelity standardu CubeSat, które mają polecieć w misji Artemis 1 i być wypuszczone na orbicie wokół Księżyca. Na początku do testów na górę SLS trafi testowy adapter. Po adapterze na szczyt powędruje symulator masy statku Orion.

Równolegle będą prowadzone testy program Interface Test Verification. Po nich wykonany zostanie test systemów odłączających rakietę od stanowiska startowego w momencie startu. Testy integracyjne zwieńczone zostaną badaniami drgań własnych całego zestawu.

Astronauta NASA Victor Glover pozujący na tle rakiety SLS 15 lipca 2021 r. Źródło: NASA.

Po zakończeniu testów drgań z rakiety zostaną ściągnięte strukturalna testowa makieta statku Orion i testowy adapter OSA. Inżynierowe będą kontynuować prace przygotowawcze do montażu już lotnych części – rzeczywistego adaptera oraz statku Orion.

Orion powinien być gotowy na wysłanie do pionowego budynku integracji VAB mniej więcej w połowie września.

Podsumowanie

W przypadku pierwszych lotów nowych konstrukcji, szczególnie tak dużych i skomplikowanych jak rakieta Space Launch System należy spodziewać się opóźnień podczas prac przygotowawczych i wspólnych testów całego systemu. Pewne opóźnienie już wystąpiły w trakcie składania rakiety, a czeka nas jeszcze duża ilość testów. Dlatego trzeba wziąć pod uwagę możliwe opóźnienia i już teraz nieoficjalnie mówi się, że pierwszy lot i misja Artemis 1 zostanie przeprowadzona na początku 2022 r., a nie tak jak na razie widnieje w oficjalnych planach w listopadzie br.

W ostatnim podsumowaniu prac wspominaliśmy, że obserwacje letnich prac integracyjnych będą kluczowe do przewidywania daty lotu. Inżynierowie nie przyspieszyli, a co więcej niektóre z operacji trwały trochę dłużej niż planowano. Pozostajemy więc ostrożnymi optymistami i czekamy na jesienną kampanię przygotowawczą. Kluczowym momentem będzie montaż rzeczywistego statku Orion na szczycie rakiety i całościowe testy zestawu. Po nich dobrą wskazówką zbliżającego się startu będzie udany test tankowania rakiety na wyrzutni, ale na to poczekamy jeszcze parę miesięcy...

Więcej informacji: