NASA chce ponownie wylądować z ludźmi na Księżycu – już w 2024 roku. Na powierzchni ma znaleźć się pierwsza astronautka i kolejny astronauta. Aby jednak ten ambitny cel został zrealizowany, wiele rzeczy musi być zbudowanych na czas. Jedną z nich jest załogowy lądownik. Dziś przyglądamy się postępom w rozwoju tego elementu programu Artemis.
Agencja ogłosiła w kwietniu 2020 roku zwycięzców konkursu na opracowanie projektu załogowego lądownika. Prawie miliard dolarów przyznano trzem grupom na rozwijanie swoich wizji lądowników. National Team pod przewodnictwem Blue Origin, SpaceX i Draper pracują, by w ciągu 10 miesięcy opracować szczegółowe koncepcje swoich propozycji.
Na początku 2021 roku NASA wybierze jedną lub dwie firmy, którym przyzna kontrakt na dalszy rozwój projektu. Aby jednak lądowanie w 2024 roku było realne, potrzebne będzie znaczące zwiększenie funduszy na program. Biały Dom wystosował prośbę o przyznanie agencji NASA 3,2 mld dolarów na przyszły rok podatkowy. Zgodę na takie wydatki musi wyrazić Kongres USA. Do tej pory w budżetowych planach była alokacja zaledwie 628 mln dolarów na ten cel w 2021 roku.
O tym, czy Kongres Stanów Zjednoczonych zdecyduje się na tak znaczące zwiększenie wydatków, dowiemy się dopiero w październiku albo nawet pod koniec tego roku. Każde opóźnienie w finansowaniu zwiększy ryzyko niepowodzenia w realizacji harmonogramu.
Oprócz trudności finansowych, w wykonaniu planu przeszkodzić mogą rozmaite problemy techniczne. Rakieta SLS, która ma wynieść statek załogowy Orion na misje programu Artemis, dopiero powstaje. Trwa kluczowy test głównego członu rakiety w ośrodku NASA Stennis Space Center. W październiku powinno odbyć się jego pierwsze próbne odpalenie. Jeżeli testy i późniejsza integracja rakiety przebiegną bez przeszkód, pierwszy bezzałogowy test rakiety SLS ze statkiem Orion ma zostać przeprowadzony w 2021 roku. Następna misja z lotem astronautów wokół Księżyca planowana jest na 2023 rok. Rok później ma zostać przeprowadzone pierwsze lądowanie.
Do lądowania, oprócz rakiety i statku załogowego, potrzebny będzie lądownik. Przyjrzyjmy się więc, na jakim etapie są poszczególne firmy w rozwoju swoich koncepcji.
Postępy w budowie lądowników księżycowych
Blue Origin
Atrapa lądownika zespołu National Team. Źródło: Blue Origin.
W konkursie na lądownik załogowy programu Artemis startuje konsorcjum National Team składające się z firm: Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman i Draper. Grupa poinformowała w połowie września o zakończeniu pierwszego etapu kontraktu z NASA – przejściu przeglądu wymagań systemu (System Requirements Review).
Lądownik konsorcjum będzie trzystopniową konstrukcją. Blue Origin zbuduje stopień zniżania, zasilany silnikami BE-7, które firma rozwija prywatnie już od trzech lat. Lockheed Martin przygotuje stopień wznoszenia z kabiną załogową. Technologie konstrukcji będą bazować na doświadczeniu firmy w budowie statku Orion. Northrop Grumman zajmie się tworzeniem modułu transferowego, który bazował będzie na statku Cygnus, wykorzystywanym od lat do misji transportu zaopatrzenia do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Draper zadba o awionikę lądownika.
20 sierpnia inżynieryjna atrapa lądownika została dostarczona do ośrodka NASA Johnson Space Center. Prototyp składa się z dwóch części: modułu wznoszenia i modułu zniżania (brakuje tylko modułu transferowego).
Prototyp zostanie wykorzystany do oceny ergonomiczności wnętrza modułu wznoszenia, w którym przebywać mają astronauci, i do sprawdzenia, jak łatwo astronauci mogliby wykorzystywać rozmieszczenie systemów wewnątrz statku.
Atrapa lądownika pozostanie w Johnson do początku 2021 roku. W tym czasie zespół będzie zwiększał jego zdolności.
SpaceX
Prototyp statku Starship SN5 podczas testowego skoku. Źródło: SpaceX.
Firma SpaceX zaproponowała użycie dostosowanej wersji rozwijanego przez nią statku kosmicznego Starship. Statek byłby wynoszony na orbitę okołoziemską przez – również rozwijaną w tej chwili – rakietę Super Heavy. Księżycowy statek musiałby być dotankowany przez innego Starshipa na orbicie, zanim zostałby wysłany na trajektorię transferową do Księżyca.
Księżycowy Starship różniłby się od statku projektowanego docelowo przez SpaceX tym, że nie byłby wyposażony w powierzchnie sterowe i osłony ablacyjne, potrzebne do powrotu na Ziemię. Miałby także dodatkowe silniki hamujące w górnej części statku, które umożliwiałyby lądowanie na powierzchni Księżyca.
SpaceX na razie nie dostarczył agencji NASA prostego prototypu statku. Firma prężnie przeprowadza jednak testy kolejnych pełnoskalowych prototypów Starshipa w ośrodku Boca Chica w Teksasie.
W ostatnim czasie prototypy o oznaczeniach SN5 i SN6 wykonały udane skoki na wysokość 150 m z lądowaniami. W tej chwili na ukończeniu jest prototyp SN8, który będzie wyposażony w powierzchnie lotne, prawidłowy czub rakiety i prawdopodobnie trzy – zamiast jednego – silniki Raptor. Powinno to pozwolić na wykonanie w najbliższym czasie kolejnego lotu – tym razem na wysokość ok. 20 km.
W Boca Chica rozwija się także fabryka rakietowa. Elon Musk informował o znacznie zwiększonych możliwościach produkcyjnych. Wkrótce powstać ma też pierwszy prototypowy egzemplarz dolnego stopnia systemu – rakieta Super Heavy.
Podczas wirtualnego szczytu Humans to Mars, przeprowadzonego 31 sierpnia 2020 roku, Musk powiedział, że całkowite koszty rozwoju pojazdu Starship wyniosą ponad 5 mld dolarów. Stwierdził też, że na razie firma nie skupia się na rozwoju systemów podtrzymywania życia dla statku Starship.
Oprócz możliwej misji księżycowej programu Artemis, statek Starship ma wykonać komercyjny lot wokół Księżyca z japońskim multimiliarderem Yusaku Maezawa. Lot ten planowany jest na 2023 rok.
Dynetics
Atrapa lądownika firmy Dynetics. Źródło: Dynetics.
Dynetics zaproponował jednostopniową konstrukcję Dynetics Human Landing System. Firma zatrudni do jego projektowania i budowy ponad 25 podwykonawców. Dynetics specjalizuje się właśnie w integracji pracy dużych zespołów w projektach wojskowych.
Lądownik DHLS będzie zintegrowanym statkiem z możliwościami lądowania i powrotu z powierzchni. System napędowy będzie korzystał z mieszanki ciekłego wodoru i tlenu. Podczas lądowania statek będzie odrzucał wykorzystane zbiorniki paliwowe. Inną cechą charakterystyczną konstrukcji jest dosyć szeroka struktura, sprawiająca, że astronauci po wylądowaniu znajda się bardzo blisko powierzchni i nie będą musieli korzystać z wind czy bardzo długich drabin.
Firma właśnie udostępniła wstępny pełnoskalowy prototyp (low-fidelity) swojego lądownika dla agencji NASA. Prototyp odwzorowuje strukturę lądownika i ma pozwolić ocenić astronautom i inżynierom ergonomię wnętrza i rozkład systemów w kabinie. Wszystkie elementy rozmieszczenia będą mogły po tej ewaluacji ulec zmianie. Prototyp mieści się w ośrodku firmy w Huntsville w stanie Alabama.
15 września firma zorganizowała konferencję online, podczas której przedstawiła wygląd prototypu i podała więcej szczegółów dotyczących projektu.
Okazuje się, że lądownik będzie potrzebował dwóch misji dotankowujących, zanim będzie można przeprowadzić lądowanie na Księżycu. Jeżeli firma zostanie wybrana do realizacji misji Artemis III w 2024 roku, to lądownik zostanie wysłany za pomocą rakiety Vulcan, a dodatkowo w obrębie zaledwie kilku tygodni trzeba będzie wysłać kolejne dwie misje Vulcan. Górne stopnie tej rakiety (Centaur) będą musiały wykonać transfer paliwa do lądownika.
Lądownik Dynetics HLS będzie zasilany mieszanką kriogeniczną ciekłego tlenu i wodoru. To samo paliwo używane jest przez stopień Centaur rakiety Vulcan. Transfer paliwa kriogenicznego między dwoma statkami niesie za sobą szereg wyzwań. Jednym z nich jest odparowywanie tego paliwa. Dlatego, aby misja mogła się powieść, trzeba będzie wykonać trzy starty rakiety Vulcan – w bardzo krótkim odstępie czasowym. Wiceprezydent ULA – Mark Peller, obecny na konferencji – oznajmił, że ULA pracuje, by możliwa była realizacja lotów z taką kadencją z terenu kosmodromu Cape Canaveral.
Dynetics wybiega też dalej w przyszłość. W kolejnych misjach Artemis ma być możliwe tankowanie lądownika przy pomocy powstałych komercyjnych stacji paliwowych lub z pozyskanego paliwa z lodu wodnego na powierzchni Księżyca. Umożliwi to później wykonywanie misji, w których lądownik będzie skakał po powierzchni Księżyca do różnych interesujących naukowo lokalizacji.
Dynetics poinformował też o przejściu projektu lądownika przez przegląd wymagań NASA i bazową certyfikację – są to pierwsze dwa kroki trwającego kontraktu, wartego 253 miliony dolarów, na wstępne opracowanie systemu.
Podsumowanie
Ostatnie lądowanie człowieka na Księżycu odbyło się w 1972 roku. Teraz – bez wątpienia – amerykańska agencja NASA jest najbliżej, od wielu lat, powtórzenia tego osiągnięcia. Tym razem w planach jest pozostanie w okolicach Księżyca – najpierw poprzez bazę orbitalną Gateway, a później także na powierzchni. Czy lądowanie odbędzie się już za nieco ponad 4 lata? Najbliższe miesiące mogą odpowiedzieć na to pytanie.
Na podstawie: NASA/Blue Origin/Dynetics/NSF
Opracował: Rafał Grabiański
Więcej informacji:
Na zdjęciu: Wizja astronautów NASA na powierzchni Księżyca w ramach programu Artemis. Źródło: NASA.
