Programul Artemis către Lună: ne așteaptă vremuri interesante

Începe o nouă perioadă importantă în explorarea spațiului cosmic, americanii alături de câțiva parteneri internaționali dorindu-și să ducă din nou oameni pe Lună și apoi pe Marte.

Următorii ani vor fi asemănători cu cursa spațială din anii ’60, adică test după test, misiune după misiune. Trăim vremuri interesante.

Noul program lunar se numește Artemis. În mitologia greacă era sora geamănă a lui Apollo și zeița Lunii. E un nume bun.

Iată ce cuprinde programul.

STRUCTURĂ

Artemis a fost pornit de Obama și continuat de Trump, iar ținta actuală este să ducă astronauți pe Lună în 2024 cu misiunea Artemis 3. Programul mi se pare foarte ambițios, în special în zona vehiculelor ce trebuie construite de la zero pentru aceste misiuni (de exemplu, este planificată o stație spațială pe orbita Lunii), așa că nu m-ar mira ca în anii următori să vedem multe tăieri de costuri și o simplificare generală a structurii sale.

Pur și simplu par a fi multe elemente introduse pentru că sunt cool, nu musai pentru că sunt necesare, iar toate atrag cheltuieli imense. În paralel, companii private precum SpaceX dezvoltă soluții independente care ar putea îndeplini multe faze ale misiunilor Artemis și cred că în final se va apela la multe astfel de soluții. De fapt, acum câteva zile NASA a acordat deja către SpaceX contractul pentru aselenizarea astronauților.

Planul din prezent, însă, include o nouă rachetă de lansare în spațiu, o capsulă pentru astronauți, o stație spațială în jurul Lunii, un lander lunar și o serie de sonde robotice care să ducă provizii în spațiu și pe Lună, poate inclusiv un modul habitabil pe suprafața acesteia. Toate sunt dezvoltate în principal de NASA, dar cu ajutor de la o mulțime de agenții spațiale internaționale și companii private.

SPACE LAUNCH SYSTEM

SLS-ul este o rachetă super-heavy dezvoltată de NASA. Primul zbor ar urma să aibă loc în noiembrie 2021 cu misiunea Artemis 1.

By NASA – https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/sls_block1_on-pad_sunrisesmall.jpg, Public Domain, Link

SLS ar trebui să devină cea mai puternică rachetă în operare în termeni de payload maxim. Sunt trei variante planificate, SLS Block 1, Block 1B și Block 2, fiecare mai puternică decât cea anterioară.

Ca o comparație, SLS Block 1 ar trebui să ducă 95 de tone pe orbita Pământului (LEO, low Earth orbit) și 42 de tone pe o traiectorie de inserție trans-lunară (TLI). Ariane 5 ridică 20 de tone pe LEO, Falcon Heavy vreo 65 tone. Viitorul SLS Block 2 ar trebui să ridice 130 tone pe orbită, comparabil cu rachetele Saturn 5 din vremea misiunilor Apollo.

By Efa – Own work, CC BY-SA 4.0, Link

Sateliții ridicați uzual în spațiu sunt de fapt ușori, de obicei sute de kilograme. Capsulele lunare și restul componentelor ce vor fi trimise în acea direcție au însă masă mult mai mare și mult combustibil suplimentar, așa că este nevoie de rachete mult mai puternice pentru a le ridica de la sol.

Raportul între payload și combustibilul necesar pentru a-l ridica pe orbită este de cam 1:25 în acest moment, adică pentru fiecare tonă suplimentară de masă utilă ai nevoie de alte 25 de tone de combustibil pentru a învinge gravitația planetei și de asta se ajunge la rachete supra-dimensionate.

SLS nu este reutilizabil, precum cele Falcon, un dezavantaj mare dpdv costuri. Racheta va avea mai multe etaje și două boostere atașate pe exterior, iar înălțimea totală va fi 98 de metri cu tot cu capsula din vârful ei.

Prima lansare fără echipaj a fost amânată de multe ori, iar din octombrie 2017 s-a ajuns la noiembrie 2021 ca noua țintă. Boeing este principalul contractant. În acest moment, boosterele și etajul principal al rachetei au fost testate la sol. Urmează asamblarea finală, rezolvarea diverselor probleme, poate alte teste statice și apoi prima misiune cu SLS, Artemis 1, care va testa de fapt racheta în sine și capsula Orion.

CAPSULA ORION

Orion este capsula cu astronauți ce se va pune în vârful rachetei SLS. Orion va duce astronauții de pe orbita Pământului până pe orbita Lunii, unde planul este că se va cupla la o stație spațială numită Gateway. De acolo, astronauții vor coborî pe Lună folosind un alt modul de aterizare, iar Orion va fi utilizat ulterior pentru a-i readuce pe Terra.

Orion are două componente: modulul echipajului (care la Apollo se numea modulul de comandă), fabricat de Lockheed Martin, și modulul de serviciu, care include senzori, aparatură, motor, combustibil și restul celor necesare, fabricat de Airbus Defense and Space.

By NASA – https://www.flickr.com/photos/nasaorion/50510806301/, Public Domain, Link

Capsula este parțial reutilizabilă în sensul că modulul echipajului va reveni la sol folosind parașute și poate fi reutilizat pentru alte misiuni. Modulul de serviciu este abandonat pe orbita Terrei odată ce a readus acolo astronauții de pe Lună.

Modulul echipajului pare foarte mic. Este un trunchi de con cu baza de 5 metri în diametru și o înălțime de 3 metri. Este mai mare decât cel folosit în misiunile Apollo, dar va transporta între 4 și 6 astronauți, față de 3 pe Apollo. Sistemele de suport permit misiuni de până la 21 de zile în spațiu cu echipaj uman la bord.

By U.S. Navy – https://www.flickr.com/photos/nasaorion/15781475217/, Public Domain, Link

Orion este, în principiu, gata de zboruri. Testele au fost făcute deja, că-i în lucru de mai bine de 15 ani, și s-au încheiat cu succes. Trei module trebuie construite pentru primele trei misiuni Artemis.

STAȚIA SPAȚIALĂ GATEWAY

Aici lucrurile se complică. Gateway ar putea fi elementul care amână aselenizarea plănuită pentru 2024.

Gateway va fi o stație spațială micuță plasată pe o orbită eliptică a Lunii. Orbita va varia între 3.000 și 70.000 km. Maxar, Northrop Grumman, Thales Alenia Space și alte companii vor construi diversele ei elemente.

By National Aeronautics and Space Administration (NASA) – https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/gateway_ppehalo_angles_003_0.png, Public Domain, Link

Principalele module sunt cel de propulsie și generare de electricitate și modulul habitabil. NASA a anunțat deja că cele două module vor fi lansate în mai 2024 cu o rachetă Falcon Heavy și vor fi trimise pe orbita Lunii. Alte zboruri tot în 2024 vor atașa stației spațiale elementele necesare aselenizării din misiunea Artemis 3.

În anii ulteriori, diverse alte module (braț robotic, sistem de realimentare șamd) vor fi atașate stației Gateway de misiuni robotice. Capsule Dragon XL de la SpaceX vor fi utilizate pentru realimentare și transport de marfă.

By NASA – https://www.nasa.gov/feature/nasas-exploration-campaign-back-to-the-moon-and-on-to-mars, Public Domain, Link

Misiunile Artemis cu oameni vor lăsa câțiva astronauți la bordul Gateway, care va servi ca stație de comandă și hub de comunicație cu Terra, iar doi astronauți vor coborî pe Lună.

Problema stației este că are un cost ridicat și că în majoritatea timpului va funcționa fără personal uman. Planurile sunt ca ea să fie utilizată în viitor pentru o eventuală bază permanentă pe Lună sau ca punct de plecare către Marte. În același timp, majoritatea criticilor spun că este inutilă pe termen scurt și lung, iar misiunile Artemis ar trebui să facă o aselenizare directă, precum cele Apollo din 1969-1972. Pur și simplu nu e nimic de făcut pe Lună pe termen lung, iar o astfel de stație spațială nu își justifică costurile (miliarde de dolari, probabil).

Nu știu dacă va fi și construită. Contractele sunt încheiate, probabil va fi operațională. Apoi NASA nu va accepta că este un sunk cost și o va mai menține o vreme, pentru că “trebuie”.

Problema este și că trebuie finalizată între lunile mai și octombrie 2024 și aprovizionată cu toate cele necesare pentru misiunea Artemis 3 cu echipaj uman. Asta înseamnă că, înainte de ea, vreo 4 misiuni robotice trebuie să funcționeze perfect.

HUMAN LANDING SYSTEM

Sub acest nume sexy se ascunde echipamentul care va transporta doi astronauți de pe stația Gateway pe suprafața Lunii și de acolo înapoi pe Gateway.

Au fost mai multe sisteme HLS în dezvoltare, inclusiv unul de la o alianță numită National Team formată din Blue Origin (think Amazon), Northrop Grumman și Lockhead Martin, dar și de la Boeing și SpaceX.

Pe 16 aprilie, NASA a anunțat un singur câștigător: SpaceX. O variantă de Starship va face naveta între Gateway și Lună. Nu este clar când va ajunge acest Starship pe Gateway.

Complicația suplimentară vine din faptul că SpaceX dezvoltă Starship ca pe o soluție all-in-one pentru astfel de misiuni. Starship ar putea lansa astronauți de pe Terra, s-ar putea realimenta pe orbita planetei noastre înainte de a pleca spre Lună, unde poate aseleniza și apoi ridica de acolo pentru călătoria înapoi spre Terra, poate cu o reaprovizionare suplimentară la un Rompetrol spațial. Apoi ar ateriza la punct fix pe Terra, iar până atunci probabil că nu va mai exploda la această etapă.

PROGRAME SUPORT

Pe lângă componentele principale de mai sus, există o mulțime de alte sisteme suport. Diverse misiuni robotice ar putea duce provizii pe suprafața Lunii, un rover, o bază modulară pentru astronauți și alte materiale pentru cercetare. SpaceX și Blue Origin ar putea lua partea leului aici, că aceste programe vor fi în general executate de companii private prin contracte atribuite de NASA.

Mai există și ceva numit EGS, Exploration Ground Services, adică structura modernizată de lansare de la sol a acestor misiuni, plus că trebuie dezvoltate și noi costume de astronaut.

MISIUNILE ARTEMIS

OK, avem structura programului, acum vin misiunile ce vor utiliza toate cele de mai sus. Ele sunt oficial numerotate cu cifre romane, dar mie mi se pare că ar trebui să renunțăm la ele pentru tot ce n-a fost deja botezat, așa că le scriu cu cifre arabe în continuare.

ARTEMIS 1

Show-ul ar trebui să înceapă pe 4 noiembrie 2021 cu această misiune spectaculoasă. Artemis 1 nu va avea echipaj uman, dar o rachetă SLS va ridica de la sol o capsulă Orion (plus niște sateliți lunari, dacă tot zboară) și va testa întreg sistemul.

După ce Orion ajunge pe orbita Terrei, un sistem atașat de propulsie o va trimite spre Lună. Orion va ajunge până la 100 km altitudine pe Lună și va folosi gravitația acesteia pentru a se propulsa pe o orbită îndepărtată, peste 60.000 de kilometri, înainte de a reveni pe Pământ după aproximativ 21 de zile. 13 sateliți CubeSat vor fi lansați în timpul misiuni pentru studierea Lunii.

Reintrarea în atmosfera terestră se va face cu viteză mare pentru a testa scutul termic al capsulei.

By NASA – https://www.nasa.gov/image-feature/artemis-1-map, Public Domain, Link

ARTEMIS 2

Prima misiune cu echipaj uman va duce 4 astronauți pe orbita Lunii, dar fără aselenizare, exact ca Apollo 8 acum peste 50 de ani. Misiunea este planificată momentan pentru august 2023.

Misiunea va dura 10 zile. Capsula Orion va ajunge întâi pe o orbită înaltă a Terrei, apoi va fi propulsată spre Lună. Astronauții vor vedea din nou, după 51 de ani, partea întunecată a Lunii, vor testa sistemele Orion de menținere a vieții.

By NASA – https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/artemis-2-update.jpg, Public Domain, Link

ARTEMIS 3

Aceasta este misiunea vedetă și este programată pentru octombrie 2024. Patru astronauți vor lua capsula Orion spre Lună.

Este încă incert dacă această misiune va utiliza sau nu stația spațială Gateway sau dacă se va întâlni pe orbita Lunii cu HLS-ul de la SpaceX. Iată ce spune în prezent documentația oficială a NASA (PDF):

A rapid return to the Moon requires the agency to minimize the number of systems involved with landing humans on the surface by 2024, so while future lunar landings will use the Gateway as a staging point in lunar orbit for missions to the surface, the agency’s procurement for a commercially provided HLS left the door open for proposals that didn’t use Gateway on early Artemis missions.

Locul aselenizării încă nu a fost ales, urmând a fi studiat de sateliți. Cel mai probabil va fi însă aproape de polul sud al Lunii, în craterul Shakleton, care are “de toate” pentru a face misiunea interesantă, inclusiv regiuni mereu în umbră, unde ar putea fi găsită gheață.

By NASA – https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nasa_human_exploration_operations_program_update.pdf, Public Domain, Link

Doi astronauți vor sta pe Lună o săptămână, timp în care vor efectua 2-4 EVA-uri, în funcție de cât oxigen vor avea la dispoziție. Un rover ar putea fi depus în vecinătate de către o misiune robotică anterioară sosirii lor. L-ar putea folosi pentru a căuta GameStop, Ripple și alte acțiuni care până atunci vor ajunge “to the moon”.

Zilele 1, 2, 4 și 5 vor fi pentru plimbări pe Lună. Ziua 3 va fi de odihnă și interviuri. Restul timpului va fi ocupat cu experimente. Apoi HLS-ul va decola, astronauții vor trece înapoi în capsula Orion de pe orbită și se vor întoarce pe Terra pentru a fi vedete.

Artemis 4 și restul misiunilor încă nu sunt bine definite. A patra ar urma să aibă loc în martie 2026, în același an ca și Artemis 5. Apoi urmează câte una pe an până în 2030, la Artemis 9. Aș fi uimit dacă vor fi toate finanțate și puse în practică.

18 astronauți sunt pe lista scurtă pentru aceste misiuni.

ECUSONUL

Ecusonul programului Artemis este cel de mai jos.

La bază este conturul albastru al Pământului. A-ul stilizat ca o săgeată indică direcția, de la Pământ spre Lună, dar Luna este plasată pe lateral, sugerând că aventura nu se va opri acolo. Traiectoria este roșie pentru a simboliza și dorința de a ajunge pe Planeta Roșie, nu musai culorile steagului american.

Sună dus la extrem, dar așa se fac aceste lucruri.