Ve dnech 13. a 14. května se konalo zasedání Poradního výboru NASA pro pilotovaný průzkum a provoz, avizované v minulém dílu našeho seriálu. Na zasedání byly představeny podrobnosti z revidovaného plánu programu Artemis. Ačkoli některé kusé informace prosákly na veřejnost již dříve, oficiální dokumenty ze zasedání vnesly jasnější představu jak o vývoji a přípravě Gateway, tak o chystaném návratu na Měsíc. Připomeňme, že vyvíjená kosmická stanice Gateway bude určená k provádění vědeckých experimentů na vysoké oběžné dráze Měsíce, k podpoře pilotovaných expedic na Měsíc a jako zkušební platforma pro přípravu budoucích misí k Marsu.

Přínosy a rizika posuzovaných variant nácviku setkávacích a spojovacích operací
Zdroj: https://www.nasa.gov

Po prosincovém nepilotovaném zkušebním letu Starlineru, kterému se nepodařilo setkat a spojit s Mezinárodní kosmickou stanicí, si vedení NASA uvědomilo dopad podobného rizika v programu Artemis. Toto ponaučení vyústilo v úvahy provést demonstraci setkávacích a přibližovacích operací v průběhu mise Artemis II, jejímž hlavním cílem je pilotovaný oblet Měsíce. Podrobnosti o demonstraci se stále vyvíjejí. Neměla by zahrnovat spojení s jiným objektem, protože Orion pro Artemis II nemá dokovací systém. Měla by však umožnit porozumět schopnostem řídit Orion a ujistit týmy, že pozemní simulace jsou správné. Vysoké hodnocení s nízkým rizikem má nácvik setkání Orionu s horním stupněm ICPS jako cílovým tělesem. Další zvažovanou možností cílového tělesa je subsatelit vynesený společně s Orionem.

Startovní konfigurace PPE/meziprvkový adaptér/HALO z prezentace programového manažera Gateway Dana Hartmana. Z této prezentace pochází i náhledový obrázek k článku.
Zdroj: https://www.nasa.gov

První dva prvky stanice Gateway budou vyneseny jako integrovaná jednotka. PPE (Power and Propulsion Element) postavený Maxarem a HALO (Habitation and Logistics Outpost) postavený Northrop Grummanem (resp. subdodavatelem Thales Alenia Space) budou spojeny v Kennedyho vesmírném středisku a poté vyneseny komerční raketou. Rozhodnutím o společném vynesení jsme se zabývali v nedávném článku. Rozhodnutí o integraci a společném testování obou modulů šetří agenturní peníze za jednu raketu, dvě dokovací sestavy, jeden pohonný servisní modul, jeden energetický systém, naváděcí systém a několik dalších hlavních podsestav. Mimo to snižuje technické a provozní riziko programu spočívající v autonomním spojení dvou nezávisle vyvinutých modulů na oběžné dráze Měsíce bez společného testování sestavy na Zemi.

Před rozhodnutím o společném vynesení PPE/HALO NASA studovala možnosti nosné rakety Falcon Heavy, aby se ujistila, že alespoň jedna již provozovaná raketa může základ stanice vynést. Klíčem k rozhodnutí byl plán SpaceX na výrobu větších krytů pro vojenské mise rakety Falcon Heavy. Rozhodnutí o poskytovateli startovních služeb bude provedeno formou výběrového řízení. NASA vydala 6. května žádost o návrhy startovních služeb a předpokládá, že výběr z došlých nabídek provede do konce podzimu. Na začátku letošního roku byla cílová hmotnost modulu PPE 5,7 tuny a modulu HALO 8 tun. Integrovaný náklad by však měl být díky absenci dokovacích sestav a servisního modulu HALO lehčí než prostý součet obou hmotností. Proto se očekává i možnost přihlášení raket Vulcan Centaur a New Glenn, jejichž nevýhodou je ovšem absence provozních referencí. Cílové datum startu je listopad 2023. Po 270denním přeletu po spirálové dráze pomocí solárně elektrického pohonu i chemického pohonu PPE má být stanice navedena na cílovou oběžnou dráhu Měsíce, nazvanou NRHO.

Původním datem vynesení modulu PPE byl prosinec 2022. Podle zjištění Úřadu pro vládní odpovědnost (GAO) se však Maxar Technologies při vývoji a kvalifikaci návrhu modulu potýká s technickými problémy, takže téměř roční odklad startu umožní prodloužit dobu vývoje. Konkrétně jde o požadovaný výkon pohonu modulu. Trvání na původním termínu by totiž mohlo vést k nutnosti slevit ze stávajících technických požadavků. To by podle představitelů Maxaru pravděpodobně znamenalo požádat NASA o souhlas se snížením požadavků tak, aby je bylo možno splnit pomocí již vyvinutého méně výkonného systému. Systém solárně elektrického pohonu čelí zpoždění i v ověřování, což by při trvání na původním termínu mohlo vést k nutnosti slevit v požadavcích na demonstraci technologie. Kromě ovladatelnosti stanice se Maxar potýká i s požadovaným množstvím energie, které má PPE stanici poskytovat.

Na červenec NASA plánuje přezkum nákladů a harmonogramu projektu PPE na úrovni programu Gateway. Tento přezkum bude také sloužit jako přezkum správnosti (Confirmation Review) modulu PPE. Na konec roku je pak plánován podrobný přezkum CDR. V rámci přezkumu budou hodnoceny technické požadavky na systém a konstrukci, a také související rizika a požadavky na bezpečnost a spolehlivost. Na druhé pololetí letošního roku je plánován i předběžný přezkum návrhu (PDR) modulu HALO, za jehož vývoj je zodpovědný Northrop Grumman.

Harmonogram klíčových milníků vývoje prvků Gateway publikovaný v prosinci 2019
Zdroj: https://www.gao.gov

Kosmická agentura souběžně pracuje na splnění jiného velkého úkolu – mandátu od Bílého domu k pilotovanému přistání na Měsíci v roce 2024. Při plánování pilotované mise Artemis III, určené k tomuto přistání, byla návštěva Gateway vyhodnocena jako neopodstatněné riziko a složitost. Proto byla z plánu vyjmuta.

Příklady studovaných oběžných drah pro Artemis III
Zdroj: https://www.nasa.gov

Eliminace použití Gateway pro Artemis III současně otevírá možnost setkání Orionu s lunárním landerem na jiné oběžné dráze Měsíce, dosažitelné Orionem, která by kladla nižší nároky na lander. V souvislosti s tím NASA zahájila variantní studie oběžných drah Měsíce. Vesměs se jedná o dráhy s perilunem (nejnižším bodem dráhy) jen 100 kilometrů nad povrchem Měsíce a s apolunem (nejvyšším bodem) ve výši 4 500 až 10 000 kilometrů. Některé z posuzovaných drah však umožňují pouze přístup do rovníkových oblastí Měsíce.

Příklady studovaných oběžných drah pro Artemis III
Zdroj: https://www.nasa.gov

Marshall Smith popsal toto úsilí jako poslední pohled na alternativní dráhy v zájmu vylepšení kritérií a snížení rizika mise, než NASA stanoví finální požadavky na misi a koncepty landeru. Žádná z těchto oběžných drah se však nezdá být jednoznačně lepší než NRHO. Někteří členové výboru reagovali na zasedání na tyto nové studie podrážděně, protože různé oběžné dráhy již byly rozsáhle studovány v minulosti a NASA se podle nich tak trochu točí v kruhu. Varovali, že měnící se požadavky ohrožují termín přistání do konce roku 2024. Smith je ubezpečil, že rozhodnutí o případné změně trajektorie mise bude pravděpodobně učiněno v příštích třech měsících a poté se NASA k tomuto bodu již nebude vracet.

Posuzovaná eliptická oběžná dráha s parametry 4500 × 100 km
Zdroj: https://www.nasa.gov

Pokrok ve výrobě dílů pro Artemis III – pilotovaný let Orionu na oběžnou dráhu Měsíce Zdroj: https://www.nasa.gov

Pokrok ve výrobě dílů pro Artemis III – pilotovaný let Orionu na oběžnou dráhu Měsíce Zdroj: https://www.nasa.gov

Pokrok ve výrobě dílů pro Artemis III – pilotovaný let Orionu na oběžnou dráhu Měsíce Zdroj: https://www.nasa.gov

V samostatném článku jsme popsali návrhy landerů, vybrané do další fáze. V prohlášení o výběru byla popsána procedurální historie výběru. Návrhy Boeingu a Vivace neodpovídaly zadání a nebyly posuzovány. Se zbývajícími třemi společnostmi NASA zahájila 7. února jednání ohledně upřesněných požadavků. Do 23. února podali navrhovatelé svoje revidované návrhy. Rozpočtový profil NASA však nepodporoval udělení zakázky všem třem, protože by došlo k výraznému schodku. Dne 15. dubna tedy NASA otevřela dodatečné kolo, ve kterém poskytla navrhovatelům možnost snížit ceny. Do 19. dubna obdržela druhé revidované návrhy. Dne 24. dubna hodnotící panel všechny návrhy odsouhlasil a 28. dubna Stephen Jurczyk podepsal prohlášení o výběru.

Plán získání landeru prezentovaný v červenci 2019
Zdroj: https://www.nasa.gov

Ve výběru však došlo oproti původnímu záměru k časovému skluzu. Podle plánu získání landeru, publikovaného v červenci minulého roku na Virtuálním průmyslovém fóru, chtěla NASA podepsat kontrakty již v posledním čtvrtletí 2019. Milník Continuation Review byl plánován na druhé pololetí 2020. Tento přezkum kontinuity znamená přezkum návrhů z hlediska realizovatelnosti a v úrovni vyspělosti odpovídá předběžnému přezkumu návrhu (PDR). Fáze Option A měla končit doručením prvního pilotovaného landeru na Kennedyho vesmírné středisko koncem roku 2023 a souběžná fáze Option B doručením druhého pilotovaného landeru v roce 2024.

Milníky vývoje lunárního modulu Apolla
Zdroj: https://www.nasa.gov

Výběr společností byl dokončen s několikaměsíčním zpožděním a základní desetiměsíční období plnění smluv začalo teprve počátkem letošního května. Toto období NASA a její dodavatelé stráví dokončením plánů na lunární landery. Přezkum Continuation Review má být proveden již po sedmi měsících, tedy koncem letošního roku. Podle Douga Loverra však současné procesy nepodporují nezbytnou rychlost rozhodování pro dosažení časové osy přistání na Měsíci v roce 2024. Při pohledu do historie vývoje lunárního modulu Apolla jsme na úrovni listopadu 1962, kdy byl vybrán výrobce modulu. Lunární modul Apolla následně prošel milníkem PDR po deseti měsících, ale interval mezi PDR a CDR trval kvůli měnícím se požadavkům na modul téměř 2,5 roku. Pro zachování potřebné časové osy k přistání na Měsíci do konce roku 2024 by nyní bylo nutno tento interval zkrátit na rok nebo méně.

Podle účastníků panelové diskuse na zasedání Poradního výboru je plánované tempo úsilí NASA o dosažení přistání na Měsíci do konce roku 2024 ohromující a časový rozvrh agresivní. Účastníci si však jsou vědomi značného rizika a varují před neopodstatněnými dopady harmonogramu na bezpečnost. V diskusi zazněly i názory, že dokončení landerů za čtyři roky zatím vypadá jako prázdný sen a že bude nutno více demonstračních letových testů, protože pokud se při misi něco stane, nebudeme pak po velmi dlouhou dobu moci dělat vůbec nic. Obavy z harmonogramu z hlediska bezpečnosti vyjádřil i předseda výboru Wayne Hale, bývalý letový ředitel programu raketoplánu a programový manažer. Řekl, že dvě tragédie raketoplánu byly způsobeny pod tlakem harmonogramu a varoval před plánem, který začíná termínem „do konce roku 2024“, a v němž jsou potřebné milníky vytvářeny zpětně, od následných k předcházejícím. Členové výboru však vesměs ocenili Gateway jako klíč k udržitelnosti programu.

Lisa Watson-Morgan na zasedání sdělila novou informaci ohledně návrhu pilotovaného landeru od SpaceX. Původní návrh společnosti byl v souladu s požadavkem NASA tříprvkový. Teprve po uvolnění požadavků se návrh vyvinul v jednostupňovou Starship s přechodovou komorou ve výši 26 metrů nad povrchem.

Jak je vidět na videu, návrh landeru společnosti Dynetics počítá s odhazovatelnými nádržemi. Společnost navrhla vynesení landeru raketou Vulcan Centaur.  Její nosnost 12,1 tuny na dráhu k Měsíci však nepostačuje k vynesení celého plně natankovaného landeru při jediném startu. NASA proto nabízí možnost vynesení na nákladní raketě SLS Block 1B Cargo. Použití SLS by umožnilo snížit složitost landeru a poskytlo by větší flexibilitu jeho konstruktérům s nižšími riziky při vývoji.

Tabulka variant krytů pro SLS z prosince 2018. Úpravou adaptéru USA o průměru 8,4 m vznikne kryt PLF.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

A aby nezůstalo jen u proklamací, byla Dynetics 30. dubna vybrána nejen k rozpracování studie pilotovaného landeru, ale ve stejný den NASA oznámila i záměr vybrat Dynetics k vývoji a dodání krytu PLF (Payload Fairing) pro SLS Block 1B Cargo formou dodatku ke stávající smlouvě na vývoj a výrobu adaptéru USA (Universal Stage Adapter). Dynetics vyvíjí adaptér USA pro pilotovanou raketu SLS Block 1B Crew, odvozený kryt PLF bude určen pro nepilotovanou verzi této rakety. USA má během startu chránit náklad, uložený pod kosmickou lodí Orion. Funkce a tvar PLF využívá dosavadní vývoj adaptéru USA. Dodatek ke smlouvě stanovuje závazek Dyneticsu zajistit návrh, vývoj, testování, vyhodnocení, výrobu a dodání letové jednotky PLF Flight Unit-1 a podporu její integrace na nosnou raketu, s opcí na dalších pět letových jednotek.

Neletový demonstrační panel adaptéru USA (Universal Stage Adapter) vyrobený firmou RUAG Space
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Kombinace výroby USA a PLF v jednom zařízení zvýší efektivitu výrobního procesu. Dynetics a její hlavní subdodavatel RUAG Space vyvinuli část nezbytné infrastruktury pro výrobu krytu. Vytvořili výrobní a integrační zařízení schopné splnit požadavky na kryt. Pracovníci RUAG Space již v závodě v Decaturu vyrobili neletový kompozitní demonstrační panel adaptéru USA.

Společnost Dynetics vytvořila dodavatelský řetězec pro veškerá výrobní a pozemní podpůrná zařízení potřebná pro sestavení a přepravu krytu a postavila montážní integrační zařízení, přímo sousedící s výrobním zařízením RUAG Space. USA a PLF budou mít stejný průměr 8,4 metru, mají chránit užitečné zatížení na stejném místě SLS a mají být vystaveny podobným podmínkám. Mnoho analýz, které tým Dynetics dokončuje pro USA, jsou přímo použitelné pro PLF.

Porovnání nosností různých raket. Graf neobsahuje rakety Vulcan Centaur s nosností až 12,1 tuny k Měsíci a New Glenn s nosností 10 – 11 tun na stejnou dráhu.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

USA i PLF jsou určeny pro integraci na horní stupeň EUS rakety SLS Block 1B. Společné týmy zaměstnanců Marshallova střediska a Boeingu nyní pracují v Huntsville na urychlení vývoje EUS pro nákladní variantu SLS Block 1B Cargo. Ta má vyšší nosnost než pilotovaná verze, protože nemusí vynášet záchrannou věžičku LAS, a má potenciál dopravit k Měsíci více než čtyřicet tun užitečného zatížení. Týmy doufají, že se do konce letošního roku podaří provést přezkum CDR. Záměrem vzniku společných týmů bylo, aby vývojoví pracovníci úzce spolupracovali se zástupci výrobce v zájmu zrychlení vývojové aktivity a jistoty vyrobitelného návrhu bez nepříjemných překvapení, to vše s cílem urychlení prvního startu. Týmy zkoumají, zda by některé požadavky na pilotovanou verzi mohly být odloženy, aby se mohla nejprve realizovat verze Block 1B Cargo. Pokud je však jakoukoli dílčí činnost možno provést v pilotované certifikaci bez obrovského dopadu na plán, týmy se o to pokusí. Například certifikovaná avionika pro pilotovanou verzi by však nyní byla zbytečně drahá.

Umělecká představa rakety SLS Block 1B Cargo
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://www.gao.gov/
https://govtribe.com/
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/gateway_nac_charts_v6.pdf
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/20200513-nac-heoc-aes-v3.pdf
https://www.gao.gov/assets/710/703432.pdf
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/esd_nac_charts_5-8-2020_with_video.pdf
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/loverro_nac-open-session_2020_final2.pdf
https://www.nasaspaceflight.com/…December-2018-Rev-A.Payload-Fairings.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2020/04/20200001750.C3-Slide-1.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2020/04/Jupiter_Bound_web.50pct.jpg