Společnost Northrop Grumman ve včerejší tiskové zprávě oznámila, že dokončila přezkum předběžného návrhu (PDR) obyvatelného modulu HALO pro Gateway. V rámci PDR byly posouzeny detaily konstrukce modulu, aby bylo zajištěno, že systém jako celek bude bezpečný, spolehlivý a že bude splňovat všechny požadavky NASA. Vývoj nyní vstoupil do fáze podrobného návrhu. Ten by měl být dokončen na jaře 2021 přezkumem CDR. V rámci CDR bude prokazováno, že návrh modulu je již dostatečně vyspělý na to, aby mohl pokračovat v plné výrobě, sestavování, integraci a testování. Během přezkumu CDR mohou být odhaleny nedostatky, které bude potřeba před dokončením návrhu ještě vyřešit.

Časový skluz přezkumů PDR, CDR a očekávaného data startu modulů PPE a HALO
Zdroj: https://oig.nasa.gov

Jak jsme uvedli v minulém dílu, souběžně s vývojovou fází se v Thales Alenia Space Italia v Turíně vyrábí primární struktura modulu HALO, která vychází z osvědčené konstrukce nákladních zásobovacích lodí Cygnus. Vnitřní vybavení bude do modulu integrováno po přepravě do USA. Uvnitř bude pracovní prostor pro posádku, určený k řízení provozu Gateway a pro práci s interním a externím užitečným zatížením. Bude zde také úložiště pro skladování spotřebního materiálu, nástrojů a nouzového vybavení. V zadním konci modulu, přiléhajícím k modulu PPE, bude malá tělocvična a zázemí pro zdravotní a hygienickou podporu. V souvislosti s tělocvičnou je nyní řešeno uspořádání prostoru, regulace zvýšené vlhkosti, identifikace vhodného osvětlení, video a audio systému.

Vnitřní uspořádání modulu HALO
Zdroj: http://fiso.spiritastro.net

Modul HALO bude mít jeden axiální (v ose) a dva radiální (boční) dokovací uzly. Radiální uzly budou podporovat přístup posádky k zásobovací nákladní lodi a k lunárnímu landeru. Na vnějším povrchu modulu HALO bude umístěn evropský lunární komunikační prvek HLCS. HALO nebude mít vlastní pohonný systém, bude však mít rozhraní pro dotankování PPE pohonnými látkami, které mají být přivezeny později. Nebude mít ani solární panely; zásobování energií bude řešeno z baterií a z PPE.

Výroba primární struktury modulu HALO v Thales Alenia Space Italia
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Zatímco vývoj HALO postupuje poměrně rychle, vývoj modulu PPE prochází mnohem významnějšími technickými výzvami a souvisejícím zpožděním. Jejich pochopení vyžaduje stručně zrekapitulovat události, které se kolem modulu udály za poslední rok.

V září loňského roku byl dokončen přezkum požadavků na systémy modulu PPE. Bylo rozhodnuto, že výkonem se bude jednat o kosmickou loď s elektrickým pohonem třídy 50 kW, čehož mělo být dosaženo kombinací dvou 12,5kW motorů AEPS (Advanced Electric Propulsion System) a čtyř 6kW motorů BHT-6000 (Busek Hall thruster). PPE měl být dopraven horním stupněm nosné rakety na supersynchronní přechodovou dráhu ke geostacionární s apogeem 42 000 km, perigeem 250-300 km a sklonem 28,5°. Následně měl po dobu necelých 180 dnů zvyšovat svým solárně elektrickým pohonem (SEP) oběžnou dráhu, přičemž pro přelet ze supersynchronní přechodové dráhy na dráhu NRHO kolem Měsíce měl spotřebovat necelou tunu xenonu z celkové zásoby 2,5 tuny, pro jehož uskladnění byly plánovány dvě nádrže od společnosti Keystone, každá o objemu 825 litrů.

Motory AEPS vyvíjí Aerojet Rocketdyne na základě přímé smlouvy s NASA. Vývoj motorů AEPS byl do projektu PPE převeden ze zrušeného projektu ARRM. V roce 2019 byl v JPL uskutečněn první zážeh první inženýrské testovací jednotky ETU-1 motoru AEPS na plný výkon. V březnu 2020 bylo dosaženo úhrnem 1000 hodin zážehů. Kvalifikační testování první letové jednotky AEPS je plánováno na druhou polovinu roku 2021.
Zdroj: https://assets.newatlas.com

K výrobě energie mají být použity dvě rozvinovací solární pole ROSA (Roll Out Solar Array). Každé pole má produkovat 32 kW a má mít rozměry přibližně 8 × 20 metrů.

Protože SpaceX pokročilo ve vývoji prodlouženého krytu pro vojenské mise rakety Falcon Heavy, vzneslo vedení NASA počátkem letošního roku požadavek na prostudování možností společného vynesení PPE a HALO jako integrovaného celku. NASA označuje spojený celek obou dílů Comanifest Vehicle (CMV). Motivací návrhu na spojení obou prvků do komplexního tělesa již na kosmodromu byla minimalizace technického rizika eliminací druhého startu, setkání a spojení obou modulů, a tedy i vzájemného dokovacího systému. NASA tedy prostudovala možnosti rakety Falcon Heavy s prodlouženým krytem, aby se ujistila, že alespoň jedna z raket na trhu může CMV vynést.

Následně NASA pověřila Maxar Technologies a Northrop Grumman společným přezkumem nového konceptu. V období duben až červenec 2020 provedl společný tým, v němž byli i zástupci NASA, dva cykly analýzy designu soulodí CMV. Tým potvrdil proveditelnost všech navržených změn včetně vynesení a přeletové fáze CMV na dráhu NRHO. Za zajištění nosné rakety převzal odpovědnost NASA Launch Services Program, který 6. května vyhlásil poptávku na komerční startovní služby a nyní hodnotí podané návrhy s cílovým datem zadání zakázky v prosinci 2020. Maxar Technologies, který již dříve zaplatil společnosti SpaceX na základě subdodavatelské smlouvy zálohu přibližně 27,5 milionu USD na vynesení PPE raketou Falcon Heavy, byl nucen smlouvu ukončit. Úřad generálního inspektora však doporučuje pro případ, že smlouvu na vynesení CMV opět vyhraje SpaceX, aby NASA vyjednala slevu ve výši poskytnuté zálohy.

Kvalifikační test inženýrského modelu vyvíjeného motoru BHT-5000, provedený v roce 2019 společností Busek Company na základě kontraktu s Maxar Technologies. Pro program PPE přesměroval Maxar Technologies v roce 2019 vývoj směrem k výkonnějšímu motoru BHT-6000, který má vzniknout úpravou hardwaru motoru.
Zdroj: https://www.bing.com

Přesto má však rozhodnutí o CMV vliv na konstrukci obou prvků i na letovou trajektorii od Země k Měsíci. Přepracovaná letová trajektorie předpokládá vynesení sestavy nosnou raketou na subsynchronní přechodovou dráhu ke geostacionární, tedy s apogeem nižším než 35 786 km a s nízkým perigeem. To představuje pro elektrický pohon PPE novou výzvu v podobě nutnosti udělit přibližně 15tunovému tělesu během manévrů zajišťujících přechod na NRHO celkovou změnu rychlosti přibližně 3500 m/s. Kvůli dvojnásobné celkové hmotnosti sestavy a růstu potřebného delta-v z důvodu nižšího počátečního apogea se Maxar Technologies začal potýkat s nedostatečným výkonem dosavadního návrhu elektrického pohonu. Samotný vstup na NRHO a udržování oběžné dráhy Měsíce se oproti samotnému PPE téměř nezměnily.

Spotřeba xenonu pro zvyšování oběžné dráhy soulodí vychází přibližně 2,5násobná oproti samotnému PPE. Doba zvyšování oběžné dráhy pomocí SEP má místo původních šesti měsíců trvat celkem deset měsíců. Pro modul HALO, který měl být původně dopraven na dráhu NRHO vlastním servisním modulem za 7-12 dnů, to bude mít za následek významné zvýšení radiační expozice.

Navržený pohonný systém PPE se skládá ze dvou motorů AEPS na vnějším povrchu PPE a čtyř motorů BHT-6000 instalovaných v párech na dvou výklopných plošinách. V rozích modulu jsou hydrazinové korekční trysky.
Zdroj: https://www.bing.com

Současně dochází k redukci startovní hmotnosti HALO. Snaha o snížení hmotnosti se zaměřuje na eliminaci značného množství z původně předpokládané jedné tuny nákladu. Požadavky na konkrétní řešení ke snížení hmotnosti nákladu a jeho přesunu na první zásobovací misi jsou stále upřesňovány.

Byl také navržen nový meziprvkový nástavec Interelement Adapter (IEA), který nahradí původně plánované rozhraní na vzájemném dokovacím systému. Adaptér bude sloužit jako strukturální propojovací článek mezi oběma prvky. V něm budou umístěna všechna rozhraní PPE a HALO – strukturální, elektrická, datová i kapalinová s dvěma porty pro xenon a dvěma pro hydrazin.

Vývoj PPE zákonitě zpomalil. Teprve po roce od provedeného přezkumu požadavků na systémy PPE mohla NASA konstatovat dokončení definování požadavků v konfiguraci společné sestavy. Rozdílový přezkum požadavků byl dokončen v září 2020. Výsledkem přezkumu je prodloužení celkové doby činnosti motorů a také celkově vyšší výkon SEP, kterého má být dosaženo technickým upgradem obou typů motorů, dodávkou většího množství energie z radiátorů ROSA úpravou energetického systému a větším množstvím skladovaného xenonu. Prodloužení celkové doby činnosti motorů na v podstatě nepřetržité zvyšování oběžné dráhy až po vstup na NRHO s výjimkou doby, kdy se soulodí bude nacházet ve stínu, by mělo být zajištěno koordinovanou činností prvků pro správu komunikace, tepla a energie během činnosti SEP. K otestování a integraci upgradovaných systémů bude zapotřebí další čas a financování.

Vizualizace zárodku stanice Gateway
Zdroj: https://live.staticflickr.com

Konstrukce PPE se musí přizpůsobit novým požadavkům NASA. PPE bude oproti původní startovní konfiguraci v odlišných podmínkách. Místo původního přímého připojení k hornímu stupni nosné rakety bude připojen k modulu HALO, navíc v obrácené pozici. Kvůli tomu byl přepracován návrh palivových nádrží, aby podporovaly zvýšenou zátěž a opačnou orientaci při letu na nosné raketě. Nádrže na xenon budou větší z důvodu nutnosti skladování většího množství pohonné látky. PPE bude mít mírně zvýšenou strukturu, jeho výška nad adaptérem IEA byla snížena v řádu centimetrů a některé prvky byly přesunuty do příznivějších míst.

Posun v odhadu data startu PPE a HALO
Zdroj: https://oig.nasa.gov

V současnosti se vývoj PPE nachází ve fázi obnovené práce na předběžném návrhu. Ten bude dokončen přezkumem PDR, který sklouzl o celých 17 měsíců, na duben 2021. V polovině roku 2021 má být dokončen bezpečnostní přezkum Safety Review. Detailní fáze návrhu spojená s dalšími bezpečnostními přezkumy má být dokončena na přelomu let 2021 a 2022 přezkumem CDR. Následně má být PPE postaven, otestován a v únoru 2024 odeslán výrobcem na kosmodrom. Před integrací s obytným modulem HALO v Kennedyho vesmírném středisku bude vlastnictví PPE převedeno na NASA. Po spojení s HALO mají proběhnout kontroly integrovaných systémů.

Po dokončení předstartovní přípravy by integrované soulodí mohlo být vyneseno v květnu 2024, což je aktuální odhadované datum startu. NASA a Maxar Technologies nyní realizují několik smluvních iniciativ s cílem urychlit vývoj větších nádrží na xenon o dva až čtyři měsíce, díky čemuž by k dodání PPE na kosmodrom mohlo dojít již v říjnu 2023. V současnosti je analyzováno, zda tyto akce skutečně urychlí přípravu mise.

Jak je znázorněno v krátkém videu, na počáteční oběžné dráze Země mají být nejprve rozloženy solární pole ROSA k dosažení energeticky pozitivního stavu. Poté mají být motory a antény nasměrovány do pracovních pozic. Uprostřed mezi motory AEPS je vidět plazmový diagnostický balíček PDP, který je určen k měření charakteristik systému elektrického pohonu a interakcí vzniklého plazmatu s kosmickou lodí.

10. listopadu byl zveřejněn návrh rozpočtového výboru Senátu na financování NASA ve fiskálním roce 2021. Z časových důvodů neprojde tento návrh hlasováním v podvýboru, výboru ani v celém Senátu, ale bude rovnou použit jako základ pro jednání se Sněmovnou reprezentantů o kompromisním textu zákona, o kterém má být hlasováno počátkem prosince. Údaje v milionech dolarů uvádíme v tabulce.

Senátní návrh ve shodě se sněmovním stejně jako v minulých letech odmítl požadavek Bílého domu na neposkytnutí žádných financí na vývoj rakety SLS Block 1B. Sněmovna navrhuje na vývoj horního stupně EUS 400 milionů USD, Senát definuje spodní hranici „nejméně 300 milionů USD“. To umožní projít milníkem CDR a vstoupit do výrobní fáze.

Organizační struktura programu Artemis. Ředitelství pilotovaných letů vede přidružená administrátorka Kathryn Lueders, jejím zástupcem je Kenneth Bowersox. Úřadujícím zástupcem přidružené administrátorky v divizi ESD je Tom Whitmeyer, v divizi AES Mark Kirasich.
Zdroj: https://oig.nasa.gov

V položce EGS, která financuje pozemní infrastrukturu v Kennedyho vesmírném středisku, také nebyly v prezidentské žádosti vyhrazeny žádné peníze na stavbu nové mobilní vypouštěcí plošiny ML-2, určené pro starty SLS Block 1B. Sněmovní návrh však obsahuje pro ML-2 částku 75 milionů USD a senátní návrh definuje spodní hranici „nejméně 74 milionů USD“.

S cílem umožnit další postup v programu Artemis navrhuje senátní verze rozpočtového zákona finanční prostředky na vývoj pilotovaného lunárního landeru ve výši jedné miliardy USD. Rozpočtový výbor Senátu chce, aby v zájmu minimalizace rizika byla mezi hodnotícími kritérii výběru i schopnost integrace jednotlivých prvků landeru ještě před startem. Pro další nutnou technickou pomoc ze strany programové kanceláře HLS v Marshallově středisku třem komerčním týmům je za tímto účelem z celkové miliardy dolarů určeno 100 milionů. Zhodnocení schopností týmů před výběrem dodavatele landeru má být dokončeno na počátku roku 2021.

Vizualizace modulů PPE a HALO u Měsíce
Zdroj: https://live.staticflickr.com

Senátní návrh rozpočtového zákona obsahující rozpočet NASA na fiskální rok 2021 nařizuje NASA, aby zajistila, že mise Artemis budou mít prioritu a nebudou ovlivňovány jinými aktivitami v jednotlivých střediscích NASA. Agentura má příslušným výborům Kongresu podávat zprávy o všech konfliktních činnostech a o tom, jak byl konflikt vyřešen patnáct dní před zahájením jakékoli činnosti pro Artemis na konkrétním místě. Návrh zákona současně nadále vyžaduje, aby NASA použila k vynesení sondy Europa Clipper raketu SLS. Bude zajímavé sledovat, zda by případný odklad mise Artemis III mohl vést k flexibilnímu využití třetího exempláře rakety SLS pro vynesení této sondy. Europa Clipper by pak mohla přeletět k systému Jupitera po přímé trajektorii za přibližně tři roky.

Europa Clipper
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

V souvislosti s příštím prezidentem Joe Bidenem bývá někdy přeceňován vliv prezidenta na rušení jednotlivých programů NASA. Program Constellation by před deseti roky nemohl skončit bez souhlasu Kongresu. Ten tehdy zrušení programu odsouhlasil jak v rozpočtovém, tak i v autorizačním zákoně. Pod vedením Donalda Trumpa se Bílý dům po celé čtyři roky marně snažil ukončit vývoj rakety SLS Block 1B. Kongres však každoročně potřebné peníze do rozpočtu NASA dodal. Osudovou ránu beztak obtížně splnitelnému záměru přistání na Měsíci již v roce 2024 nezasadí příští administrativa pod vedením Joe Bidena, ale nejspíš už v prosinci Kongres v rozpočtu NASA na fiskální rok 2021. Místo nezbytně nutných 3,2 miliardy USD na vývoj lunárního landeru pro rok 2021 bude pravděpodobně schválena částka v rozmezí od 628 milionů (návrh Sněmovny) do jedné miliardy (návrh Senátu). Oficiální přiznání skluzu se tak zdá být na spadnutí.

Modul PPE bude stanici Gateway od začátku dodávat energii a zajišťovat pohon
Zdroj: https://live.staticflickr.com

V brzké době by se opět mohlo objevit téma programu zaměřeného více na pilotovanou misi k Marsu. Klíčoví demokraté v Kongresu se ve svých prioritách zaměřují na Mars více než republikáni a pravděpodobně nyní začnou své myšlenky odhalovat ve zvýšené míře. Vzhledem k tomu, že Joe Biden nemá vlastní kosmickou politiku týkající se průzkumu vesmíru zformulovanou, je možné, že jejich vize budou významně ovlivňovat rozhodnutí, která jako prezident učiní.

V úvahách o dalším směřování pilotovaných průzkumných misí NASA je významným zdrojem informací text návrhu nového autorizačního zákona, konkrétně jeho sněmovní verze. Byť ke schválení zákona dosud nedošlo, sněmovní verze je odrazem myšlenek klíčových demokratů ovládajících Sněmovnu reprezentantů. Návrh jsme podrobně popsali v závěru únorového dílu. Kromě konkrétních kroků směřujících k formulaci mise k Marsu text rovněž odhaluje napětí kolem vhodné role soukromých společností, když obecně upřednostňuje vládní vlastnictví pilotovaných lunárních landerů.

Moduly PPE a HALO u Měsíce
Zdroj: https://live.staticflickr.com

Gateway hraje ve sněmovním návrhu nového autorizačního zákona pro misi k Marsu důležitou roli. Návrh ji pojmenovává jako Gateway to Mars (Brána k Marsu). Chápe ji jako prostředek ke snížení rizik, k prokázání schopností a jako testovací zařízení pro systémy a provozní techniky potřebné pro meziplanetární loď.

Zdroje informací:
http://fiso.spiritastro.net/
http://fiso.spiritastro.net/
http://electricrocket.org/
https://core.ac.uk/
https://ntrs.nasa.gov/
https://oig.nasa.gov/
https://www.appropriations.senate.gov/
https://medium.com/

Zdroje obrázků:
https://live.staticflickr.com/65535/50357189282_7eacd5d261_c_d.jpg
https://oig.nasa.gov/docs/IG-21-004.pdf
http://fiso.spiritastro.net/telecon/Davis_11-4-20/Davis_11-4-20.pdf
https://assets.newatlas.com/…F20191108-aeps-full-power.png
https://www.bing.com/images/blob?bcid=RLYNYte0UwMCwQ
https://www.bing.com/images/blob?bcid=RKjhIO6f6gMC1Q
https://live.staticflickr.com/65535/50357033411_112d742ae6_c_d.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2017/11/NSF_20171219_205047.jpg
https://live.staticflickr.com/65535/50357030091_11d5549855_c_d.jpg
https://live.staticflickr.com/65535/50356328558_36609eba51_c_d.jpg