Jak jsme informovali v březnovém dílu, byla ve výrobní hale společnosti Thales Alenia Space v Turíně svařením prvních dvou komponent, válce a centrálního prstence, zahájena montáž primární konstrukce modulu HALO. Thales Alenia Space však byla pověřena nejen návrhem a konstrukcí primární hermetizované struktury modulu HALO, ale i rozhraním s dokovacími systémy NASA, systémem řízení tlaku a součástmi ochranného systému proti mikrometeoritům. HALO je koncipován jako první obyvatelný modul připravované lunární orbitální stanice Gateway. Základ stanice má vytvořit společně s energetickým a pohonným prvkem PPE. Vynesení společné sestavy raketou Falcon Heavy je plánováno na rok 2024. Po desetiměsíční cestě na cílovou dráhu NRHO má sestava od roku 2025 podporovat až třicetidenní pobyt čtyřčlenné posádky, dopravené lodí Orion. V roce 2026 by měl být připojen mezinárodní modul I-HAB. Tím má být umožněno prodloužení pobytů posádek na 90 dnů.

Evropská kosmická agentura oznámila 10. března, že bylo schváleno umístění mezinárodního vědeckého užitečného zatížení IDA v interiéru modulu HALO. IDA je zkratka pro sadu radiačních dozimetrů Internal Dosimeter Array, vyvíjených agenturami ESA a JAXA. Úkolem IDA bude nepřetržitý monitoring úrovně radiace uvnitř modulu.

Zdrojem záření je nejen Slunce, z něhož vychází energetické částice. Gateway bude vystavena i galaktickému kosmickému záření, o němž se předpokládá, že pochází ze supernov. Měření z IDA doplní současná data o slunečním i kosmickém záření.

Na oběžné dráze NRHO se bude Gateway přibližně týden v každém měsíci nacházet uvnitř zemské magnetosféry, čehož bude využito pro výzkum podmínek uvnitř dlouhého magneto-ocasu. Po další tři týdny v měsíci bude Gateway mimo zemskou magnetosféru, což naopak poskytne ideální podmínky pro výzkum radiačního prostředí dalekého vesmíru. V tomto období bude možné měřit záření pocházející z aktivity Slunce i nízkoenergetické spektrum kosmického záření.

Data z IDA umožní vědecké komunitě posoudit vliv záření mimo ochranné magnetické pole Země jak na lidské zdraví, tak i na riziko radiačního poškození elektroniky. IDA bude také pomáhat při hodnocení, jak dobře chrání struktura Gateway před zářením a v jaké míře protony, neutrony a další částice projdou strukturou modulu.

Kromě toho budou data křížově porovnávána s měřeními prováděnými vědeckou přístrojovou sadou ERSA, která bude umístěna na vnější straně modulu PPE. Obě užitečná zatížení budou sdílet podobné přístroje, což umožní komplexnější přehled o radiačním prostředí u Měsíce. Zejména ERSA umožní vědcům i přesněji předpovědět radiační události.

Vývoj pohonného systému modulu PPE prošel v březnu důležitým milníkem. Společnosti Maxar Technologies a Busek potvrdily úspěšné dokončení první testovací kampaně solárně elektrického motoru BHT-6000. Komplexní zkouška byla provedena v zařízení společnosti Busek v Naticku v Massachusetts. Cílem testů bylo ověřit všechny hlavní prvky pohonu o výkonu 6 kW. Několikatýdenní test byl prvním, kdy byl provozován motor reprezentující letový systém. Dosavadní testy byly prováděny s inženýrským modelem slabšího motoru BHT-5000. Nový motor BHT-6000 pro PPE byl vyvinut na základě upraveného hardwaru motoru BHT-5000.

Cílem testovací kampaně motoru BHT-6000 byly opakované zážehy a vypnutí motoru a mnoho scénářů simulujících let k Měsíci. Provedená demonstrace opakovaných stabilních zážehů byla vyhodnocena jako úspěšná. Zkouškami byl ověřen provoz pohonu při různých úrovních výkonu. Testovací kampani jsme se s využitím jiného zdroje informací věnovali i v samostatném článku.

Elektrický pohonný systém modulu PPE o výkonu 49 kW by měl vzniknout kombinací čtyř 6kW motorů BHT-6000 (Busek Hall thruster) od společnosti Busek a dvou 12,5kW motorů AEPS (Advanced Electric Propulsion System). Bude to poprvé, kdy bude technologie elektrického pohonu použita v pilotovaném kosmickém programu. Motory AEPS vyvíjí Aerojet Rocketdyne na základě přímé smlouvy s NASA. Zážehy inženýrské testovací jednotky motoru AEPS byly prováděny v letech 2019 a 2020. Na druhou polovinu letošního roku je plánováno kvalifikační testování první letové jednotky AEPS.

Dalším významným milníkem bude předběžná revize návrhu modulu PPE, k níž se má přikročit později v letošním roce.

Bidenova administrativa zveřejnila 9. dubna základní obrysy prezidentského požadavku na rozpočet NASA na fiskální rok 2022. Pilotovaný průzkumný program Artemis byl zdůrazněn jako jedna z priorit. Celkem je na program požadováno 6,9 miliardy dolarů, což představuje navýšení o 325 milionů dolarů oproti schválenému rozpočtu na fiskální rok 2021. V tomto raném náčrtu zatím není uvedeno členění na položky Orion, SLS, pozemní systémy, Gateway a pilotované lunární landery. To by mělo být zveřejněno v květnu. Hlavním smyslem zveřejnění základních obrysů prezidentského požadavku je informace, že požadovaná částka udrží NASA na cestě k realizaci stanice Gateway i k obnovení pilotovaných misí na povrch Měsíce.

To v následném prohlášení potvrdil i dočasný administrátor NASA Steve Jurczyk. Uvedl, že s raketou Space Launch System, s kosmickou lodí Orion, s pilotovanými landery pořízenými v rámci komerčního partnerství a se stanicí Gateway NASA pošle astronauty na Měsíc a že prezidentova žádost udržuje NASA na této cestě.

Výzva k předkládání návrhů na vývoj pilotovaných lunárních landerů byla zveřejněna 16. listopadu 2020. Termín pro podání návrhů byl stanoven do 8. prosince. Všechny tři konkurenční firmy zaslaly své návrhy včas. Po obdržení návrhů začal hodnotící panel, složený ze tří panelů (technický, cenový, řízení projektu), návrhy vyhodnocovat.

Výběr dodavatelů měl být původně ukončen v únoru, byl však odložen o dva měsíce. Odklad byl podle Steva Jurczyka zapříčiněn složitostí hodnocení návrhů, nikoli sníženým rozpočtem. Po závěrečném posouzení všech návrhů rozhodla Kathryn Lueders 2. dubna, že v nejlepším zájmu agentury bude provést počáteční podmíněný výběr SpaceX, což umožní smluvnímu úředníkovi vyjednávat se SpaceX o ceně. I když přáním agentury bylo udržet konkurenceschopnost zadáním dvou zakázek, rozpočet NASA v aktuálním fiskálním roce v konfrontaci s nabízeným fázováním plateb za jednotlivé milníky do dle zadání požadovaného data 2024 nepodporoval výběr ani jedné společnosti. Rozpočet programu pilotovaných lunárních landerů na fiskální rok 2021 a na příští fiskální rok se tedy ukázal být neslučitelný s dosavadní akviziční strategií NASA. I když nejde o optimální výsledek, Lueders byla odhodlaná otevřít vyjednávání o ceně se SpaceX, která byla velmi dobře hodnocena z technického a manažerského hlediska, a která také s velkým náskokem navrhla nejnižší cenu.

Hned 2. dubna zahájil smluvní úředník se SpaceX jednání o ceně. Požádal o aktualizaci konečného cenového návrhu a jeho milníkových aspektů. Důvodem požadované aktualizace fázování platebních milníků bylo jejich sladění s rozpočtovými omezeními NASA. Smluvní úředník ale zakázal měnit obsah technických a manažerských aspektů návrhu nebo jakýmkoli jiným způsobem návrh omezit. Ve stanovené lhůtě do 7. dubna SpaceX předložilo vyhovující revidovanou nabídku. Ačkoli nový návrh obsahoval aktualizované fázování milníků plateb odpovídající současnému rozpočtu NASA, SpaceX nenavrhlo snížení celkové ceny. Poté, co Lueders přezkoumala revidovaný návrh, došla k závěru, že by nebylo v nejlepším zájmu agentury zapojit do jednání o cenách i dalšího uchazeče a začala připravovat konečné rozhodnutí o výběru. Taková jednání, pokud by byla zahájena, by vzhledem k zadání zakázky společnosti SpaceX nebyla vedena v dobré víře. Vzhledem k nepodstatné výši zbývajících dostupných financí ani nestojí za pokus vyjednat od dalšího uchazeče v pořadí cenu, která by mohla umožnit zadání zakázky.

V souhrnu technických a manažerských hodnocení byla nejlépe hodnocena nabídka společnosti SpaceX, na druhém místě byl Blue Origin a na třetím místě Dynetics. Celková nabízená cena SpaceX byla ve výši 2,9 miliardy dolarů. Na druhém místě byla významně vyšší cena Blue Origin a na třetím místě opět s výrazným rozdílem za Blue Origin byla cena Dynetics. Podle stanovené výběrové analýzy byla nejprve zvážena možnost uzavření smlouvy se SpaceX, poté s druhým nejlépe hodnoceným uchazečem Blue Origin a nakonec s Dynetics.

V rámci technického přístupu SpaceX byla kladně hodnocena například schopnost setrvat na dráze  NRHO 100 dnů před setkáním s Orionem, což přesahuje devadesátidenní požadavek NASA. Rovněž schopnost obousměrné dopravy nákladu značně převyšuje požadavek NASA z hlediska hmotnosti i objemové alokace. To vyvolává potenciál výrazně zlepšit možnosti vědy při výstupech na povrch Měsíce. Lueders však zmínila i rizika spojená s poklopem umístěným 30 metrů nad povrchem Měsíce. Pozitivní atributy snižující rizika designu, jako například komplexní schopnost redundance motoru a dvě nezávislé přechodové komory, však převažují nad zjištěnými nedostatky.

Za znepokojující označila Lueders složitost a relativně vysoce rizikovou povahu provozu Starship kvůli komplikovanému konceptu synchronizace tankovacích lodí v architektuře SpaceX. Ta zahrnuje značný počet startů v rychlém sledu, renovaci a opětovné použití pohonných tankerů, a také mnoho událostí nutných pro tankování kryogenních pohonných hmot ve vesmíru. Složitost a vysoký počet událostí na oběžné dráze Země se promítají do zvýšeného rizika zpoždění provozního plánu. Lueders však uznala, že v plánu SpaceX jsou zabudovány určité rezervy pro případ skluzu.

Vynikající hodnocení za přístup k manažerské stránce návrhu získal plán SpaceX na samofinancování a převzetí finančního rizika pro více než polovinu vývojových a testovacích činností jako investici do vlastní architektury, kterou plánuje využít pro řadu komerčních aplikací. Tento příspěvek nejen výrazně snižuje vládní náklady, což se odráží v nižší ceně návrhu, ale také prokazuje odhodlání SpaceX k úspěchu komerčního modelu vládního a soukromého partnerství a závazek komercializovat technologie a schopnosti, vyvinuté na základě smlouvy.

Díky dodatečnému vyjednávání o ceně nyní rozpočet agentury umožňuje zadání zakázky společnosti SpaceX. Proto Kathryn Lueders 16. dubna vybrala návrh společnosti SpaceX k uzavření smlouvy na vývoj a letové demonstrace landerů.

Společnost Blue Origin nakonec předstihla Dynetics nejen technickým přístupem, ale i nižší cenou. Technický návrh designu Blue Origin měl dvě významné silné stránky a dvě významné slabiny. Mezi silné stránky patří překročení požadavků na manévrovací schopnosti, hmotnost dopravovaného nákladu, počet výstupů na povrch Měsíce, smysluplný a komplexní přístup s mnoha možnostmi k zajištění přerušení a ukončení mise při nepředvídaných událostech a s mnoha vzestupnými trajektoriemi v zájmu bezpečnosti pro posádku ve všech fázích mise.

Silnou stránkou návrhu jsou pouhé tři starty komerčních nosných raket, což snižuje riziko selhání mise. Toto riziko je dále sníženo skutečností, že prvky landeru jsou schopné vynesení různými raketami, přičemž výběr nosné rakety je možné provést flexibilně poměrně krátce před startem.

Jako slabina návrhu byl identifikován pohonný systém všech tří prvků landeru, který vytváří významný zdroj rizika a v návrhu není dostatečně řešen. Hlavní subsystémy pohonu mají nízkou úroveň technologické připravenosti a jejich vývoj není vyzrálý. Vývoj pohonu vzletového prvku navíc zaostává za vývojem celkového integrovaného systému tohoto prvku. Tím se zvyšuje pravděpodobnost, že během vývoje motoru budou zjištěny funkční nebo výkonové problémy, které mohou ovlivnit vyspělejší systémy vzletového prvku a způsobit zpoždění plánu. Podobný problém je i v klíčových komponentách pohonného systému pro sestupový a přeletový prvek. Mnoho integrovaných pohonných systémů kritických pro misi navíc mělo poprvé letět až při demonstrační pilotované misi, což vytváří vysoké riziko neúspěšného plnění smlouvy a vyvolává vážné pochybnosti o reálnosti navrženého časového vývojového a testovacího plánu. Druhá významná slabina konceptu byla zjištěna v návrhu komunikačního spojení s Orionem a také v přímé komunikaci se Zemí během povrchové části mise.

Další slabina byla nalezena ve vývoji správy kryogenního paliva, která má nízkou zralost potřebných technologií a dosud nebyla demonstrována ve vesmíru. Další slabost je v nadměrném plánování práce posádky během mise, což má za následek nerealistickou časovou osu její činnosti. Slabinou je i nutné přehodnocení a recertifikace všech prvků landeru pro pozdější čtyřčlenné posádky, související s nutností změny velikosti a kompletního strukturálního redesignu vzletového prvku.

Celkově byl technický návrh landeru od Blue Origin vyhodnocen jako kompetentní a důvěryhodný. Návrh má opodstatnění a byl tedy ohodnocen jako přijatelný. Avšak vzhledem k současným a plánovaným rozpočtům NASA na program pilotovaných lunárních landerů nelze rozumně požadovat, aby Blue Origin snížil cenovou nabídku na hodnotu, která by potenciálně umožnila zadat zakázku. Z tohoto důvodu nebyl návrh Blue Origin vybrán.

Technický přístup společnosti Dynetics trpěl řadou vážných slabostí, které významně zvýšily riziko neúspěšného plnění smlouvy. Současný odhad hmotnosti landeru neměl žádnou kladnou hmotnostní rezervu a naopak značně trpěl podstatnou zápornou hmotnostní bilancí, tedy nadváhou. To bylo vyhodnoceno jako znepokojující a zpochybňovalo to proveditelnost mise. Dynetics přitom nenavrhl dostatečné odůvodnění, jak přesně by tento problém řešil.

Byla identifikována i další závažná rizika. Dynetics neposkytl dostatečné odůvodnění týkající se vyspělosti designu zásobovacích tankerů, které byly základním stavebním kamenem architektury a byly zásadní pro úspěšné dokončení demonstrační mise. Podobné kritické technické podrobnosti chyběly i v mnoha dalších oblastech návrhu. Nedostatečné a nekonzistentní konstrukční a analytické podrobnosti byly například v návrhu systému řízení kryogenních tekutin a charakteristik dlouhodobého skladování pohonných hmot. Zde chyběly detaily k vývojovému testování a k analýzám na podporu zrání návrhu.

Výrazné překrývání sekvence nepilotovaného testovacího přistání a pilotované demonstrační mise nevyhovovalo požadavkům na smysluplné snížení rizika pro posádku. Harmonogram vývoje landeru společnosti Dynetics byl celkově nereálný kvůli několika kritickým subsystémům, které jsou na relativně nízké úrovni zralosti. Tento nedostatek informací a podrobností týkajících se provozních specifik klíčových komponent systému vyvolával otázky ohledně schopnosti společnosti Dynetics řešit vývojové výzvy související s tankováním pohonných hmot, zpochybňoval důvěryhodnost přístupu Dynetics a její schopnost realizovat misi podle návrhu a harmonogramu, čímž zkomplikoval možnosti NASA ověřit proveditelnost designu. Technický přístup společnosti Dynetics při navržené ceně a při zohlednění dostupného rozpočtu agentury neposkytl vládě dostatečnou hodnotu, a proto nebyl vybrán.

Primárním cílem Orionu při misi Artemis 3, dosud plánované na rok 2024, je přímé spojení s lunárním landerem na NRHO oběžné dráze Měsíce. I v zadání právě ukončeného výběrového řízení bylo pilotované přistání na Měsíci v roce 2024. Na páteční tiskové konferenci NASA potvrdila, že rok 2024 je i nyní platný cíl, současně však říká, že se poletí, až to bude bezpečné. Nelze tedy vyloučit, že plán mise Artemis 3 bude v příštích měsících přezkoumán tak, že by se změnila v expedici ke Gateway a přistání na Měsíci by bylo odloženo na Artemis 4, případně, že by Orion během mise Artemis 3 navštívil oba objekty. Dosud ale žádné takové rozhodnutí nepadlo. Chris Bergin nabízí ve včerejším článku na nasaspaceflight.com ještě další možnost. Artemis 3 by mohl být misí ke Gateway, která by mohla zahrnovat demonstrační test nepilotované lunární Starship. To by připravilo cestu k misi s přistáním posádky na Měsíci během Artemis 4.

Ať již bude cílovým tělesem pro Orion v rámci mise Artemis 3 na oběžné dráze Měsíce zárodek stanice Gateway nebo lunární lander, probíhá již nyní nácvik spojovacích a oddělovacích činností Orionu. V rámci přípravy byla 5. března provedena první ze série zkoušek schopnosti posádky provádět spojovací manévr.  Manévr prováděl astronaut Don Pettit uvnitř rotující makety dokovacího tunelu Orionu v Johnsonově vesmírném středisku v Houstonu. Nově vyrobený tunel se může otáčet o 360°, což umožňuje vyhodnocení různých orientací a úhlů Orionu a cílového tělesa. Pettit také provedl celou řadu úkolů včetně odstranění dokovací kamery a otevření poklopu makety tunelu. Při následné simulaci přípravy na oddělení Orionu byl hardware opětovně nainstalován. Provedené zkoušce jsme se podrobněji věnovali v samostatném článku.

Technici společnosti Lockheed Martin v montážním závodě Michoud Assembly Facility v lednu sestavili a svařili ze tří dílů kuželovou část kabiny Orionu pro Artemis 3. V únoru vytvořili další, horní část kabiny svařením stropu s dokovacím tunelem. Harmonogram dalšího svařování počítá se svařením válcové sekce a dna, čímž vznikne spodní část kabiny. Válcová sekce byla do MAF dopravena z výrobního závodu společnosti Ingersoll Machine Tools v Rockfordu v prosinci loňského roku jako poslední ze sedmi opracovaných dílů hliníkové slitiny.

Předposledním svarem bude horní část kabiny spojena s kuželovou částí. Posledním svarem bude spojena kuželová část se spodní válcovou částí. Jakmile bude svařování primární struktury modulu pro posádku dokončeno, bude modul odeslán do Kennedyho vesmírného střediska. V tamní budově O&C podstoupí na podzim další montáž.

Práce na centrálním stupni CS-3 nosné rakety SLS pro Artemis 3 jsou nyní soustředěny na vodíkovou nádrž a motorovou sekci.

NASA doufá, že pro CS-3 použije vodíkovou nádrž vyrobenou původně pro CS-1. U ní však byly po výrobě objeveny křehké svary, které nesplňovaly stanovené požadavky na pevnost. Pro CS-1 byla urychleně vyrobena nová nádrž, zatímco původní nádrž byla uskladněna. Po analýze možných opravárenských metod pro zesílení svarů se nyní v budově 303 v MAF provádějí opravy jejích svarů. Opravená nádrž projde v budově 451 tlakovým testem. Zde budou na nádrž připojeny senzory pro měření namáhání během zkoušky těsnosti. Po natlakování nádrže plynným dusíkem bude provedena série zkušebních testů s přenosem zatížení do konstrukce nádrže. Pokud nádrž splní všechny požadavky, očekává se, že bude použita pro CS-3. Pro jistotu však NASA zakoupila kompletní sadu panelů pro novou vodíkovou nádrž. Tyto panely již jsou v MAF a pokud nyní opravovaná nádrž bude použita pro CS-3, budou zakoupené panely použity pro CS-4.

Strukturální montáž motorové sekce pro CS-3 začala v lednu svařením základního válce v zařízení Vertical Weld Center (VWC) z osmi panelů. Motorová sekce byla poté přesunuta do výškové budovy 110, kde byl v únoru ve svařovacím nástroji Vertical Assembly Center (VAC) na její horní část přivařen konstrukční prstenec. Poté byla motorová sekce přesunuta do buňky G v budově 114, kde byly prstenec a svarové plochy natřeny antikorozní základovou barvou; samotné panely byly základním nátěrem opatřeny již před svařováním. Dalším milníkem bude přišroubování tahové struktury do motorové sekce.

V zařízení Vertical Weld Center byly mezitím svařovány ověřovací exempláře EUS a mezistupně, v červnu má následovat svařování strukturálního kvalifikačního exempláře EUS. Výroba těchto exemplářů souvisí s vývojem rakety SLS Block 1B, jejíž první start je plánován v rámci mise Artemis 4. Po dokončení prací na EUS bude VWC nakonfigurován zpět pro svařování dalších válců pro CS-3, konkrétně pro kyslíkovou nádrž a horní lem.

Pro centrální stupeň CS-3 jsou vyčleněny motory RS-25 výrobních čísel 2048, 2054, 2057 a 2061. Motory se momentálně nacházejí na montážní lince v zařízení společnosti Aerojet Rocketdyne ve Stennisově vesmírném středisku. Zde byly vybaveny novými řídicími jednotkami a nyní procházejí závěrečnými kontrolami letové připravenosti. Všechny čtyři motory mají být dodány NASA během letošního roku.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://blogs.esa.int/
https://blog.maxar.com/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://spacenews.com/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.leonardocompany.com/…/image/13557153/h_959/HALO_1440_760.jpg
https://pbs.twimg.com/…/1361302135791644672/pu/img/B-orCxrw6j9kbpkv.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/800px-Structure_of_the_magnetosphere-cs.svg.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ppe-gateway-test.jpg
https://maxar-blog-assets.s3.amazonaws.com/uploads/blogImages/PPU_Testing.png
https://www.nasa.gov/…/styles/full_width/public/thumbnails/image/for_press_release.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/for_press_release.jpg
https://cdn.discordapp.com/…/832687732445937674/EzHYrSXWYAAry5E.png
https://www.youtube.com/watch?v=sOpMrVnjYeY
https://live.staticflickr.com/65535/51066811287_fa4c2ef702_c_d.jpg
https://forum.nasaspaceflight.com/…dlattach;topic=42455.0;attach=1965641;image
https://pbs.twimg.com/media/EzHMwB7WUAUko2D?format=jpg&name=large
https://live.staticflickr.com/65535/51066954447_764fd2aa82_c_d.jpg
https://pbs.twimg.com/media/EW3YiEbXYAs4WfG?format=jpg
https://live.staticflickr.com/65535/51066529376_fa5e59c12b_c_d.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pettit_orion_docking_tunnel.jpg
https://i.ytimg.com/vi/K-Zs92JcxtQ/hqdefault.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/MAF_20210219_CS2-FS-Load-and-Move_JLcrop.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/21ar-00004_004d.jpg