Program Gateway stále čelí technickým výzvám, které jsou důsledkem loňského rozhodnutí o pozemní integraci modulů PPE a HALO. Společný start má zvýšit pravděpodobnost úspěchu mise tím, že eliminuje spojovací manévry na oběžné dráze Měsíce a umožňuje testovat oba prvky jako integrovaný celek ještě na kosmodromu. Současně však vznikají technická rizika, z nichž nejvýznamnějším je zvýšená hmotnost soulodí. Pojďme se podívat na vývoj, který v projektu stanice, podporující pilotovaná přistávání na Měsíci a povrchové aktivity, nastal od předchozího dílu tohoto seriálu.

Téměř dvojnásobná hmotnost soulodí oproti samotnému modulu PPE zvyšuje výkonnostní požadavky na jeho solárně elektrický pohonný systém. Zástupci NASA dospěli k názoru, že žádné alternativní silnější motory nebudou k dispozici a že bude zapotřebí třetí motor AEPS. Místo původně plánovaných dvou motorů tedy NASA poskytne dodavateli modulu, společnosti Maxar Technologies, tři tyto letové motory. Nezměněnou součástí solárně elektrického pohonného systému modulu zůstávají čtyři motory BHT-6000.

Sestava modulů PPE/HALO má být vynesena raketou Falcon Heavy
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Letové motory AEPS by měly být k dispozici pro kvalifikační testování nejdříve na podzim. Včasné dodání motorů pro testování a integraci je jedním z největších rizik v harmonogramu projektu. Výrazně zpožděná je však i modifikace celého pohonného systému pro solárně elektrické motory, který se potýká s obrácenou pozicí modulu na nosné raketě oproti původní konfiguraci.

Další problém vznikl v souvislosti s požadavkem na snížení hmotnosti plazmového diagnostického balíčku PDP. Požadavek vede ke snaze o alternativní návrh PDP, který by splnil všechny vědecké požadavky, ale mírně sníží jeho spolehlivost a zvýší množství následného pozemního zpracování dat. Podrobný přezkum CDR balíčku PDP je plánován na srpen 2021, dodávka PDP je plánována na červenec 2022.

Tyto a další faktory včetně modifikace rozhraní mezi moduly PPE a HALO způsobily skluz data startu na konec roku 2024. Inženýři také potřebují další informace včetně aktualizovaných schopností nosné rakety Falcon Heavy a údajů o výkonu solárně elektrického pohonu, aby bylo možné stanovit cílovou hmotnost soulodí. Ve druhé polovině letošního roku by měl být dokončen předběžný přezkum návrhu modulu PPE. Do konce roku je plánováno i dokončení analýzy hmotnosti soulodí, stanovení kombinovaných finančních nákladů a základního harmonogramu vývoje a výroby.

Výroba modulu HALO
Zdroj: https://www.thalesgroup.com

Energetický a pohonný modul PPE bude obyvatelnému modulu HALO a později celé stanici Gateway poskytovat energii, systémy manévrování, řízení polohy a komunikační systémy. Na 1. čtvrtletí roku 2022 jsou plánovány podrobné přezkumy CDR prvků HALO a PPE.

Thales Alenia Space Italia má dodat obyvatelný modul HALO ve 3. čtvrtletí roku 2022. To umožní zahájit další integraci a testy modulu. Všechny komponenty instalované do modulu však nebudou americké, například baterie má dodat JAXA. Vývoj modulu není zcela bez problémů – dosavadní systém avioniky modulu prochází modifikací s cílem zlepšit komunikaci napříč komponentami. Tato technologie však dosud nebyla schopna komunikovat v potřebných datových rychlostech. Demonstrační aktivity modifikované avioniky s cílem snížit riziko potenciálního zpoždění nadále pokračují.

Dne 28. května byla zveřejněna prezidentská žádost o rozpočet NASA na fiskální rok 2022. Fiskální, neboli rozpočtový rok ve Spojených státech vždy předchází o tři měsíce kalendářní rok. Fiskální rok 2022 tedy začne 1. října 2021 a skončí 30. září 2022. Pro program Gateway je žádáno 785 milionů USD. Žádost také obsahuje navrhovaný výhled financování na fiskální roky 2023 až 2026. Výhled na jednotlivé roky obsahuje částky 810, 765, 670 a 670 milionů USD. Tyto částky jsou plně dostačující pro udržení tempa vývoje a výroby stanice.

Výroba kabiny Orionu CM-3
Zdroj: https://live.staticflickr.com

Artemis 3

Na rok 2024 je připravován let kosmické lodě Orion, která bude mít poprvé plně funkční systém pro setkávací, přibližovací a dokovací operace. Pro případ, že cílové těleso na oběžné dráze Měsíce nebude včas k dispozici, se předpokládá odklad mise. Cílové těleso nebylo dosud určeno. Má jím být buď soulodí modulů HALO/PPE nebo lunární lander Starship. V zadávacích podmínkách na lander pro misi Artemis 3 NASA výjimečně umožnila, že se lander může připojit přímo k Orionu místo ke Gateway.

Pro položku Orion je v prezidentské žádosti požadováno 1407 milionů USD, pro SLS 2487 milionů USD a pro pozemní systémy (EGS) 590 milionů USD. Následující čtyřletý výhled financování má klesající trend: Orion 1340, 1239, 1084 a 1084 milionů USD, SLS 2486, 2466, 2290 a 2270 milionů USD, EGS 558, 514, 514 a 513 milionů USD. Klesající trend financování představuje tlak na snižování nákladů na tyto systémy.

Vizualizace lodi Orion a lunárního landeru Starship při misi Artemis 3
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

V žádosti o rozpočet NASA je také uveden stručný souhrn prací, které mají být v rámci požadovaného rozpočtu provedeny. Hned na počátku fiskálního roku, v říjnu 2021, má být do budovy O&C v Kennedyho vesmírném středisku dodána primární struktura kabiny Orionu CM-3 a vnitřní stěna adaptéru CMA-3. Ve stejné době mají být do čisté místnosti v německých Brémách odeslány pomocné motory pro integraci do evropského servisního modulu ESM-3. V lednu 2022 má být do O&C dodána základní kostra tepelného štítu. Ve fiskálním roce 2022 bude pokračovat výroba a montáž komponent centrálního stupně nosné rakety SLS, adaptéru LVSA, horního stupně ICPS-3 a adaptéru OSA. V Promontory budou připravovány segmenty vzletových boosterů SRB.

Pro pilotovaný lunární lander je požadováno 1195 milionů USD. Výhled na další roky obsahuje částky 1267, 1580, 1989 a 1807 milionů USD. Z tohoto rozpočtu se předpokládá hlavně financování vývoje a služby Starship pro pilotované přistání na Měsíci v rámci mise Artemis 3. Výběr Starship od společnosti SpaceX je nyní podrobován přezkumu GAO z důvodu protestů společností Blue Origin a Dynetics. Do rozhodnutí o protestech nebude smlouva se SpaceX podepsána.

Vizualizace zásobovací lodi Dragon XL během přiblížení k modulu HALO
Zdroj: https://pbs.twimg.com

NASA očekává, že na každou pilotovanou misi ke Gateway bude zapotřebí jedna zásobovací nákladní mise. První mise měla obsloužit návštěvnickou posádku z Artemis 3. Již loni v březnu bylo rozhodnuto, že pro zásobování Gateway bude NASA využívat služeb SpaceX v podobě nákladní kosmické lodě Dragon XL. Loď vynášená raketou Falcon Heavy má být schopna doručit pět tun nákladu. Vynesení sestavy PPE/HALO má však skluz a agentura nyní interně studuje načasování různých schopností programu Artemis včetně Gateway, z čehož má vzejít nový harmonogram.

V současnosti není zcela jasné, zda zásobovací mise nebude zapotřebí až pro Artemis 4. NASA proto dosud formálně nepovolila společnosti SpaceX zahájit plnění smlouvy o poskytování logistických služeb, ačkoli původně bylo udělení tohoto oprávnění plánováno na říjen 2020. Načasování povolení programu logistických služeb pro Gateway bude stanoveno po ukončení přezkumu programu Artemis. SpaceX plánuje vyvinout Dragon XL čtyři roky po přijetí oprávnění.

Artemis 4

Válcový díl pro kabinu Orionu CM-4
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Roční součty částek z prezidentské žádosti na Orion + SLS + EGS pro fiskální roky 2022 až 2025 jsou 4484, 4384, 4219 a 3888 milionů USD. Pro porovnání, 16. září loňského roku předložil Jim Bridenstine rozpočtovému výboru Senátu přehled finančních nákladů na první přistání na Měsíci v rámci programu Artemis. Jeho tabulka finančních nákladů na Orion + SLS + EGS pro Artemis 1, 2 a 3 obsahovala pro fiskální roky 2022 až 2025 tyto úhrnné částky: 2071, 1488, 919 a 252 milionů USD. Ačkoli nemusí být tato čísla přímo souměřitelná, z rozdílu mezi částkami v jednotlivých letech z prezidentské žádosti a Bridenstinovy tabulky je zřetelný postupný přesun financování na podporu dalších misí počínaje Artemis 4. Tyto rozdíly pro roky 2022 až 2025 činí 2413, 2896, 3300 a 3636 milionů USD.

Obamova ani Trumpova administrativa nikdy v minulosti nežádaly o finance na vývoj konfigurace SLS Block 1B. Potřebné peníze vždy přidal do rozpočtového zákona až Kongres. Bidenova administrativa dosavadní přístup k SLS Block 1B změnila. Letos je financování vývoje nového horního stupně EUS a nové mobilní vypouštěcí plošiny ML2 zakomponováno do příslušných položek SLS a EGS už v prezidentské žádosti.

Artemis 4 má být první misí využívající novou konfiguraci rakety SLS. Plánovaná verze Block 1B bude zahrnovat horní stupeň EUS (Exploration Upper Stage), adaptér USA (Universal Stage Adapter) a adaptér pro náklad PLA (Payload Adapter), který poskytne rozhraní pro další užitečné zatížení, vynášené společně s Orionem. Zatímco Block 1 bude schopen poslat na odletovou dráhu k Měsíci 27tunový Orion, schopnost konfigurace Block 1B má vzrůst na nejméně 37,3 tuny čistého užitečného zatížení. Má tedy být schopna poslat k Měsíci kromě Orionu také 10,3 tuny dalšího užitečného zatížení.

Vizualizace modulu I-Hab. Modul má být vynesen při misi Artemis 4 společně s Orionem.
Zdroj: https://blogs.esa.int

V prosinci 2020 byl proveden podrobný přezkum CDR pro jednu složku rakety SLS Block 1B – pro horní stupeň EUS. Během přezkumu bylo zjištěno několik nesrovnalostí, které vyžadují vyšší úroveň zralosti návrhu adaptérů. Dokončení nápravných opatření je plánováno na prosinec 2021. Přezkum CDR na úrovni projektu SLS Block 1B NASA plánuje dokončit v létě 2022. Nejnovější letový plán počítá s tím, že první mise SLS Block 1B bude pilotovaná s termínem startu v březnu 2026.

Během druhé poloviny roku 2021 bude pokračovat testování ověřovacích dílů horního stupně EUS. Zahájení výroby letového EUS pro Artemis 4 je plánováno na první čtvrtletí kalendářního roku 2022. Ve fiskálním roce 2022 má být plně zahájena výroba hardwaru pro centrální stupeň CS-4. Byly již také zahájeny smluvní akce pro letový adaptér Universal Stage Adapter.

Do Michoud Assembly Facility mají být ve fiskálním roce 2022 dodány díly pro výrobu kabiny Orionu CM-4 a v témže roce má být zahájeno její svařování. Souběžně vynášeným nákladem by měl být mezinárodní obytný modul I-Hab. Modul má být vyroben ve stejném zařízení společnosti Thales Alenia Space v italském Turíně jako modul HALO. Agentura JAXA poskytne pro I-Hab systémy řízení a podpory životních podmínek, baterie, systémy řízení teploty a zobrazovací systémy. Navedení modulu I-Hab na oběžnou dráhu Měsíce a připojení k modulu HALO má zajistit Orion.

Modul I-Hab z opačné strany
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Rozpočet EGS zahrnuje mimo jiné i financování stavby mobilní vypouštěcí plošiny ML2, která má být schopna podporovat starty raket SLS Block 1B. Z důvodů skluzu při předávání dat z programu SLS, které byly nezbytné pro návrh plošiny, byl posunut předběžný přezkum návrhu plošiny PDR. Po technickém přezkumu PDR je na červenec 2021 naplánován PDR, který přezkoumá programový obsah s využitím technických údajů z prvního PDR. Programový obsah bude informovat o úrovni spolehlivosti analýzy nákladů a harmonogramu. Z důvodu absence potřebných informací o SLS byly také odloženy objednávky oceli pro konstrukci ML2. Hlavním důvodem odkladu objednávek byla nejistota ve schopnost konstrukce ML2 odolat silám vyvíjeným raketou SLS před a během startu.

Mise Artemis 4 by mohla opět zahrnovat i pilotované přistání na Měsíci. Na něj se však již nevztahuje jednorázová smlouva se SpaceX. Navíc, autorizační zákon pro NASA vyžaduje pro program Artemis nákup služeb lunárních landerů od dvou konkurenčních společností. Z rozpočtu je proto plánováno kromě landeru od SpaceX pro Artemis 3 také financování vývoje landerů pro pozdější mise v rámci konkurenční soutěže o smlouvy LETS. Spolu se schválenou částkou na fiskální rok 2021 činí prezidentský výhled až do roku 2026 celkem 8,7 miliard USD.

Ve výboru Senátu pro obchod, vědu a dopravu však v květnu vznikla iniciativa za navýšení rozpočtu landerů pro těchto šest let na minimálně 10 miliard USD prostřednictvím novely autorizačního zákona pro NASA, což by umožnilo kromě SpaceX plně financovat i druhého poskytovatele. Dne 8. června Senát novelu schválil.

Vrátí se do hry návrh lunárního landeru od společnosti Blue Origin? V soutěži o lander pro Artemis 3 skončil s cenou 6 miliard USD druhý, návrh od společnosti Dynetics s cenou 8,5 miliardy USD byl třetí.
Zdroj: https://www.blueorigin.com

Po schválení byl zákon následující den zaslán do Sněmovny reprezentantů. Autorizační zákon sice na rozdíl od rozpočtového zákona finance nepřiděluje, ale odráží vůli Senátu tyto částky přidělit prostřednictvím každoročních rozpočtových zákonů.

Administrátor NASA Bill Nelson iniciativu podpořil již 19. května během svého svědectví v podvýboru Sněmovny reprezentantů pro obchod, spravedlnost a vědu. Příští schůze výboru Sněmovny bude v týdnu od 12. do 16. července a nejbližší hlasování ve Sněmovně bude od 19. do 30. července. Pokud nebude zákon zařazen na program jednání, bude podle kongresového kalendáře další kolo až po kongresové letní přestávce. Hlasování ve výboru Sněmovny by pak bylo nejdříve 31. srpna a hlasování celé Sněmovny až 30. září. V prvním případě by byl zákon připraven k podpisu prezidenta nejdříve na přelomu července a srpna, ve druhém případě na přelomu září a října.

9. června NASA oznámila, že koncem června vyhlásí novou, plně otevřenou soutěž o financování studií landerů pro rutinní služby přistání na Měsíci s cílem přezkoumat jejich technickou stránku a plán snižování rizik. Smlouvy s vítěznými společnostmi budou uzavřeny na podzim. Samotnou výzvu k výběrovému řízení LETS na rutinní služby landerů NASA předběžně plánuje vydat počátkem roku 2022. Smlouvy LETS budou zahrnovat vývoj, certifikaci a rutinní přepravní služby pilotovaných landerů mezi stanicí Gateway a povrchem Měsíce.

Artemis 5

Stanice Gateway s bočně připojeným modulem ESPRIT
Zdroj: https://www.thalesgroup.com

Program SLS zahájil proces objednávek položek dlouhodobé povahy pro centrální stupeň CS-5. V současnosti jsou pro tento stupeň již vyráběny komponenty pro čtyři nové motory RS-25. Na počátku fiskálního roku 2022 by měla být dokončena smlouva SPEC (Stages Production Evolution Contract), která má zastřešovat objednávky centrálních stupňů a stanovit způsob tvorby cen za jejich výrobu. Zakázka na kosmickou loď Orion CM-5 byla udělena v rámci kontraktu OPOC v září 2019.

Společně s Orionem by měl být při misi Artemis 5 v roce 2027 dopraven ke Gateway evropský modul ESPRIT. Dne 25. května bylo oznámeno, že hlavní dodavatel modulu, Thales Alenia Space, uzavřel subdodavatelskou smlouvu s OHB System AG. V rámci subdodávky v hodnotě 58 milionů EUR bude OHB odpovědný za nehermetizovanou strukturu a za tepelný subsystém modulu. OHB jako nadnárodní společnost kromě toho již vyvíjí pro ESPRIT systém pro doplňování xenonu, který bude z modulu ESPRIT tankován do nádrží modulu PPE.

Artemis 6 až 8

Ve fiskálním roce 2022 má být podepsána smlouva na renovaci Orionů z misí Artemis 3 až 5 pro mise Artemis 6 až 8. Zásoba hlavních motorů pro Oriony OMS-E (Orbital Maneuvering System Engine), převzatých z programu Space Shuttle, vystačí do mise Artemis 6. Na léto 2021 je proto plánováno zadání zakázky na nové motory OME (Orion Maneuvering Engine). První nový motor OME je plánován pro misi Artemis 7.

Zdroje informací:
https://twitter.com/
https://www.nasa.gov/
https://spacepolicyonline.com/
https://www.gao.gov/
https://www.congress.gov/
https://spacenews.com/
https://www.ohb.de/

Zdroje obrázků:
https://www.thalesgroup.com/…/assets/images/2021-01/HALO%20Comms.png
https://pbs.twimg.com/media/EfGdvRmWsAA72WX?format=jpg
https://www.thalesgroup.com/…/assets/images/2021-02/HALO_1100_2.jpg
https://live.staticflickr.com/65535/51066811287_fa4c2ef702_c_d.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2021/04/docking.jpg
https://pbs.twimg.com/media/EwtdCP7VkAIeXK7?format=jpg
https://pbs.twimg.com/media/E0eGzT-XEAIVfUQ?format=jpg
https://blogs.esa.int/exploration/files/2021/03/close-up_2_HAB.jpg
https://pbs.twimg.com/media/Ev8-p5KXAAMSPVw?format=jpg
https://www.blueorigin.com/assets/blueorigin_hls_ilv_moon2_dec2020.jpg
https://www.thalesgroup.com/…/images/2021-01/lunar%20bella%20-%20sd.jpg