V rámci plánu na restart pilotovaného průzkumu Měsíce chce NASA otestovat vypočítanou stabilitu jeho vysoce eliptické polární oběžné dráhy, pojmenované NRHO. Sedmidenní oběžná dráha ve výši 3 000 km nad severním pólem Měsíce a 70 000 km nad jeho jižním pólem má v záměru NASA na zajištění udržitelné lidské přítomnosti u Měsíce a na jeho povrchu hrát významnou roli. V posledním čtvrtletí tohoto roku chce proto NASA na NRHO vyslat předchůdce stanice Gateway a dalších prvků programu Artemis, sondu CAPSTONE. Ta má být vůbec prvním umělým kosmickým tělesem, které bude na této dráze létat.

CAPSTONE má být vynesena nejdříve 20. října nosnou raketou Electron z rampy LC 1 na poloostrově Mahia Peninsula v Novém Zélandu. Termín by však mohly ovlivnit uzavírky způsobené nejnovějším nárůstem pandemie koronaviru. Sonda o hmotnosti 25 kilogramů je 12U CubeSat s rozměry 20 × 20 × 30 cm, se dvěma křídly solárních panelů, parabolickou komunikační anténou, osmi 0,25N tryskami a 3,2 kilogramy hydrazinu v nádrži.

Po vynesení na kruhovou oběžnou dráhu Země má horní stupeň Photon provést sérii manévrů postupně zvyšujících oběžnou dráhu až na translunární trajektorii. Na oběžnou dráhu NRHO má CAPSTONE vstoupit pomocí vlastního pohonného systému po tří- až čtyřměsíčním letu. Během primární šestiměsíční mise má CAPSTONE na NRHO ověřovat modely požadavků na udržení této dráhy. Porozumění charakteristikám dráhy by mimo jiné mohlo napomoci ke zpřesnění logistických potřeb stanice Gateway.

CAPSTONE má také otestovat navigaci a komunikaci na NRHO. Navigační systém bude měřit polohu CAPSTONE vzhledem k družici LRO. Hlavním cílem testování přesnosti této navigace je opět snížit riziko pro program Artemis.

První část kosmické stanice Gateway, tvořená spojenými moduly PPE a HALO, by měla být na oběžnou dráhu NRHO navedena po desetiměsíčním přeletu přibližně v září 2025.

 Artemis 3

S dráhou NRHO se také počítá pro pilotovanou misi Artemis 3, jejímž cílem je přistání dvou astronautů na Měsíci. Mise je stále plánovaná na říjen 2024, avšak vzhledem k celkové nepřipravenosti je očekáván skluz na rok 2025. Čtyřčlenná posádka kosmické lodi Orion má být vynesena posledním exemplářem nosné rakety SLS Block 1. K setkání Orionu s lunárním landerem by mělo dojít právě na NRHO.

Svařování kabiny Orionu pro Artemis 3 dokončili pracovníci společnosti Lockheed Martin v továrně NASA Michoud Assembly Facility (MAF) v New Orleans letos v srpnu. Kabinu nyní čeká přeprava na Kennedyho vesmírné středisko, kde bude zahájeno její vybavování systémy potřebnými pro kosmický let. Evropský servisní modul Orionu pro Artemis 3 je sestavován v německých Brémách. Jednotlivé díly centrálního stupně rakety SLS jsou připravovány v továrně MAF. Čtenáři našeho seriálu mohli v minulých dílech vidět například fotografie motorové sekce nebo nádrže na kapalný vodík. Segmenty vzletových stupňů SRB jsou plněny palivem v Promontory, horní stupeň ICPS je ve výrobě v Decaturu.

Dodání lunárního landeru pro Artemis 3 se potýká s dalšími peripetiemi. V posledním odstavci minulého dílu jsme napsali, že „společnost Blue Origin, neúspěšný uchazeč o dodavatele pilotovaného lunárního landeru, se nadále pokouší přesvědčit NASA o dodatečné zařazení do výběru. Pro případ, že se s NASA nedohodne, však společnost vyhodnocuje další zákonné možnosti včetně možného podání žaloby k federálnímu soudu“. Několik hodin po vydání minulého dílu vydal Blue Origin prohlášení, že žalobu kvůli nepřidělení kontraktu podal. Žaloba se opírá o tvrzení, že rozhodnutí NASA o výběru landeru SpaceX k realizaci bylo spojeno se zásadními nedostatky, které nebyl úřad GAO schopen řešit kvůli omezené pravomoci případ posuzovat. Blue Origin požaduje dodatečné přidělení kontraktu nebo anulování výsledku výběrového řízení a vypsání nového výběrového řízení, ve kterém bude uveden přesný počet vítězných společností.

NASA v reakci na žalobu dobrovolně pozastavila práci na plnění smlouvy o vývoji landeru se SpaceX od 19. srpna do 1. listopadu výměnou za urychlený přezkum případu. Dohodnutý harmonogram stanoví lhůty pro podání, která mají podat jak Blue Origin, tak žalované Spojené státy. Žalovanou stranu zastupuje u federálního soudu ministerstvo spravedlnosti, nikoli NASA. Vedlejším žalovaným účastníkem je SpaceX. Harmonogram má nyní několikadenní skluz z důvodu dodatečného času, který si vyžádalo ministerstvo spravedlnosti na prozkoumání rozsáhlých doplňujících podkladů k žalobě, podaných společností Blue Origin.

Peripetiemi však prochází také vývoj lunárních skafandrů pro Artemis 3. NASA v současné době pokračuje pro lunární povrchové aktivity ve vývoji skafandrů xEMU. Milník CDR je aktuálně naplánovaný na 2. čtvrtletí 2022. Dva skafandry xEMU však budou podle vnitřního auditu NASA připraveny k letu nejdříve v dubnu 2025.

V auditorské zprávě lze vyčíst i další zajímavé informace. Podle stávajícího zadání bude posádka landeru povinna nosit natlakované skafandry xEMU i během sestupu na povrch Měsíce a během vzletu. V tomto režimu budou skafandry přímo napojené na systémy landeru. Batohy systému podpory života xPLSS budou po tuto dobu uskladněny.

Úřad generálního auditora však během auditu zjistil, že v případě dekomprese nebo toxické kabiny landeru nemusí být posádka kvůli kabelům spojujícím skafandry s podpůrnými systémy landeru schopna bezpečně přestoupit z landeru do Orionu nebo do Gateway. A při nasazeném batohu xPLSS se posádka nevejde do dokovacího tunelu. Pro vyřešení problému projekt xEMU v současnosti koordinuje pracovní skupiny pro nepředvídané události s programovou kanceláří Gateway s cílem vyvinout postupy, které by posádce umožnily přestup. Skupiny pracují na různých návrzích, například na potenciálních změnách v návrhu skafandrů a na stanovení doby potřebné ke snížení úniku vzduchu z landeru a jeho náhradu čerstvým vzduchem. Probírané možnosti, jak rizika zmírnit, v současnosti zahrnují i analýzu proveditelnosti externího přestupu z landeru do Orionu.

Úřad generálního inspektora ve své zprávě z 10. srpna doporučil, aby byl plán vývoje obou lunárních skafandrů xEMU plánovaných pro Artemis 3 upraven podle toho, jak bude prodloužen celkový plán této mise po roce 2024. Úřad však také doporučil vyvinout strategii pořízení alternativních komerčních skafandrů a zajistit, aby před vydáním výzvy k podávání nabídek byly definovány technické požadavky. Úřad konstatoval, že v souvislosti s tím může nový plán pro stávající skafandry obsahovat možnost použití obou skafandrů xEMU pro potřeby ISS.

Vlastní úsilí NASA vyvíjet a testovat současný design skafandrů pod vedením Johnsonova vesmírného střediska tedy bude pokračovat, NASA však má zájem i o souběžné služby pořízení skafandrů od komerčních partnerů. Zpětnou vazbu získala od více než čtyřiceti subjektů. Záměr nyní vstupuje do další fáze. Dne 20. září má být vydán finální požadavek na návrhy opakujících se služeb poskytování skafandrů až do roku 2034. Termín pro podání návrhů má být do 20. října a udělení návrhu vítězné společnosti nebo společnostem je plánováno na jaro 2022. Společnosti obdrží data z vývoje skafandrů xEMU, které při vývoji vlastního skafandru mohou, ale nemusí využít. NASA očekává, že bude potřebovat dva lunární skafandry pro Gateway a 14 lunárních skafandrů pro aktivity na Měsíci.

Koncepční studie pilotovaných landerů pro další přistání na Měsíci

NASA plánuje vydat na počátku roku 2022 výzvu k podávání nabídek do výběrového řízení o smlouvy LETS (Lunar Exploration Transportation Services). Tyto smlouvy hodlá využít k vývoji, certifikaci a k nákupu rutinních služeb přepravy astronautů mezi stanicí Gateway a povrchem Měsíce po úvodním přistání v rámci mise Artemis 3.

Již nyní však NASA navazuje spolupráci s potenciálními uchazeči o smlouvy LETS. Dne 1. července vyhlásila novou, plně otevřenou soutěž o financování studií pilotovaných lunárních landerů s cílem přezkoumat technickou stránku návrhů a snížit rizika ukrývající se v konceptech. Návrhy do soutěže předložilo celkem sedm společností. Dne 14. září NASA zveřejnila jména pěti společností, jejichž studie landerů pro udržitelnou fázi programu Artemis bude financovat. Celkem NASA vyčlenila na smlouvy s pevnými cenami 146 milionů USD, přičemž práce budou prováděny v průběhu příštích patnácti měsíců. Smlouvy získaly tyto společnosti:

• Dynetics (Huntsville, Alabama) 40,8 milionů USD. Financování zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s napájením elektřinou, pohonem, naváděním, navigací, řízením a dokovacími systémy této specifické architektury landeru, který má atributy vysoké hodnoty pro udržitelnou fázi programu Artemis i pro jiné komerční využití, ovšem přepracování návrhu pro čtyřčlennou posádku představuje z technického hlediska hmotnostní výzvy spočívající v implementaci nových technologií.
• Lockheed Martin (Littleton, Colorado) 35,2 milionů USD. Financování zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s pohonným systémem.
• Northrop Grumman (Dulles, Virginie) 34,8 milionů USD. Financování zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s pohonnými a dokovacími systémy návrhu, který staví na využití firemních zkušeností.
• Blue Origin (Kent, Washington) 25,6 milionů USD. Financování zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s pohonem, naváděním, navigací, řízením, dokováním a zmírnění vlivu prachu na lander.
• SpaceX (Hawthorne, Kalifornie) 9,4 milionů USD. Financování zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s analýzou místa přistání landeru s rozsáhlými schopnostmi pro společnou dopravu posádky i velkého nákladu.

Návrhy společností Blue Ridge a Cook & Chevalier NASA vyhodnotila jako nezpůsobilé k výběru a financování.

Vybrané společnosti budou vyvíjet koncepty svých návrhů, hodnotit jejich výkon, konstrukční standardy, požadavky na zajištění mise, rozhraní, bezpečnost, ubytování posádky a podporu zdravotních služeb. Prováděním testů kritických komponent budou společnosti také zmírňovat rizika související s přistáním na Měsíci. Tyto práce v konečném důsledku pomohou utvářet strategii a požadavky na budoucí žádost NASA o zajištění pravidelné přepravy astronautů z Gateway na povrch Měsíce a zpět.

Vybrané společnosti jsou shodné s těmi, které loni získaly smlouvy na vývoj konceptů pro úvodní demonstrační pilotované přistání v rámci mise Artemis 3. Členové Národního týmu ale tentokrát získali zakázky jako samostatné společnosti. Lockheed Martin i Northrop Grumman však říkají, že Národní tým je stále pohromadě a společnosti nadále spolupracují. Jak Lockheed Martin, tak i Northrop Grumman ale současně říkají, že je důležité poskytnout i další přístupy a kromě kolektivního úsilí nabízejí NASA pro hledání alternativních možností i vlastní jedinečné schopnosti.

Lunární terénní vozidlo LTV

Bez mobilního vozidla budou vycházky na povrchu Měsíce omezeny na pěší průzkum do vzdálenosti 1-2 kilometry od místa přistání. NASA má proto zájem prozkoumat možnosti nákladově efektivního vývojového úsilí, jehož výsledkem by bylo dodání lunárního vozidla LTV (Lunar Terrain Vehicle) potenciálně v časovém rámci 2027. Za tímto účelem NASA hledá průmyslová řešení, která by mohla vést k vývoji LTV pro přepravu astronautů v širším okolí míst přistání v jižní polární oblasti Měsíce.

Dne 30. srpna proto vybídla americké společnosti k podání zpětné vazby. Žádost však slouží jen pro informační a plánovací účely. Proto ji nelze chápat jako závazek. Otevřený nehermetizovaný rover by měl mít životnost nejméně deset let. Návrhy mají řešit například možnosti dopravy vozidla na povrch Měsíce či schopnost přečkat lunární noc. Termín pro odpovědi na výzvu je do 1. října.

NASA se ve výzvě ptá například na to, zda mají americké společnosti zájem poskytovat LTV jako komerční službu nebo jako produkt, který by NASA koupila a vlastnila. Terénní vozidlo má být schopno i autonomního řízení nebo řízení na dálku v době mezi jednotlivými výpravami Artemis.

Vozidlo by mělo přepravovat dvoučlenné posádky ve skafandrech. Musí být schopno osmihodinového provozu každých 24 hodin, překonávat sklon až 20 stupňů, přepravovat náklad o hmotnosti 800 kg na vzdálenost až 20 km bez zastávky pro nabití baterií a přečkat polární noci.

Studie NASA zjistily, že LTV se v blízkosti jižního pólu Měsíce každoročně setká s nejméně dvěma delšími lunárními nocemi. LTV bude muset být schopno během lunární noci přejíždět mezi místy vzdálenými přibližně pět až deset kilometrů, aby omezilo dobu svého pobytu v lunární noci. Předpokládá se, že pobyt v delší lunární noci bude trvat nejméně 85 hodin v závislosti na umístění LTV na povrchu Měsíce. Pokud by však bylo LTV během lunární noci zcela nehybné, předpokládá se, že jeho pobyt v lunární noci bude výrazně delší než 85 hodin.

Většina pobytů v lunární noci bude trvat od několika hodin do 36 hodin a budou se vyskytovat řádově jednou za měsíc. LTV, které by dokázalo přežít prodlouženou noc v délce 125 hodin, by mohlo využít více míst, ve kterých se může v noci nacházet. NASA se proto ptá na dostupnost technologií, vybavení a hmotnost pro každý hlavní subsystém vozidla schopného přečkat lunární noc v délce 85 hodin a 125 hodin, na potřebu energie k udržení teploty kritického vybavení nad kritickými teplotními limity a na další požadavky a provozní omezení k přežití lunárních nocí.

NASA se také ptá na potřebu údržby LTV posádkou během vycházek, aby byla dodržena desetiletá doba provozu LTV. V případě potřeby údržby NASA preferuje údržbu zabírající co nejméně času z jediné EVA při každé misi. NASA klade otázky jako vyčíslení snížení hmotnosti LTV díky údržbám, které komponenty by měly být udržovatelné nebo vyměnitelné, jak často by měla probíhat údržba nebo výměna identifikovaných položek a jaká řešení jsou k dispozici pro LTV nevyžadující údržbu při požadované desetileté provozní době na povrchu Měsíce včetně hmotnostního odhadu takového LTV.

Pro dopravu LTV na povrch Měsíce NASA v současné době zvažuje využití landeru z programu CLPS. V tomto přístupu bude zodpovědností NASA lander smluvně zajistit. Odpovědností dodavatele LTV by bylo spolupracovat s dodavatelem landeru při integraci LTV na lander. NASA vyzývá společnosti, aby se k tomuto přístupu vyjádřily. Společnosti by měly uvést významné přednosti nebo nedostatky tohoto přístupu. Ve smyslu standardních milníků vývoje inženýrských projektů, například přezkumů SRR, PDR a CDR, by společnosti měly také uvést, kdy by očekávaly zahájení spolupráce s dodavatelem landeru v zájmu minimalizace potenciálních dopadů na vývoj LTV.

NASA zvažuje získání schopností LTV jako služby. Spoléhala by tedy na to, že dodavatel LTV poskytne kompletní sadu služeb a vybavení potřebnou k provádění všech činností během desetiletého provozu LTV na povrchu Měsíce. NASA by vždy koupila čas a schopnosti LTV podle potřeby na podporu mise Artemis a dalších vědeckých potřeb. Žádá proto společnosti, aby uvedly veškeré informace, které by agentuře mohly pomoci při rozhodování o proveditelnosti přístupu založeného na službách a pro porozumění schopností průmyslu podporovat tento přístup. V zájmu maximalizace výhod partnerství veřejného a soukromého sektoru se NASA ptá, jaké firemní nebo komerční příspěvky by společnosti do tohoto partnerství přinesly a jak by je bylo možno využít.

Zdroje informací:
https://www.space.com/
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/
https://spacenews.com/
https://www.nasa.gov/
https://oig.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://sam.gov/

Zdroje obrázků:
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/image/capstone_moon.jpg
https://maxarv2-cms-production.s3.amazonaws.com/…/642/image__4_.png
https://www.nasa.gov/…/maf_20210827_orion_artemis_iii_pv-completed-md_04.jpg
https://pbs.twimg.com/media/E9gB2V9XsAAeNtz?format=jpg
http://www.parabolicarc.com/…/NASA_lunar_suit_contractors_diagram.jpg
https://www.bing.com/images/blob?bcid=RNsMMQvDQy8DnQ
https://pbs.twimg.com/media/E-TC5OXWEAcw6sG?format=jpg
https://pbs.twimg.com/media/E-OosOIWQAUoNu4?format=jpg