28. června se na cestu k Měsíci vydala sonda CAPSTONE. Po čtyřech a půl měsících letu má být 13. listopadu navedena na dosud nevyzkoušenou vysoce eliptickou lunární oběžnou dráhu NRHO se sedmidenní dobou oběhu, s perilunem 3 000 km nad severním pólem a s apolunem 70 000 km nad jižním pólem. Tady má po dobu více než šesti měsíců ověřovat vypočítanou orbitální stabilitu a charakteristické vlastnosti dráhy. Počítačové simulace totiž naznačují, že tato konkrétní oběžná dráha nabízí dlouhodobou stabilitu s nízkými požadavky na pohonné hmoty. CAPSTONE tedy poskytne informace s dostatečným předstihem před tím, než se na NRHO vydá soulodí HALO/PPE, které bude tvořit zárodek kosmické stanice Gateway (přípravě modulů HALO a PPE jsme se věnovali v minulém dílu). Ještě před tím má být dráha NRHO využita při misi Artemis 3 pro přestup dvou astronautů z kosmické lodi Orion do lunárního landeru Starship. Cílem mise je pilotované přistání na Měsíci.

Artemis 3

Aktuální stav příprav k misi Artemis 3
Zdroj: https://www.nasa.gov

Mise je koncipována jako první přistání lidí na Měsíci v rámci programu Artemis. Let je plánován nejdříve na rok 2025, přičemž tento časový rámec je považován za agresivní cíl. Protože stanice Gateway tou dobou ještě nemá být na dráze NRHO, bylo stanoveno, že Orion a lunární lander Starship se spojí přímo. Doba pilotované mise Orionu byla předběžně naplánována na přibližně 24 až 35 dnů. Tyto hodnoty jsou však analyzovány a stále se vyvíjí.

V kabině Orionu pro Artemis 3 by měla být v létě dokončena instalace držáků nutných pro připevnění kabelů, boxů avioniky a dalších systémů. Jakmile to bude hotové, bude Orion přesunut do čisté místnosti, kde do něj začnou být integrovány pohonné systémy a systémy podpory života. Servisní modul je připravován v Brémách. Jeho odeslání na Kennedyho vesmírné středisko je plánováno na příští rok.

Integrační věž OLIT pro novou vzletovou rampu pro Super Heavy Starship v komplexu LC-39A sestávala na začátku července ze tří segmentů. Odsud má být vynesen lunární lander Starship pro Artemis 3. Před cestou k Měsíci lander zamíří k palivovému depu na oběžné dráze Země. Kredit: Eric Pearce/tlpnetwork.com
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Program nyní reviduje počáteční plány poskytnuté společností SpaceX. Očekává se, že v srpnu 2022 by měla nastat další velká projektová událost – potvrzení projektu. Při tomto milníku budou stanoveny základní náklady a harmonogram. Dosavadní údaje byly pouze předběžné. Návrh, vývoj, testování a hodnocení Starship budou řízeny dodavatelem, společností SpaceX. NASA bude certifikovat konstrukci palivového depa, tankerů a lunárního landeru, a také hodnotit jejich letovou připravenost.

V rámci iniciativy komerčních skafandrů xEVAS NASA 1. června oznámila, že uzavřela se společnostmi Axiom Space a Collins Aerospace smlouvy na komerční poskytování skafandrů pro ISS, Gateway a povrch Měsíce v maximální úhrnné hodnotě 3,5 miliardy USD pro oba dodavatele dohromady.

Tato maximální částka představuje hodnotu všech zamýšlených kontraktů do roku 2034 za předpokladu, že budou všechny zakázky realizovány. V průměru by to znamenalo přibližně 150 milionů USD pro každého dodavatele ročně. Výběr dodavatelů byl poměrně snadný, protože pouze společnosti Axiom Space a Collins Aerospace předložily kompletní návrhy.

NASA při interním vývoji dosavadních skafandrů xEMU využívala desítky subdodavatelů
Zdroj: http://www.parabolicarc.com

Vývoj dosavadního skafandru xEMU, který byl v režii NASA, v té době ještě dobíhal a byl ukončen na začátku léta podrobným přezkumem CDR. V zájmu zmírnění časového rizika na podporu mise Artemis 3 NASA poskytla oběma společnostem technická data o skafandrech xEMU.

Vývojový design skafandru od Collins Aerospace
Zdroj: https://imengine.public.prod.cdr.navigacloud.com

Axiom Space již dříve zamýšlel vyvinout skafandry pro svoji komerční kosmickou stanici na nízké oběžné dráze Země. Na vývoji nového skafandru pro NASA spolupracuje se společnostmi KBR, Air-Lock, David Clark Company, Paragon Space Development Corporation, Sophic Synergistics, A-P-T Research a dalšími. V týmu jsou tedy i společnosti se zkušenostmi s vývojem skafandru xEMU. Například Air-Lock měl na starosti tlakový oblek a pevné horní torzo, David Clark tlakový oblek a obuv.

V druhém týmu má Collins Aerospace zkušenosti s vývojem batohu podpory života pro xEMU a ILC Dover s vývojem tlakového obleku. Do vývoje xEMU byl z tohoto týmu zapojen i Oceaneering.

Moduly HALO a PPE kosmické stanice Gateway

V minulém dílu jsme popsali aktuální a budoucí práce související s moduly HALO a PPE kosmické stanice Gateway z výrobního hlediska. Dnes se podíváme na problémy, které tento vývoj doprovází. K tomu využijeme zprávu Úřadu pro odpovědnost vlády (GAO). Zpráva byla vydána 23. června a hodnotí velké projekty NASA. Úřad GAO přezkoumal projekty už v lednu, ale ve zprávě popisuje i jejich další vývoj až do vydání zprávy.

Náklady na počáteční schopnosti soulodí HALO/PPE
Zdroj: https://www.gao.gov

Předběžný plán startu rakety Falcon Heavy se soulodím HALO/PPE je mezi červencem 2025 a únorem 2026, předběžný celkový odhad nákladů na oba moduly včetně jejich integrace a včetně nosné rakety je ve výši 3,01 až 3,72 miliardy USD. Z toho je 1,17 až 1,53 miliardy USD předběžný odhad nákladů na HALO včetně nákladů na integraci s PPE a 0,62 až 0,75 miliardy USD je odhad na PPE. Podle zprávy je na červenec 2022 plánováno stanovení základních (tedy už ne předběžných) nákladů a harmonogramu. Představitelé NASA uvedli, že očekávají, že náklady se vejdou do předběžného odhadovaného rozpětí.

Přestože je předběžné datum startu mezi červencem 2025 a únorem 2026, představitelé projektu HALO záměrně pracují s fiktivním termínem startu v listopadu 2024, aby s kontraktorem udrželi plánovanou časovou rezervu a potenciálně snížili náklady na projekt. Datum listopad 2024 by se však mohlo změnit už v červenci 2022.

Milníky vývoje modulu HALO
Zdroj: https://www.gao.gov

V únoru 2022 dokončila projektová kancelář aktualizovaný výpočet hmotnosti soulodí. Výpočet převýšil stanovené limity návrhu mise a soulodí se dostalo nad hmotnostní limit rakety Falcon Heavy. Projektová kancelář proto začala podnikat další kroky ke snížení hmotnosti posouzením různých možností. Součástí těchto možností je vyhodnocování, zda bude nutné odstranit z modulů některé komponenty a případně je dopravit při pozdější zásobovací misi. Celková hmotnost je aktuálně sledována jako nejvyšší riziko mise.

Projekt také sleduje rizika související s hmotností PPE, která by mohla vést k pozdním konstrukčním změnám. Projektová kancelář vyvíjí úsilí o snížení hmotnosti, včetně posouzení odstranění některých schopností z PPE. To by však mohlo ovlivnit další prvky Gateway a její celkovou misi.

Milníky vývoje modulu PPE
Zdroj: https://www.gao.gov

Na červenec 2022 plánují projekty HALO a PPE provést kontrolu synchronizace obou modulů. Revize se má týkat například rozhraní mezi oběma moduly a jejich integrace, včetně integrace systému tankování pohonných hmot.

Projekt HALO plánuje provést podrobný přezkum CDR v srpnu 2022. Projekt PPE plánoval v době tvorby zprávy GAO podrobný přezkum CDR na květen 2022. Zatím však není žádné potvrzení, že by PPE tímto milníkem prošel.

Když projekt PPE prošel v listopadu 2021 předběžným přezkumem PDR, nebyla žádná z jeho devíti kritických technologií shledána po technologické stránce jako vyspělá a připravená. To zvyšuje technické riziko i riziko harmonogramu v další fázi vývoje. Výrazně za plánem zaostává úsilí vyvinout motory solárně elektrického pohonu a solární panely. Kvůli změnám požadavků na výkon solárně elektrického pohonu a na komunikační schopnosti vykázal projekt PPE zpoždění oproti původnímu harmonogramu už o 25 měsíců.

Představitelé projektu PPE uvedli, že v souvislosti s řadou změn požadavků očekávají dodatečné úpravy smluv a růst smluvních nákladů. Oproti původní hodnotě smlouvy s Maxarem ve výši 375 milionů USD projektová kancelář odhaduje, že by tyto změny mohly vést k nárůstu hodnoty smlouvy přibližně o 300 milionů USD.

Milníky vývoje motoru AEPS
Zdroj: https://www.gao.gov

Projekt PPE v současné době pracuje na dodání svého modulu pro integraci s HALO na podzim 2024. Projekt však sleduje také riziko pozdní dodávky solárně elektrických motorů AEPS vyvíjených společností Aerojet Rocketdyne, což by mohlo ovlivnit celkový harmonogram nebo vést k dalšímu růstu nákladů. V únoru 2022 projektová kancelář PPE odhadovala asi šestiměsíční skluz termínu dodání, odhadovaného dodavatelem motorů, oproti datu potřeby projektu PPE. Souběžně se vznikem skluzu začala identifikace možností, jak minimalizovat negativní dopad na celkový harmonogram.

Původně byla plánována výroba čtyř motorů AEPS – dvou pro kvalifikační testování a dvou letových. Kvůli rozhodnutí NASA vypustit HALO a PPE společně však vznikla nutnost dodání třetího letového motoru AEPS. U Aerojet Rocketdyne byla proto objednána výroba pátého exempláře. Kvůli přidání třetího letového motoru AEPS ale vzniklo značné zpoždění v dodání druhého kvalifikačního motoru. Důvodem je to, že aby bylo dodrženo datum integrace letových motorů na PPE, Aerojet Rocketdyne před dodáním druhého kvalifikačního motoru dodá všechny tři letové motory. V důsledku toho se zpozdí zahájení testování druhého kvalifikačního motoru. Dokončení zkoušek opotřebení tohoto motoru proto sklouzlo až na říjen 2028.

Solární pole modulu PPE budou obsahovat více než 750 fotovoltaických článků
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Představitelé programu uvedli, že očekávají, že motory AEPS budou vyspělé už v době dokončení první fáze testů (tato fáze byla dokončena v dubnu, viz minulý díl). Kvalifikace životnosti motorů ale má být prokázána až během čtyř let testování počínaje rokem 2024. V plánované době startu má být dokončeno nejméně 4 500 hodin z 23 000 hodin testování životnosti kvalifikačních motorů. NASA má však už několik desetiletí zkušenosti s dlouhodobým provozem různých solárně elektrických motorů v kosmickém prostoru. Představitelé projektu proto považují riziko spojené s pozdní kvalifikací životnosti motorů AEPS za nízké.

Součástí smlouvy NASA s Aerojet Rocketdyne bylo také dodání plazmového diagnostického balíčku PDP (Plasma Diagnostic Package). Balíček byl určený k měření výkonu a charakteristik motorů AEPS a k měření interakcí vzniklého plazmatu s modulem PPE. U hlavního elektronického balíčku pro PDP však došlo u dodavatele k třicetiprocentnímu překročení nákladů a k osmiměsíčnímu zpoždění plánu. V srpnu 2021 dodavatel sdělil NASA, že podcenil složitost hardwaru a nemá personál s potřebnými dovednostmi, aby mohl ve stavbě hlavního elektronického balíčku pokračovat. Tyto problémy spolu s hmotnostními omezeními PPE nakonec vedly k rozhodnutí o zrušení PDP. Zpráva GAO konstatuje, že NASA plánuje zrušit PDP v červnu 2022.

Financování

Vodíková nádrž pro horní stupeň ICPS pro Artemis 3 v továrně ULA v Decaturu v Alabamě, 8. března 2022
Zdroj: https://www.nasa.gov/

28. června byl zveřejněn návrh rozpočtového výboru Sněmovny reprezentantů na financování NASA ve fiskálním roce 2023. Pro Orion výbor navrhl 1,339 miliardy USD, což se rovná úrovni z březnové prezidentské žádosti. Pro SLS výbor navrhl 2,600 miliardy USD, tedy 20 milionů nad rámec prezidentské žádosti. Z toho je nejméně 600 milionů USD vyčleněno na vývoj SLS Block 1B.

Pro pozemní systémy výbor navrhl 750 milionů USD, což se rovná požadované částce. V rámci této částky lze použít až 232 milionů USD pro novou mobilní vypouštěcí plošinu ML-2. Podmínkou však je, že NASA musí předložit Kongresu, GAO a Úřadu generálního inspektora plán s podrobnostmi o nákladech a harmonogramu pro ML-2. Výbor v této souvislosti poznamenává, že podle Úřadu generálního inspektora cena ML-2 vzrostla z odhadovaných 380 milionů USD na téměř miliardu. Výbor proto naléhavě vyzývá NASA, aby zvážila nové metody, jak zajistit, aby byly u tohoto projektu splněny odhady nákladů a harmonogramu, včetně možného využití externích poradenských služeb.

Na pilotované lunární landery výbor navrhuje 1,486 miliardy USD, což se rovná prezidentské žádosti a je to o 291 milionů více než NASA obdržela pro fiskální rok 2022. Výbor oceňuje úsilí NASA o zajištění konkurence pro další fázi po misi Artemis 3 a očekává, že NASA vyčlení značné zdroje na vývoj dalších systémů landerů, jakmile budou uzavřeny další smlouvy.

Kompozitová příhradová konstrukce intertanku bude spojovat vodíkovou a kyslíkovou nádrž stupně ICPS. Osm lahví po obvodu příhradových nosníků bude obsahovat helium určené pro natlakování nádrží.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Celkem návrh poskytuje na pilotované průzkumné systémy 7,324 miliardy USD. Po odečtení 6,175 miliardy USD na Orion, SLS, pozemní systémy a lunární landery zbývá nespecifikovaných 1,149 miliardy USD. Tato částka je navržena na financování Gateway, lunárních skafandrů a podobně.

Artemis 4

Během mise Artemis 4 mají astronauti v Orionu pomoci připojit modul I-HAB k modulu HALO. Modul I-HAB poskytne posádce další obyvatelný prostor.

V posledních dvaceti odstavcích minulého dílu jsme podrobně popsali problémy, se kterými se společnost Bechtel potýká při vývoji mobilní vypouštěcí plošiny ML-2. Aktualizovaný odhad harmonogramu, který NASA obdržela od Bechtelu v květnu, umožňuje start mise Artemis 4 nejdříve na konci roku 2027. Nezávislý kontrolní tým, který svolali úředníci Kennedyho vesmírného střediska, zahrnul do svojí analýzy i další projektová rizika. Při zohlednění dosavadní výkonnosti Bechtelu a jeho neochoty využít odborných znalostí NASA odhadl nezávislý kontrolní tým startovní připravenost mise Artemis 4 nejdříve na konci roku 2028.

Milníky vývoje SLS Block 1B
Zdroj: Milníky vývoje SLS Block 1B

Zpoždění postihlo i vývoj nového horního stupně EUS. V březnu 2021 jsme psali, že podle předběžného harmonogramu je 350sekundový zážehový test letového horního stupně EUS pro Artemis 4 plánován na červenec 2024. Podle aktuální zprávy GAO je tento test plánován ve Stennisově středisku na prosinec 2024.

Motorová sekce pro centrální stupeň CS-4 byla v červnu vyjmuta vložena ze svářečky VAC s novými horizontálními svary
Zdroj: https://images-assets.nasa.gov

Zato výroba „prověřených“ dílů nosné rakety i kosmické lodi pro misi Artemis 4 probíhá uspokojivě. V Promontory pokračuje odlévání tuhé pohonné látky do segmentů vzletových stupňů SRB. V továrně MAF (Michoud Assembly Facility) pokračují práce na rané přípravě prvků pro centrální stupeň CS-4. Například motorová sekce byla 20. června vyzvednuta ze svařovacího zařízení Vertical Assembly Center, kde byly provedeny horizontální svary. Její další cesta vedla do buňky G pro základní nátěr svarů.

Primární struktura Orionu pro Artemis 4 se v současnosti svařuje v továrně MAF a očekává se, že bude doručena do Kennedyho vesmírného střediska v únoru 2023. Struktura servisního modulu se nachází v Brémách, kde začne být vybavována vnitřními systémy.

Ještě v červnu byla motorová sekce pro CS-4 vložena do buňky G pro základní nátěr svarů
Zdroj: https://images-assets.nasa.gov

Tato situace začala v diskusním fóru webu NASASpaceFlight.com nahrávat úvahám o možnosti objednání čtvrtého exempláře horního stupně ICPS. To by samozřejmě znamenalo přesun vynesení modulu I-HAB stanice Gateway na pátý start SLS. Zpravodajský web Ars Technica dokonce hlásil, že získal interní variantní plánovací dokument. Podle dokumentu NASA zvažuje v případě velkého zpoždění plošiny ML-2 vytvoření mise Artemis 3.5, pro kterou by objednala od ULA další horní stupeň ICPS. Mise je v dokumentu zařazena do fiskálního roku 2027. Ten končí dne 30. září 2027.

Artemis 5 a další

Nástin dalších cílů je dosud předběžný. Například náklady na výrobu a provoz SLS Block 1B pro Artemis 5 a další zůstanou nejisté, dokud NASA nebude schopna dokončit jednání s Boeingem a definovat podmínky smlouvy SPEC (Stages Production and Evolution Contract). NASA prozatím objednala nákup materiálů pro výrobu centrálních stupňů a stupňů EUS pro Artemis 5 a Artemis 6. Výroba Orionu pro Artemis 5 byla objednána, pro Artemis 6 má být opětovně použitý Orion z mise Artemis 3.

Před misí Artemis 5 by se ke Gateway měla připojit první z komerčních nákladních zásobovacích lodí. Tyto lodě mají zajišťovat zásobování Gateway, skladování a likvidaci odpadu. V březnu 2020 NASA udělila společnosti SpaceX smlouvu s pevnou cenou a neurčitým množstvím na poskytování logistických služeb pomocí zásobovací lodi Dragon XL. Udělení pravomoci pokračovat v přípravách na první misi však bylo odloženo až na konec roku 2023. Představitelé NASA odůvodňují odklad jinými prioritami financování.

Dlouhodobý výhled misí ke Gateway. V plném rozlišení zde
Zdroj: https://pbs.twimg.com

V květnu NASA zveřejnila nový dlouhodobý výhled misí ke Gateway. Výsledkem analýzy současných možností je koncept třicetidenních pobytů na stanici s výsadkem dvoučlenných posádek na povrch Měsíce v délce šest a půl dne počínaje misí Artemis 5. Všechny mise by měly k dispozici nehermetizované vozidlo LTV. Výhled neobsahuje nejnovější úvahy o misi Artemis 3.5, protože ty se zrodily až v posledních týdnech.

Koncept také odráží současné představy o postupném prodlužování jak pobytů na Gateway, tak i na Měsíci. Posádka Artemis 7 by mohla mít poprvé k dispozici také hermetizovaný rover. Od mise Artemis 8 jsou pobyty na Měsíci koncipovány v délce 32,5 dne. Povrchový habitat by mohl od mise Artemis 9 umožnit povrchové mise celých čtyřčlenných posádek.

Pět návrhů lunárních landerů pro mise počínaje Artemis 5
Zdroj: https://forum.nasaspaceflight.com

Připojení Orionu ke Gateway by mohlo být časem prodlouženo na 56 dní. Případné přidání nového velkoobjemového obytného modulu do konfigurace Gateway, předběžně pojmenovaného Transit Hab, by umožnilo podporovat misi prodlouženou na 134 dní. Taková mise čtyřčlenné posádky se stodenním pobytem na Gateway, následovaným třicetidenním pobytem na Měsíci, se jeví jako vhodná simulační mise případné budoucí expedice na Mars.

Celkem pět týmů provádí v letošním roce studie financované NASA, zaměřené na snížení rizik a přezkum technické stránky návrhů pilotovaných landerů pro přepravu astronautů mezi stanicí Gateway a povrchem Měsíce počínaje misí Artemis 5. Členové Národního týmu tentokrát získali zakázky jako samostatné společnosti. Zatímco v týmu měl Blue Origin na starost sestupový prvek, Lockheed Martin vzletový prvek a Northrop Grumman přeletový prvek, tentokrát společnosti rozpracovávají své vlastní návrhy.

Původní návrh landeru Národního týmu
Zdroj: https://www.blueorigin.com

Nově navržený lander od společnosti Blue Origin se skládá pouze ze dvou standardizovaných prvků – z přeletového prvku a z integrovaného sestupového/vzletového prvku. NASA v rámci studie financuje práce na snížení rizik souvisejících s pohonem, naváděním, navigací, řízením, dokováním a zmírněním vlivu prachu na lander.

Tříprvkový lander od společnosti Lockheed Martin přebírá z původního společného konceptu vzletový prvek s kabinou. Přeletový prvek není v grafice vyobrazen, ale měl by být odvozený od stupně Centaur. Financování NASA zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s pohonným systémem.

Koncept od společnosti Northrop Grumman ukazuje nové řešení landeru – přechodovou komoru umístěnou v sestupovém prvku. Financování NASA zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s pohonnými a dokovacími systémy návrhu.

Architektura lunárního landeru od společnosti Dynetics
Zdroj: https://forum.nasaspaceflight.com

Dynetics se pravděpodobně pokouší vyřešit dosavadní problém s nadváhou svého landeru vynesením pomocí Super Heavy Starship. Nový návrh nabízí mimo jiné přímý přestup z landeru do hermetizovaného roveru bez nutnosti výstupu na povrch Měsíce. Financování NASA zahrnuje práce na snížení rizik souvisejících s napájením elektřinou, pohonem, naváděním, navigací, řízením a dokovacími systémy přepracovaného návrhu landeru, splňujícího hmotnostní výzvy.

Tým SpaceX se v rámci kontraktu zaměřuje na snížení rizik souvisejících s analýzou místa přistání landeru Starship.

Zdroje informací
https://www.collinsaerospace.com/
https://www.axiomspace.com/
https://www.gao.gov/
https://docs.house.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/17577674-1-eng-GB/Lunar_agenda_pillars.jpg
https://www.nasa.gov/…moon_to_mars_architecture_update.pdf
https://pbs.twimg.com/media/FWdtexuUAAAIAOh?format=jpg
https://imengine.public.prod.cdr.navigacloud.com/…function=cover&type=preview
https://www.gao.gov/assets/gao-22-105212.pdf
https://pbs.twimg.com/media/FV3GBCUXEAI960q?format=jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/220308_icps_art3_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/220308_icps_art3_2.jpg
https://images-assets.nasa.gov/…/MAF_20220620_CS4_EStoCellG_05~medium.jpg
https://images-assets.nasa.gov/…/MAF_20220620_CS4_EStoCellG_16~medium.jpg
https://pbs.twimg.com/media/FS_O0UXWAAIjl5I?format=jpg&name=4096×4096
https://forum.nasaspaceflight.com/…dlattach;topic=46645.0;attach=2102951;image
https://www.blueorigin.com/assets/blueorigin_hls_ilv_moon2_dec2020.jpg
https://forum.nasaspaceflight.com/…dlattach;topic=46645.0;attach=2103092;image