Aerojet Rocketdyne dodal v květnu 2023 s čtyřměsíčním zpožděním ze svého montážního zařízení v Redmontu do Glennova střediska NASA první kvalifikační solárně elektrický motor AEPS pro energetický a pohonný modul PPE kosmické stanice Gateway. Na fotografii je zachycena výroba druhého kvalifikačního a tří letových motorů AEPS v Redmontu. Výkon motoru AEPS 12 kW je více než dvojnásobný ve srovnání s úrovní výkonu solárně elektrických motorů, které dnes pohánějí satelity, a poskytuje tah potřebný pro manévry Gateway. Tři motory AEPS mají být primárním zdrojem pohonu stanice a mají poskytnout 36 kW z celkových 48 kW elektrického pohonu modulu PPE. Na červen bylo naplánováno testování charakteristik zážehu. Potom mají následovat akceptační kvalifikační testy v podmínkách vibrací a tepelných cyklů. Tím budou prokázány schopnosti motorů při splnění všech letových podmínek. Po dokončení akceptačních testů má být technologie motoru AEPS na podzim administrativně přeřazena mezi technologie s úrovní připravenosti TRL 6 (ukázka prototypu v relevantním prostředí).

Použití vysoce výkonných motorů AEPS bylo vyhodnoceno jako jediná možnost, která může splnit požadavky programu Gateway. NASA po analýze technických rizik solárně elektrických motorů došla k závěru, že neexistuje žádná záložní možnost ani kompromisy spočívající například ve snížení požadavků na pohon. Jedním z hlavních cílů projektu Gateway je totiž snížení rizik pro zvažovanou cestu k Marsu, přičemž demonstrace pokročilé technologie solárně elektrického pohonu patří mezi požadované úkoly.

Skluz v dodání kvalifikačního motoru má nepříznivý vliv i na datum dodání druhého kvalifikačního motoru. Ten má otestovat dosud nejistou míru opotřebení motoru během dlouhodobého provozu na oběžné dráze Měsíce. Kvalifikační testovací kampaň druhého motoru má spočívat v provozu po dobu více než 23 000 hodin, což odpovídá přibližně 2,5 roku nepřetržitého provozu. Taková doba činnosti motorů se předpokládá, včetně rezervy pro nepředvídané události, během patnáctiletého provozu Gateway.

Základní struktura modulu PPE v březnu 2023
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Případné problémy při testech opotřebení by mohly mít za následek změny v konstrukci motoru a zpoždění harmonogramu celého projektu PPE. Před čtyřměsíčním skluzem popsaným v prvním odstavci se očekávalo, že prvních 4 500 hodin provozu motor dokončí v září 2025, před říjnovým termínem startu rakety Falcon Heavy s integrovanými moduly PPE a HALO. Tato doba provozu má poskytnout základní informace a snížit nejistotu ohledně dlouhodobého provozu. Pravděpodobnost, že druhý motor stihne dokončit 4 500 hodin svého kvalifikačního testování v září 2025, se však pozdním dodáním prvního motoru snížila. Zbývajících 18 500 hodin testu opotřebení má druhý motor podstoupit v další fázi.

Také tři letové motory AEPS mají podstoupit akceptační testy v Glennově středisku před jejich dodáním společnosti Maxar Technologies k integraci na PPE. Plán z února 2023 počítal s dodáním prvního letového motoru v lednu 2024 a posledního, třetího letového motoru v červenci 2024. I jejich dodání se ale dominovým efektem opozdí o několik měsíců.

Od doby, kdy NASA v únoru 2020 rozhodla vypustit PPE a HALO společně nosnou raketou Falcon Heavy, čelí oba prvky velkým hmotnostním výzvám. Nadváha jejich kombinované hmotnosti nad cílovou hmotností je spojena s rizikem nedosažení správné oběžné dráhy Měsíce.

Rozhodnutí mělo za následek více než 700 nových požadavků na konstrukci PPE. NASA například zvýšila požadavky na výkon solárně elektrického pohonu, na palivovou nádrž, doplňování paliva a komunikační systém. Požadavky, v jejichž důsledku dochází ke skluzu harmonogramu, byly postupně zahrnuty do dvou loňských a jednoho letošního dodatku ke smlouvě NASA s Maxarem. Tyto požadavky na PPE jsou doprovázeny růstem smluvních nákladů. Zakázka nyní překračuje hodnotu z doby zadání dvojnásobně.

Hmotnost PPE převyšovala v únoru přidělený hmotnostní limit přibližně o 155 kilogramů. Nadváha přetrvává i přes snahu hmotnost modulu snížit. Z PPE byl odstraněn například balíček plazmové diagnostiky související s činností motorů AEPS. Další aktualizace odhadu hmotnosti byla naplánována na období po začlenění změn v požadavcích do letošního dodatku ke smlouvě.

Stav výroby modulu HALO v květnu 2023
Zdroj: https://twitter.com

Také hmotnost obytného a logistického modulu HALO je i po snížení stále přibližně 480 kilogramů nad přiděleným hmotnostním limitem. Proto je zvažováno odstranění některých komponent modulu. Dosud bylo identifikováno přibližně 300 kilogramů komponent, které lze potenciálně odebrat. Asi 100 kilogramů z těchto komponent by bylo možné dopravit dodatečně nákladní zásobovací lodí Dragon XL před misí Artemis 4, jejíž posádka by je na oběžné dráze Měsíce nainstalovala do HALO. Stále je však nutné identifikovat další příležitosti ke snížení hmotnosti.

V minulém dílu jsme informovali o postupu svařování modulu HALO. Po dokončení svaru mezi prvními dvěma segmenty stále zbývá přivařit další díly. Celá základní konstrukce modulu přitom měla být dokončena už v loňském roce. Zpoždění ve výrobě modulu již bylo zohledněno v aktualizovaném harmonogramu. Jeho kritickou částí však primárně není HALO, nýbrž PPE. Dodání PPE pro integraci s HALO je předběžně plánováno na září 2025 a připravenost obou prvků ke startu na říjen 2025. Po dokončení aktualizací obou harmonogramů má být v červnu 2023 dokončen další přezkum jejich synchronizace. Pak bude jasnější, nakolik je současný plán načasování integrace obou prvků spolehlivý.

Rozpočet

V posledních dvou dílech se čtenáři mohli začíst do možností snížení rozpočtu NASA v dalších letech a do možného dopadu na jednotlivé mise Artemis. Ani poslední zprávy nejsou v tomto ohledu optimistické.

Stav výroby modulu HALO v květnu 2023
Zdroj: https://www.nasa.gov

31. května schválila Sněmovna reprezentantů zákon o fiskální odpovědnosti. Rozpočtový strop vládních výdajů na fiskální rok 2024 kromě obrany a zdravotní péče pro veterány bude na úrovni fiskálního roku 2023 a ve fiskálním roce 2025 bude pouze s 1% nárůstem. Senát schválil zákon 1. června a prezident Biden ho podepsal o další dva dny později.

Podle textu zákona nebudou pro dosažení rozpočtového stropu požadovány plošné škrty. Výši přidělených peněz pro konkrétní agentury, jako je NASA, určí kongresmani později. Plošné škrty budou zavedeny jen v případě, že do 1. ledna 2024 nebude rozpočet schválen. V takovém případě by rozpočty jednotlivých agentur zůstaly na jejich současné úrovni snížené o 1 %.

13. června zveřejnila republikánská předsedkyně sněmovního rozpočtového výboru Kay Granger návrh objemů finančních prostředků pro jednotlivé podvýbory. A s důrazem na slovo „strop“ její návrh ořezává výdaje ještě více.

Celkový rozpočtový strop stanovila nikoli na úrovni fiskálního roku 2023, tedy 1602 miliard USD, ale o 1 % nižší (1586 miliard USD). A s odkazem na „strop“ její návrh rozděluje mezi podvýbory jen 1471 miliard (o dalších 7 % méně). Podvýbor pro obchod, spravedlnost a vědu, do jehož gesce spadá NASA, má podle návrhu obdržet ve srovnání s rozpočtem na fiskální rok 2023 o 28,8 % méně! V absolutních číslech jde o snížení z 82,441 miliard USD na 58,686 miliard USD.

Granger se zmínila, že zbývajících 115 miliard USD (7 %) má být mezi podvýbory rozděleno dodatečně. To ale není z rozhořčeného vyjádření nejvyšší demokratky v rozpočtovém výboru, Rosy DeLauro vůbec jisté. Podle ní jde o porušení dohody.

Artemis 3

Adaptér LVSA pro Artemis 3, 16. května 2023
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Technici v Marshallově středisku kosmických letů v Huntsville zahájili v dubnu aplikaci pěnové tepelné ochrany adaptéru LVSA pro nosnou raketu SLS pro Artemis 3 a po měsíci prací ji v polovině května dokončili. Pěnová izolace byla na adaptér nanášena ručně pomocí stříkací pistole. Po vytvrzení pěny budou její části obroušeny tak, aby vyhovovaly požadavkům na maximální tloušťku. Důvodem ruční aplikace pěny jsou pouhé tři exempláře, přičemž LVSA pro Artemis 3 je posledním z nich. Adaptér ve tvaru kužele bude spojovat centrální stupeň rakety s horním stupněm ICPS. Dalším účelem LVSA je částečně chránit během vzletu horní stupeň, jeho avioniku a elektrické systémy.

Veškerý hardware rakety SLS pro Artemis 3 by měl být podle současného harmonogramu NASA připraven k dodání od výrobců do začátku roku 2025. Všechny segmenty vzletových stupňů SRB jsou naplněny palivem a uskladněny v Utahu. Dokončení centrálního stupně je plánováno na začátek roku 2025, všechny čtyři motory RS-25 prošly modernizací a jsou uloženy ve Stennisově středisku. Horní stupeň ICPS a adaptéry LVSA a OSA by měly být dokončeny v létě 2024. Evropský servisní modul pro Orion má být odeslán na Kennedyho vesmírné středisko v druhé polovině letošního roku.

Dostupných informací o aktuálním harmonogramu, problémech a rizicích spojených s vývojem lunárního landeru je méně. Po neúspěšném pokusu z 20. dubna o kosmický let s obletem 85 % obvodu Země a perigeem v atmosféře bylo rozhodnuto provést reparát s lodí Starship S25 a nosnou raketou Super Heavy B9. NASA má rostoucí obavy, že vzhledem k množství práce a značnému počtu startů, nutných pro demonstraci tankování, plnění palivového depa, nepilotované přistání landeru na Měsíci a dodání dalšího landeru pro Artemis 3 na dráhu NRHO, nebude lander na konci roku 2025 pro Artemis 3 ještě připravený. Skluz na rok 2026 NASA považuje za velmi pravděpodobný.

Artemis 4

Mise Artemis 4 je v současnosti naplánována na září 2028. Pro vynesení Orionu a mezinárodního modulu I-HAB pro kosmickou stanici Gateway má být poprvé použita nosná raketa SLS Block 1B. V létě 2024 má být dokončeno plnění segmentů motorů SRB palivem. Oba nové letové adaptéry, Universal Stage Adapter (USA) a Payload Adapter (PLA), by měly být dokončeny v roce 2025.

Exemplář adaptéru Universal Stage Adapter pro strukturální testy
Zdroj: https://www.youtube.com/

Ve výrobním závodě společnosti Dynetics v Decaturu byl sestaven vývojový zkušební exemplář adaptéru Universal Stage Adapter. Exemplář je umístěn uvnitř hliníkového pracovního nástroje pro vertikální montáž, který před sestavením adaptéru umožnil manipulaci s jednotlivými panely. Adaptér uvnitř nástroje je sestavený ze čtyř panelů. Proces jejich vzájemného lepení byl dokončen na konci února 2023.

Poté, co byl tento exemplář použit jako pathfinder pro výrobní proces, je na jeho horní prstenec instalován přídavný díl určený pro nadcházející testy. Adaptér bude přepraven člunem a kolovým vozidlem do Marshallova vesmírného střediska, kde budou provedeny únavové testy.

Panely pathfinderu obsahují záměrně vytvořené výrobní nedostatky. Smysl těchto chyb je dvojí. V první řadě jde o to ukázat, že je exemplář tolerantní vůči poškození. Druhým záměrem je prokázat, že výrobní chyby jsou detekovatelné i v případě, že exemplář projde testy a navzdory nedostatkům nevzniknou žádné trhliny.

Nejprve bude použito nárazové těleso, možná ještě před odesláním do Marshallova střediska. Tímto tělesem známé velikosti bude ze známého směru adaptér poškozen. Poté budou provedeny únavové testy.

Válcovitá sekce o průměru 8,4 metru pro strukturální exemplář stupně EUS, 25. května 2023
Zdroj: https://images-assets.nasa.gov

Schopnosti dopravit 38 tun na translunární dráhu má být dosaženo díky novému hornímu stupni EUS se čtyřmi motory RL-10. Stupeň bude vyroben v továrně MAF v New Orleans. Stejně jako adaptér USA, i první exemplář EUS bude určený pro strukturální zkoušky na testovacím stanovišti v Huntsville. V květnu byla svařena první z válcovitých sekcí, které budou obklopovat kupole vodíkové nádrže. Výroba vodíkové a kyslíkové nádrže strukturálního exempláře má být zahájena v létě.

Dalším exemplářem EUS má být letový stupeň. Ten má na konci roku 2024 nebo začátkem roku 2025 projít ve Stennisově vesmírném středisku 350sekundovým zážehovým testem Green Run. Během zážehu má pozemní řídicí jednotka zadávat stupni EUS simulované letové instrukce. Tato jednotka bude z 90 procent společná s jednotkou, která byla použita při zážehu Green Run centrálního stupně pro Artemis 1.

NASA v současnosti sleduje riziko, že hardwarové díly potřebné pro pozemní řídicí jednotku nemusí být k dispozici včas. Vzhledem ke společnému designu však představitelé programu nepovažují toto riziko za zvlášť významné a jednotka podle nich pravděpodobně včas připravena pro zážeh bude. Další kritickou cestou je vývoj softwaru pro pozemní řídicí jednotku.

Třetí v současnosti sledovanou kritickou cestou nosné rakety SLS Block 1B je vývoj letového softwaru. Letový software má v harmonogramu přípravy rakety SLS pro Artemis 4 vůbec nejmenší rezervu. Obecně není neobvyklé, že vývoj softwaru zaostává za vývojem hardwaru, protože ten musí nejprve poskytnout určitou úroveň připravenosti pro umožnění přezkumu návrhu softwaru.

Kabina Orionu pro Artemis 4 v budově O&C, 26. května 2023
Zdroj: https://images-assets.nasa.gov

Vůbec největší riziko na cestě k misi Artemis 4 ale není v raketě, nýbrž v programu pozemních systémů Kennedyho vesmírného střediska. Tímto rizikem je vývoj a stavba nové mobilní vypouštěcí plošiny ML-2.

V posledních dvaceti odstavcích dílu z června 2022 jsme podrobně popsali problémy, s kterými se společnost Bechtel při vývoji plošiny ML-2 potýkala. Krátce řečeno, hlavní dodavatel, společnost Bechtel, odhadl na konci roku 2021 náklady na vývoj a stavbu plošiny 960 milionů USD s předpokládaným datem dodání v říjnu 2025.

Nepříznivý vývoj v té době dospěl ke svolání nezávislého kontrolního týmu. Tým dokončil analýzu v únoru 2022 a konstatoval, že odhad Bechtelu je pouze na hodnotě 3,9% úrovně spolehlivosti. To znamená 3,9% pravděpodobnost, že náklady a harmonogram podle odhadu Bechtelu budou dodrženy.

První dva příhradové nosníky pro vypouštěcí plošinu ML-2 byly dodány na místo budoucího staveniště u haly VAB 8. května 2023
Zdroj: https://i0.wp.com/

Tým poté provedl úpravy výpočtu Bechtelu o inflaci, zohlednil historickou výkonnost projektů Kennedyho vesmírného střediska, výkonnost Bechtelu a začlenil další identifikovaná projektová rizika. Mezi ně patřila neochota Bechtelu využít odborné znalosti NASA získané zkušenostmi ze stavby plošiny ML-1 v oblasti vývoje subsystémů, řízení hmotnosti, zmírňování problémů a řízení rizik. Při spolehlivosti odhadu 70 % tým v únoru 2022 došel k závěru, že projekt bude vyžadovat dalších 447 milionů USD a dalších 27 měsíců času.

To znamená celkem 1407 milionů USD a datum dodání v prosinci 2026. Po dodání plošiny ML-2 NASA plánuje 6 měsíců integrovaného testování s pozemními systémy a dalších 12 měsíců na podporu sestavení nosné rakety SLS Block 1B, ověřování kompatibility rakety s plošinou ML-2 a na testování rakety. To by umožnilo start Artemis 4 v září 2028.

Ke konci roku 2022 Bechtel dodal aktualizovaná vstupní data svých nákladových vstupů, na jejichž základě projektový tým NASA v lednu 2023 vygeneroval svůj vlastní nový odhad. Ten vyšel podobně jako odhad nezávislého kontrolního týmu z února 2022: dokončení montáže ML-2 v prosinci 2026 za cenu asi 1,4 miliardy dolarů.

Pro ML-2 je tedy nutné sehnat do konce roku 2026 dalších 447 milionů USD nad dosud plánovanou úroveň. V rámci schvalování rozpočtu na fiskální rok 2023 NASA obdržela na plošinu dodatečných 49 milionů USD, zbývá tedy ještě zajistit přibližně 400 milionů USD. V tuto chvíli však není jisté, jakou částku NASA obdrží na fiskální rok 2024.

V dílu z června 2022 jsme také rozebrali problém s překročením hmotnostního limitu plošiny a popsali kroky k jeho řešení přepracováním několika designových opatření, například navýšením počtu svařovaných spojů na úkor šroubových spojů, a také rozvolněním požadavků na hmotnostní limit plošiny. Aktuální návrh plošiny se drží pod limitem a má přibližně 200 tun hmotnostní rezervy.

Třetí nosník pro ML-2 je velká konstrukce. Na KSC byl dopraven 2. června 2023 člunem.
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Před rokem jsme také psali o odkladu přezkumu CDR primární struktury plošiny z března 2022 na září 2022. Současný stav je takový, že Bechtel dokončil svůj interní přezkum CDR 9. března 2023. Následný vládní přezkum CDR má nyní cílové datum září 2023.

Veškeré požadavky na výrobu ocelových nosníků již byly propsány do nákupních objednávek. První ocelové komponenty dorazily do Kennedyho vesmírného střediska kamionem 8. května 2023. Jde o dva příhradové nosníky určené pro sestavení základny plošiny. Nosníky byly vyrobeny společností Paxton Vierling Steel v Carter Lake v Iowě a potaženy vnější vrstvou ve společnosti PK Industrial v Augustě v Kansasu.

2. června dorazil do Kennedyho vesmírného střediska člunem od výrobce W International z Jižní Karolíny velký ocelový nosník, který bude také použit ke stavbě základny plošiny. Celkem má dorazit 43 nosníků. Bechtel hodlá zahájit montáž plošiny do konce letošního léta.

Artemis 5

Ve Stennisově vesmírném středisku se chýlí ke konci série dvanácti zážehových testů certifikačního motoru RS-25 č. 10001. Motorů převedených z programu Space Shuttle je totiž dostatek pouze pro první čtyři mise a motor č. 10001 je prvním z nové výrobní série. Osmý zážeh se uskutečnil 23. května, devátý zážeh 1. června, desátý zážeh 8. června a jedenáctý zážeh 15. června, každý v délce minimálně 500 sekund. Poslední test je naplánován na 22. června.

19. května 2023 NASA vybrala pro Artemis 5 lunární lander společnosti Blue Origin
Zdroj: https://www.nasa.gov

Přípravy na misi Artemis 5 byly podrobně popsány v minulém dílu. V článku jsme upozornili, že 19. května NASA oznámí, která společnost byla vybrána pro vývoj lunárního landeru přiřazeného k této misi. V avizovaný den byl jako dodavatel lunárního landeru vybrán tým vedený společností Blue Origin. Této události jsme vyhradili samostatný článek.

Podle odůvodnění rozhodnutí o výběru byl v návrhu společnosti Blue Origin silnou stránkou záměr použít pro demonstrační nepilotované přistání plnohodnotnou konfiguraci landeru se začleněním systému podpory životních podmínek. Součástí nepilotovaného letu je v návrhu i vzlet z Měsíce a návrat na NRHO, ačkoli to NASA nepožadovala. NASA ale tento záměr vyhodnotila jako velmi výhodný, protože sníží riziko pro misi s posádkou. Lander od Blue Origin má být také schopný dopravit na Měsíc a z Měsíce větší objem užitečného zatížení, než jaký byl požadován, a také nabízí nepožadovanou schopnost přístupu i do nepolárních oblastí. Slibnou vlastností v návrhu je i opakovaná použitelnost.

Jako slabina bylo vyhodnoceno riziko nesplnění požadavků NASA na neustálou komunikaci landeru, protože navržená rezerva při ztrátě více komunikačních cest je menší než předpokládaná úroveň v předpokládaném nejhorším případě. Harmonogram společnosti Blue Origin obsahuje další četné konflikty a opomenutí, které zvyšují riziko zmeškání termínů dodání v důsledku nesprávné dokumentace a zvyšuje riziko chybného pochopení požadavků u subdodavatelů. Nabízená cena byla vyhodnocena jako přiměřená a vyvážená, bez zálohových plateb a odpovídající navrženým milníkům.

Neúspěšný návrh společnosti Dynetics také nabízí přístup i do nepolárních oblastí Měsíce. Horizontální architektura landeru představuje bezpečnostní a provozní výhody pro umístění nákladu při nákladních misích. Technický přístup však vyvolává nejistotu, zda splňuje požadavek na čtyřčlennou posádku při třicetidenní polární misi, přičemž revize návrhu nebo nutnost jiného návrhu by mohly mít dopad na náklady a harmonogram. Přitom právě mise s pobytem čtyř astronautů na Měsíci po dobu 30 dní jsou hlavním krátkodobým cílem Artemis.

Kvůli nejednoznačnostem v návrhu Dynetics existuje také nejistota, zda lunární lander pro Artemis 5 bude splňovat všechny požadavky NASA, například ohledně připojení ke Gateway. Na rozdíl od landeru společnosti Blue Origin vyžaduje vývojový přístup společnosti Dynetics zrání osmi hlavních technologických prvků až během zkušebního letu v roce 2027, pouhých devět měsíců před pilotovanou misí, s velmi malou možností ovlivnit konstrukci pilotovaného landeru v případě potřeby nějakých změn.

Nabízená cena byla podstatně vyšší než u společnosti Blue Origin, ale jinak byla také vyhodnocena jako přiměřená a vyvážená, bez zálohových plateb a odpovídající navrženým milníkům. V rozhodnutí o výběru společnosti Blue Origin měly vliv i aktuálně dostupné a očekávané budoucí finanční prostředky NASA pro program lunárních landerů.

Poslední položkou bez kontraktu zůstává lunární terénní vozidlo LTV. Vozidlo má být schopno fungovat jako lunární rover ve stylu Apolla i jako robotická vědecká průzkumná platforma podobná roverům Curiosity a Perseverance na Marsu. Termín pro podání návrhů byl prodloužen o tři dny, do 13. července 2023. NASA předpokládá, že datum účinnosti smlouvy o poskytování služeb LTV bude 27. listopadu 2023.

Zdroje informací
https://rocket.com/
https://www.gao.gov/
https://spacepolicyonline.com/
https://spacepolicyonline.com/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://www.bechtel.com/

Zdroje obrázků:
https://rocket.com/…/20230517_AEPS_Image.png
https://pbs.twimg.com/media/FsjjnupXwAY6Uox?format=jpg
https://twitter.com/spaceexplore/status/1651517275206197250
https://www.nasa.gov…/nac_may_2023_moon_to_mars_final_5-12-23.pdf
https://www.nasa.gov/…/msfc_051623_4707_lvsa_iii_tps_finished_still_4.jpg
https://www.youtube.com/watch?v=UDXzTt4TX9o
https://images-assets.nasa.gov/…/MAF_20230525_EUSBarrelLift05~medium.jpg
https://images-assets.nasa.gov/…/KSC-20230526-PH-FMX01_0007~medium.jpg
https://i0.wp.com/spacenews.com/wp-content/uploads/2023/05/ml2-steel.jpg
https://pbs.twimg.com/media/FxkbP8bWAAgxqZ6?format=jpg