Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 11 (vyšlo 13. března, ročník 18 (2020)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Program Artemis – návrat člověka na Měsíc

Vilém Boušek

Je tomu již přes půl století, kdy poprvé vstoupila noha člověka na povrch našeho vesmírného souseda – MěsíceMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl).. Vesmírné závody o dobytí Měsíce mezi Spojenými státy a Sovětským svazem skončily fenomenálním úspěchem amerického programu ApolloApollo – americký program pilotovaných vesmírných letů probíhající v letech 1961 až 1972 a současně název kosmické lodi, která dopravila člověka na Měsíc. Vyvrcholením bylo přistání člověka na Měsíci (Apollo 11, Neil Armstrong, 20. 7. 1969). K cestě na Měsíc byla používána dosud největší nosná raketa Saturn V. Astronauté posledních misí využívali k pohybu po povrchu Měsíce speciální motorové vozítko.. Dlouhá desetiletí se poté zdálo, že návrat člověka na Měsíc už není cílem velmocí. To vše by měl změnit americký program ArtemisArtemis – americký program návratu člověka na Měsíc. Na programu se dominantně podílí americká NASA, v menší míře i další vesmírné agentury: evropská ESA, japonská JAXA a kanadská CSA. První fáze, která bude stát 35 miliard amerických dolarů, by měla být završena přistáním člověka v oblasti jižního pólu Měsíce v roce 2024. Přistávání bude probíhat z vesmírné stanice Gateway na oběžné dráze kolem Měsíce. Program je pojmenován podle Artemis, řecké bohyně Měsíce, která byla sestrou boha hudby Apolla. Jako nosná raketa poslouží nově vyvíjená SLS. Vlastní obytná loď programu Artemis se bude jmenovat Orion.. Jeho název připomíná řeckou bohyni Měsíce, která byla dvojčetem boha hudby Apolla. Název se proto současně týká jak Měsíce, tak předchozího úspěšného programu Apollo. Podle smělých plánů by měl člověk opět vstoupit na Měsíc v roce 2024, a to v oblasti jižního pólu, který je mimořádně zajímavý z fyzikálního i geologického hlediska. Americká NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. se o to pokusí ve spolupráci s dalšími vesmírnými agenturami: evropskou ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008., japonskou JAXAJAXA – Japan Aerospace eXploration Agency, japonská kosmická agentura, která vznikla v roce 2003 sloučením tří institucí: ISAS (Institute of Space and Astronautical Science), NAL (the National Aerospace Laboratory of Japan)a NASDA (National Space Development Agency of Japan). Ke svým letům agentura využívá kosmodrom USC (Uchinoura Space Center). V současnosti používá JAXA nosnou raketu H-IIA. JAXA využívá Tanegašimské kosmické středisko (na ostrově Tanegašima, 115 km jižně od ostrova Kjúšú). a kanadskou CSACSA – Canadian Space Agency, Kanadská kosmická agentura existující od roku 1989. Agentura provozuje několik družic pro pozorování Země (RADARSAT, SCISAT), komunikační družice (MSAT, ANIKA) a vědecké družice (například CASSOPE a MOST).. Pro přistávání člověka na Měsíci se vybuduje na oběžné dráze kolem Měsíce vesmírná stanice Gateway. V dnešním bulletinu se zaměříme na detaily těchto smělých plánů.

Logo mise Artemis

Logo programu Artemis. Zdroj: NASA.

Saturn V – největší nosná raketa dosud vyrobená člověkem. Raketa Saturn V byla použita v programu Apollo a bezpečně dopravila člověka na Měsíc. Později vynesla upravená verze kosmickou stanici Skylab na oběžnou dráhu Země. Jedná se o třístupňovou raketu. První stupeň (5 motorů F-1 společnosti Rocketdyne) využíval jako palivo kerosin a kapalný kyslík, hořel 150 sekund a celkový tah měl 34 MN. Druhý stupeň (5 motorů J2) měl jako palivo kapalný vodík a kyslík, hořel 360 sekund a tah měl 5 MN. Třetí stupeň měl jediný motor J2 s tahem 1 MN a zapaloval se dvakrát, poprvé na 165 sekund a podruhé na 335 sekund. Celková výška rakety byla 111 metrů, průměr měla 10 metrů, hmotnost 3 000 tun. Při 13 startech rakety nedošlo nikdy k žádné havárii. Poslední start proběhl v roce 1973.

SLS – Space Launch System. Raketa vesmírné agentury NASA, která by měla do kosmického prostoru vynášet materiál i kosmonauty. První verze by měla mít nosnost 70 tun, později 105 tun a nakonec 130 tun. Počítá se s ní při dopravě astronautů k Měsíci. První verze by měla být vyzkoušena již v roce 2020.

NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.

Apollo – americký program pilotovaných vesmírných letů probíhající v letech 1961 až 1972 a současně název kosmické lodi, která dopravila člověka na Měsíc. Vyvrcholením bylo přistání člověka na Měsíci (Apollo 11, Neil Armstrong, 20. 7. 1969). K cestě na Měsíc byla používána dosud největší nosná raketa Saturn V. Astronauté posledních misí využívali k pohybu po povrchu Měsíce speciální motorové vozítko.

Artemis – americký program návratu člověka na Měsíc. Na programu se dominantně podílí americká NASA, v menší míře i další vesmírné agentury: evropská ESA, japonská JAXA a kanadská CSA. První fáze, která bude stát 35 miliard amerických dolarů, by měla být završena přistáním člověka v oblasti jižního pólu Měsíce v roce 2024. Přistávání bude probíhat z vesmírné stanice Gateway na oběžné dráze kolem Měsíce. Program je pojmenován podle Artemis, řecké bohyně Měsíce, která byla sestrou boha hudby Apolla. Jako nosná raketa poslouží nově vyvíjená SLS. Vlastní obytná loď programu Artemis se bude jmenovat Orion.

„Supertěžké nosiče“ včera a dnes

Od vyřazení raket Saturn VSaturn V – největší nosná raketa dosud vyrobená člověkem. Raketa Saturn V byla použita v programu Apollo a bezpečně dopravila člověka na Měsíc. Později vynesla upravená verze kosmickou stanici Skylab na oběžnou dráhu Země. Jedná se o třístupňovou raketu. První stupeň (5 motorů F-1 společnosti Rocketdyne) využíval jako palivo kerosin a kapalný kyslík, hořel 150 sekund a celkový tah měl 34 MN. Druhý stupeň (5 motorů J2) měl jako palivo kapalný vodík a kyslík, hořel 360 sekund a tah měl 5 MN. Třetí stupeň měl jediný motor J2 s tahem 1 MN a zapaloval se dvakrát, poprvé na 165 sekund a podruhé na 335 sekund. Celková výška rakety byla 111 metrů, průměr měla 10 metrů, hmotnost 3 000 tun. Při 13 startech rakety nedošlo nikdy k žádné havárii. Poslední start proběhl v roce 1973., k němuž došlo v sedmdesátých letech 20. století, chybí na této planetě nosič „supertěžké kategorie“. Do této skupiny se řadí rakety s nosností přes 50 tun na nízkou oběžnou dráhuLEO – Low Earth Orbit, nízká oběžná dráha, na které krouží družice kolem Země ve výšce od cca 200 km do 2 000 km. Oběžná doba je od 84 do 127 minut. V této výšce již není takový odpor vzduchu, aby způsobil rychlý pokles výšky.. Kromě již zmíněných Saturnů V to byla sovětská raketa N-1, která měla dopravit sovětské kosmonauty na povrch MěsíceMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl)., a raketa Eněrgija, jež měla sloužit jako nosič pro sovětský raketoplán Buran. Při svém prvním letu měla vynést na oběžnou dráhu prototyp zbraňové platformy Polyus – let se uskutečnil 15. května 1987 a byl neúspěšný. Při druhém a posledním letu byl úspěšně vynesen na orbitu nepilotovaný sovětský raketoplán Buran – stalo se tak 15. listopadu 1988. Po té byl projekt raketoplánu Buran i rakety Eněrgija ukončen. Raketa Falcon Heavy do této kategorie spadá pouze v případě, že poletí v konfiguraci, v níž dojde k obětování prvního stupně i obou boosterů.

Sovětská raketa Eněrgija

Sovětská raketa Eněrgija se zbraňovou platformou Polyus připravená ke startu
 na kosmodromu Bajkonur. Zdroj: Neznámý.

Pokud chceme poslat člověka dále než na nízkou oběžnou dráhu, například k MěsíciMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl)., či do ještě větší vzdálenosti, je třeba mít silný nosič. NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. si tuto potřebu uvědomovala a již v osmdesátých letech vzniklo několik koncepcí založených na designu tehdy zbrusu nových raketoplánů. Jednou z nich byla například koncepce Shuttle-C. Mělo jít o jednorázově použitelnou, nepilotovanou nákladní verzi raketoplánu. První koncepce rakety podobající se současné SLS se objevila již v roce 1991 během programu NLS (National Launch System). Projekt se nedostal z koncepční fáze, neboť byl administrativou prezidenta Billa Clintona v roce 1993 zrušen. V roce 2004 prezident George W. Bush vyhlásil program „Constellation“, který měl za cíl znovu dopravit člověka na měsíční povrch do konce dvacátých let. V rámci tohoto programu mělo dojít ke konstrukci nové třídy raket Ares – v první fázi k vývoji raket Ares I a Ares V.

Koncepce Shuttle-C, nákladní verze raketoplánuVizualizace rakety NLS ze zrušenéhoo programu National
Launch System

Nalevo: Koncepce Shuttle-C, nákladní verze raketoplánu. Napravo: Vizualizace
rakety NLS ze zrušeného programu National Launch System.

Ares I

Ares I byla dvoustupňová raketa, která měla vynášet modul Orion s lidskou posádkou na nízkou oběžnou dráhu. První stupeň tvořil pětisegmentový raketový motor na pevné palivo (Solid Rocket Boosters, SRBs) s tahem 15 000 kN. Druhý stupeň tvořil motor J-2X, který používal k pohonu směs tekutého vodíku (LH2) a tekutého kyslíku (Liquid Oxygen, LOX). Ares I měl mít cílovou nosnost na nízkou oběžnou dráhu okolo 25 tun a primárním úkolem bylo vynášet loď Orion k Mezinárodní kosmické staniciISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. ISS je neustále ve stavbě a potýká se s finančními problémy na ruské i americké straně. V roce 2008 byl k ISS připojen Evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán. a na oběžnou dráhu. Raketa Ares I, respektive její prototyp Ares I-X, letěla pouze jednou, a to 28. října 2009. Let byl částečně úspěšný, během odpojování prvního stupně došlo k anomálii, při které první stupeň narazil do stupně druhého.

Ares V

Zatímco raketa Ares I byla určena k vynášení astronautů, Ares V měla být tažným koněm celého programu „Constellation“, neboť byla určena k vynášení až 160 tun nákladu na nízkou oběžnou dráhuLEO – Low Earth Orbit, nízká oběžná dráha, na které krouží družice kolem Země ve výšce od cca 200 km do 2 000 km. Oběžná doba je od 84 do 127 minut. V této výšce již není takový odpor vzduchu, aby způsobil rychlý pokles výšky.. Jednalo se opět o dvoustupňovou raketu, první stupeň měl využívat prodlouženou verzi externí palivové nádrže používané raketoplány, která by obsahovala palivo a okysličovadlo pro pět (nebo šest, nebylo definitivně rozhodnuto) motorů RS-68B, každý s tahem 3 300 kN. K nádrži měly být připojené dva pětisegmentové boostery SRB, každý s tahem 15 000 kN. Druhý stupeň měl být poháněn jedním nebo dvěma motory J-2X. Raketa Ares V nikdy neopustila projekční fázi. Celý program Constellation ukončila v roce 2010 administrativa prezidenta Baracka Obamy. Důvodem bylo značné překročení plánovaného rozpočtu. Součástí programu byl také vývoj kabiny Orion a servisního modulu vyvíjeného Evropskou kosmickou agenturouESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008., ale o nich později.

Vnitřek motoru Solid Rocket Booster

Vnitřek motoru Solid Rocket Booster. Zdroj: NASA.

Nádrže na tekutý vodík a tekutý kyslík používané raketoplány

Nádrže na tekutý vodík a tekutý kyslík používané raketoplány. Zdroj: NASA.

Rakety Ares I a Ares V, ze zrušeného programu Constellation (2004–2010)

Rakety Ares I a Ares V, ze zrušeného programu Constellation (2004–2010).
Zdroj: NASA.

Raketa SLS (Space Launch System)

Raketa SLSSLS – Space Launch System. Raketa vesmírné agentury NASA, která by měla do kosmického prostoru vynášet materiál i kosmonauty. První verze by měla mít nosnost 70 tun, později 105 tun a nakonec 130 tun. Počítá se s ní při dopravě astronautů k Měsíci. První verze by měla být vyzkoušena již v roce 2020. je vyvíjena od roku 2011. Jde o „levnější“ alternativu ke třídě raket Ares. První stupeň SLS tvoří prodloužená verze externí palivové nádrže raketoplánů (program Space Shuttle). Nádrž je prodloužena ze 47 na 62 metrů, obsahuje palivo a okysličovadlo – tekutý vodík a tekutý kyslík – pro 4 motory RS-25D. Stejný typ motorů poháněl raketoplány. Pro první lety budou použity motory vyvinuté a používané v rámci letů raketoplánů. Od pozdějších letů se počítá s výrobou výkonnější verze označované jako RS-25E. K nádrži budou připevněné dva pětisegmentové pomocné raketové motory na pevné palivo (podobné, jako u raketoplánů, ale s tím rozdílem, že raketoplány používaly dvě čtyřsegmentové verze). Druhý stupeň rakety SLS Block 1 je tvořen druhým stupněm raket Delta IV poháněným jedním motorem RL-10B-2. Pro verzi SLS Block 1B se počítá s vývojem nového druhého stupně označovaného jako EUS (Exploration Upper Stage). Měl by být poháněný čtyřmi motory RL10C-3. Pro zajímavost: třetí stupeň raket Saturn I pohánělo šest motorů RL10A-3.

S verzí SLS Block 1 se počítá pro mise Artemis 1 až Artemis 3. Artemis 1 má za cíl bez posádky obletět Měsíc, mise Artemis 3 má v roce 2024 přistát na jižním pólu Měsíce. S Verzí SLS Block 1B se počítá od mise Artemis 4. Jisté pochybnosti způsobuje cena za SLS, neboť roční náklady na provoz se odhadují na dvě miliardy dolarů, přičemž samotná raketa má stát okolo 800 miliónů dolarů.

motor RL10A-3 RL10B-2 RL10C-1 RL10C-1-1 RL10C-3
nosná raketa Saturn V Delta IV Atlas V Vulcan SLS-EUS
tah (kN) 66 110 102 106 108
hmotnost (kg) 131 301 190 188 230
palivo LH2 LH2 LH2 LH2 LH2
okysličovadlo LOX LOX LOX LOX LOX
palivo:okysličovadlo 5.0:1 5.9:1 5.5:1 5.5:1 5.7:1
výt. rychlost (km/s) 4.350 4.565 4.410 4.452 4.513
délka (m) 2.49 4.15 2.12 2.46 3.15
průměr trysky (m) 1.53 2.15 1.45 1.57 1.85

Tabulka parametrů motorů RL10

Porovnání raket SLS s raketou Saturn V

Porovnání raket SLS s raketou Saturn V. Verze se záchrannou věžičkou (nalevo) je verze pro posádku (pod věžičkou je kuželovitá kabina posádky s katapultovacím zařízením a pod ní vlastní loď Orion). Verze bez věžičky (napravo) je určená pouze pro dopravu nákladu (Cargo). Zdroj: NASA.

Loď Orion

Celý název lodi je Orion MPCV (Orion Multi-Purpose Crew Vehicle). Tato vesmírná loď se skládá z modulu pro posádku CM (Crew Module) a z evropského servisního modulu ESM  zajišťujícího pohon a manévrování lodi (European Service Module). Vesmírná loď Orion pochází z programu Constellation a je ve vývoji od roku 2006. Její první let proběhl dne 5. prosince 2014, kdy byla vynesena pomocí rakety Delta IV Heavy na oběžnou dráhu. Testovací let trval několik hodin a modul pro posádku (kapsle) se úspěšně vrátil na Zem.

Vesmírná loď Orion je navržena až pro šest astronautů, jejichž mise mohou trvat po dobu až tří týdnů. K pohonu Orionu slouží evropský servisní modul ESM obsahující řadu manévrovacích trysek a hlavní motor AJ10. Během misí Artemis 1 až 3 bude použit typ AJ10-190, jenž používá jako palivo monometylhydrazin a jako okysličovadlo oxid dusíku NO2. Tento typ motoru byl používán raketoplány při manévrování na oběžné dráze, předešlá generace tohoto motoru: AJ10-137 poháněla servisní modul v rámci programu Apollo. Výhodou hydrazinového paliva je jeho vysoká stabilita a fakt, že snese i prudké změny teploty po dlouhou dobu. Nevýhodou jeho vysoká toxicita a karcinogenita, proto se převážně používá k pohonu vyšších stupňů raket nebo vesmírných sond.

V rámci programu Artemis se počítá při misi Artemis 1 s nepilotovaným testem lodě Orion v roce 2021, následně o rok později by mělo během pilotované mise Artemis 2 dojít k obletu Měsíce – tato mise by měla trvat 21 dní – a následná mise Artemis 3 by již měla přistát na měsíčním povrchu. Při všech letech bude loď Orion vynesena na oběžnou dráhu raketou SLS, jmenovitě pro mise Artemis 1 až 3 raketou SLS Block 1, od mise Artemis 4 se počítá s využitím výkonnější verze SLS Block 1B.

Kabina (modul pro posádku, kapsle) lodi Orion pro misi Artemis 1

Kabina (modul pro posádku, kapsle) lodi Orion pro misi Artemis 1. Zdroj: NASA.

Interiér kabiny (kapsle) lodi Orion

Interiér kabiny (kapsle) lodi Orion. Zdroj: NASA.

Srovnání misí Apollo a Artemis

Hlavním rozdílem bude místo přistání. Mise Apollo mohly přistávat pouze do třicáté rovnoběžky (severně i jižně) od měsíčního rovníku. Bylo to dáno jejich letovou trajektorií. Přistát v okolí měsíčního rovníku je navigačně a technicky nejsnazší – ze všech možných přistávacích míst je potřebná změna rychlosti mezi oběžnou dráhou a povrchem nejmenší. Pokud je vaším cílem „jen“ přistát na Měsíci, je toto ideální volba. Pokud chcete na Měsíci zůstat delší dobu, je vhodnější zvolit místo, které vám umožní získat komodity, například vodu, které by jinak musely být dovezeny ze Země. Voda se ve formě ledu nachází v kráterech v okolí měsíčních pólů, větší koncentrace se předpokládá na jižním pólu, který je také cílem programu Artemis. K čemu je vlastně potřeba voda? Tak kromě obvyklých lidských potřeb, kterými je dostatečná hydratace nebo kyslík pro dýchání, lze vodu přeměnit na raketové palivo. Mít jeho zásobárnu 400 tisíc kilometrů od Země není k zahození, ušetří to značnou část nákladů pro budoucí mise k MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila. či k planetkámPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu.. Program Artemis také počítá s výstavbou vesmírné stanice Gateway na polární dráze kolem Měsíce.

Lunární orbitální stanice Gateway

Výběr vhodné oběžné dráhy pro lunární orbitální stanici probíhal na základě čtyř kritérií uvedených v následujícím ráměčku. Stanice Gateway bude nakonec obíhat na polární dráze okolo Měsíce, perilunaPericentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejblíže. Pro Slunce se používá výraz perihélium, pro Zemi perigeum, pro Měsíc periluna, pro Jupiter perijovum, pro Saturn perikronum, pro Mars periareion a pro hvězdu periastrum. má být ve výšce přibližně 3 000 km nad severním pólem Měsíce a apolunaApocentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejdále. Pro Slunce se používá výraz afélium, pro Zemi apogeum, pro Měsíc apoluna, pro Jupiter apojovum, pro Saturn apokronum, pro Mars apoareion a pro hvězdu apoastrum. ve výšce 70 000 km nad jižním pólem Měsíce (v anglosaské terminologii je tento typ oběžných drah označována jako NRO – Near-Rectilinear Orbit). Perioda oběhu by měla být 7 dní a stanice nebude, na rozdíl od Mezinárodní kosmické staniceISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. ISS je neustále ve stavbě a potýká se s finančními problémy na ruské i americké straně. V roce 2008 byl k ISS připojen Evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán., obydlená po celý rok. V první fázi se počítá se čtyřmi moduly lunární orbitální stanice Gateway.

Kritéria pro výběr dráhy stanice Gateway
  1. Dostupnost orbity pro loď Orion (zdali bude loď Orion vynesená raketou SLS Block 1 schopna dosáhnout dané orbity).
  2. Obtížnost dosažení nízké polární měsíční orbity (Polar Low Lunar Orbit), jak z hledika celkové potřebné změny rychlosti, tak i doby.
  3. Náročnost na udržení dané oběžné dráhy.
  4. Schopnost přímé komunikace se Zemí (pokud se stanice nachází na odvrácené straně Měsíce, přímá komunikace se Zemí není možná).
  5. Účinnost pasivní i aktivní tepelné kontroly stanice.
Zvažované oběžné dráhy měsíční stanice Gateway

Zvažované oběžné dráhy měsíční stanice Gateway: DRO (Distant Retrograde Orbit), PCO (Prograde Circular Orbit), NRO (Near Rectilinear Orbit), L2H (L2 Halo), ELO (Elliptical Lunar Orbit), FLO (Frozen Lunar Orbit). Hodnoty v tabulce vyjadřují potřebnou změnu rychlosti a dobu manévrování při přechodu z dané dráhy na nízkou polární orbitu, z níž je možné přistát v polární oblasti. Zdroj: NASA.

Moduly lunární stanice Gateway (první fáze)
  1. PPE (Power and Propulsion Element) – modul bude mít na starosti výrobu elektrické energie pomocí solárních panelů a pohon a orientaci stanice. Pohyb budou obstarávat 4 iontové motory využívající xenon a manévrovací trysky. Modul je vyvíjen společností Maxar Technologies. Start je plánován na poslední čtvrtletí roku 2022.
  2. HALO (Habitation and Logistics Outpost) – modul založený na designu zásobovací lodi Cygnus od společnosti Northrop Grumman. Bude sloužit jako obytný prostor pro osádku. Start je plánován na rok 2023.
  3. ESPRIT (European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications) – modul bude mít na starosti doplňování paliva pro iontové motory a trysky. Výrobu a vývoj zajišťují společnosti Airbus a OHB. Modul by měl být vynesen do vesmíru v roce 2025.
  4. iHAB (International Habitation Module) – modul vyvíjený a stavěný v součinnosti Evropské vesmírné agentury ESA a Japonské vesmírné agentury JAXA. Spolu s modulem HALO, budou poskytovat přibližně 125 metrů krychlových obyvatelného prostoru pro posádku. Vypuštění modulu se očekává v roce 2026.

Přistání na Měsíci bude probíhat následovně: loď Orion se připojí ke stanicí Gateway. Ke stanici bude také připojen přistávací modul, který bude vynesen pomocí komerčních raket. Část osádky Orionu přestoupí do přistávacího modulu, který se oddělí od stanice ve chvíli, kdy stanice bude nejblíže měsíčnímu povrchu a provede zážeh motoru, který jej zpomalí. Až se bude modul přibližovat k jižnímu pólu, dojde ke druhému zážehu a následnému přistávacímu manévru zakončenému samotným přistáním. Celý proces od opuštění stanice po přistání by neměl trvat déle než den. Okno pro start z Měsíce se bude otevírat každých sedm dní, znovuspojení se stanicí se bude odehrávat opět během největšího přiblížení stanice k povrchu.

Plán uspořádání lunární orbitální stanice Gateway

Časový plán první fáze programu Artemis. Zdroj: NASA.

Časový plán první fáze programu Artemis

Plán uspořádání lunární orbitální stanice Gateway. Zdroj: NASA.

Program Artemis nebude čistě americkou záležitostí, Evropská vesmírná agentura ESA vyvíjí servisní moduly pro lodě Orion a společně s Japonskou vesmírnou agenturou JAXA vyvíjejí modul iHAB. Stejně jako v případě Mezinárodní kosmické stanice se počítá s „robotickou rukou“, která umožní snazší připojení lodí ke stanici. Robotickou ruku dodá Kanadská vesmírná agentura CSA. Zásobování stanice by měli zajišťovat, jak státní (JAXA, Roscosmoss, ESA) tak i soukromé subjekty (Blue Origin, ULA, SpaceX,…). Na podzim roku 2019 projevilo zájem o širší zapojení do programu Artemis Japonsko. Japonsko konkrétně nabízí nové generace dopravních lodí, které budou pomáhat dopravovat zásoby k Měsíci a také vývoj a stavbu lunárního roveru. To vše výměnou za přistání japonského astronauta, či astronautů na měsíčním povrchu.

V rámci programu Artemis, před samotným přistáním člověka, dojde na jižním pólu Měsíce k přistání několika automatů se zásobami, rovery, či jinými vědeckými přístroji. V současné době usiluje 14 společností o vítězství svého přistávacího modulu v tomto podpůrném programu, který dostal název Commercial Lunar Payload Services. Na konci roku 2022 by měl na jižním pólu Měsíce přistát rover VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), který bude mít za úkol zkoumat výskyt a dostupnost ledu v místě přistání misí Artemis. K samotnému programu Commercial Lunar Payload Services se vrátíme v některém z příštích bulletinů.

Vývoj roveru Viper

Vývoj roveru Viper. Snímek je ze 14. ledna 2020. Zdroj: NASA.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage