Misja Artemis 1. Małe wyzwanie dla manekina, ale wielkie dla ludzkości

Misja Artemis 1 ma historyczne znaczenie. To ostateczny test zestawu składającego się z rakiety SLS i statku kosmicznego Orion. W przypadku pierwszych misji Artemis ich metą będzie Księżyc, ale docelowo ten właśnie zestaw ma zabrać ludzi na Marsa. Co konkretnie wydarzy się 29 sierpnia 2022 roku i dlaczego ta data jest tak ważna?

Wieżyczka LAS. Taką nazwę nosi moduł, który ujrzymy na samym szczycie zestawu tworzonego przez rakietę nośną SLS i statek kosmiczny Orion. LAS, czyli Launch Abort System, to ostatnia nadzieja załogi statku kosmicznego na wypadek, gdyby podczas startu zaczęło dziać się coś złego.

Jej zadaniem jest oderwanie modułu załogowego od gigantycznego zbiornika paliwa, jakim jest gotowa do startu rakieta nośna, odrzucenie go o ponad dwa kilometry i umożliwienie lądowania na spadochronie. Niezbyt miękkiego, ale dającego załodze duże szanse na przeżycie.

29 sierpnia 2022 LAS nie będzie potrzebny. Pierwsza z misji programu Artemis odbędzie się bowiem bez obecności załogi, choć kabina statku kosmicznego nie będzie pusta. W fotelach zasiądą Campos, Helga i Zohar, czyli manekiny, które posłużą do weryfikacji działania systemu podtrzymywania życia. Towarzystwa dotrzymają im maskotki symbolizujące NASA i ESA.

Misja Artemis 1 to ostateczny test całego zestawu, a nie – jak dotychczas – poszczególnych elementów. Ma potwierdzić, że w następnym locie, czyli misji Artemis 2, obecni na pokładzie ludzie, których zadaniem będzie okrążenie Księżyca bez lądowania, będą bezpieczni. Poczucie bezpieczeństwa jest ważne, bowiem podczas startu załoga siedzi – dosłownie – na gigantycznym zbiorniku ciekłego wodoru i tlenu.

Złożona z manekinów załoga rozpocznie swoją misję pomiędzy 14:33 a 16:33 polskiego czasu – to właśnie wówczas występuje dogodne okienko startowe.

Biały gigant, na którego czubku znajduje się niewielki statek kosmiczny Orion, to rakieta nośna SLS (Space Launch System). Opracowywana od 2011 roku przez NASA jest największą rakietą nośną, jaką do tej pory zbudowała ludzkość. Ma ponad 8 metrów średnicy i – w zależności od wariantu – od 98 do 111 metrów długości, wraz ze znajdującym się na jej szczycie Orionem.

Główny moduł rakiety – Core Stage – to gigantyczny, 65-metrowy cylinder, wypełniony ciekłym wodorem i ciekłym tlenem. Napędzają go cztery silniki RS-25D – zmodyfikowana wersja napędu stosowanego przed laty w misjach wahadłowców.

Po bokach głównego członu znajdują się jednorazowe, pomocnicze rakiety Solid Rocket Boosters, zasilane paliwem stałym. To właśnie one w początkowej fazie lotu dostarczą większą część ciągu niezbędnego do startu i uniesienia rakiety wraz ze statkiem kosmicznym.

Po starcie, zanim zostaną odrzucone, Solid Rocket Boosters będą pracować tylko przez dwie minuty. To wystarczy, aby przebić się przez stawiające największy opór gęste, dolne warstwy ziemskiej atmosfery.

Core Stage będzie pracować ponad 6 minut dłużej, do czasu osiągnięcia orbity 157 km nad powierzchnią Ziemi. Na tym etapie nastąpi rozłączenie wielkiego modułu, będącego już tylko pustą, pozbawioną paliwa wydmuszką, od kluczowego elementu – statku kosmicznego Orion i zapewniającego mu napęd modułu ICPS.

Zadaniem ICPS jest odpowiednie ustawienie statku kosmicznego na orbicie i "wypchnięcie" go z niej w stronę Księżyca – manewr ten nosi nazwę TLI (trans-Lunar Injection). Od tego momentu Orion leci dalej prawie sam. Prawie, bo oprócz statku kosmicznego misja Artemis wynosi także w kosmos dziesięć mikrosatelitów CubeSat.

Orion składa się z trzech części. Górną stanowi wieżyczka LAS, czyli polisa bezpieczeństwa astronautów na wypadek problemów przy starcie, a zarazem osłona aerodynamiczna przydatna podczas przebijania się przez gęstą atmosferę.

Środkowa część Oriona to moduł załogowy, nazywany także modułem dowodzenia. To hermetyczna przestrzeń z kabiną załogi. Teoretycznie dałoby się tam upchnąć nawet sześć osób, ale w czasie pierwszych misji załogę stanowić będą trzy. Podczas misji Artemis 1 zastąpią je specjalne manekiny.

Dolny element Oriona to Europejski Moduł Serwisowy, czyli – w praktyce – napęd, złożony z głównego silnika OMS-E, 32 silników pomocniczych i rozkładanych paneli słonecznych. Zadaniem tego zestawu jest umożliwienie Orionowi manewrowania i zmiany położenia na orbicie.

Po opuszczeniu orbity Ziemi, Orion wyruszy w 42-dniowy lot, z czego trzy tygodnie spędzi na orbicie Księżyca. Choć będą tam prowadzone różne testy i badania, w zasadzie cała dotychczasowa misja będzie służyć najważniejszemu celowi: sprawdzeniu, czy 10 października, gdy statek wejdzie w ziemską atmosferę, prawidłowo zadziała jego osłona termiczna.

To sprawdzian, którego nie da się wykonać bez lotu na Księżyc – nie można go w pełni zasymulować, sprowadzając na Ziemię obiekt z ziemskiej orbity.

Na tym etapie Orion i jego osłona muszą dowieść, że są w stanie zapewnić bezpieczeństwo powracającym na Ziemię ludziom, którzy przetrwają przebijanie się przez atmosferę. Na skutek sprężania powietrza przez powracający statek (a także – w małej części – w wyniku tarcia) powierzchnia jego osłony rozgrzewa się do tysięcy stopni Celsjusza, po czym musi prawidłowo zadziałać spadochron, dzięki któremu Orion bezpiecznie wyląduje w oceanie.

Program Apollo przyniósł światu wiele innowacji: liofilizowaną żywność, bezprzewodowe wiertarki czy wydajne filtry do wody. Z punktu widzenia samego badania Kosmosu nie zapewnił jednak istotnego postępu. Niemal wszystko, co astronauci robili na powierzchni Księżyca, mogłyby zrobić maszyny (może poza rozegraniem partyjki golfa zamiast Alana Sheparda). Załogowe misje miały znaczenie przede wszystkim prestiżowe jako element rywalizacji globalnych mocarstw.

Program Artemis jest jednak inny – ma bardzo konkretne, praktyczne znaczenie. Przygotowuje technologiczne zaplecze pod budowę stałej, księżycowej bazy i nowej stacji kosmicznej Gateway. Ta druga będzie swoistym, kosmicznym terminalem przesiadkowym, stanowiącym zaplecze dalszych, załogowych misji, w tym planowanej misji na Marsa.

Księżycowa baza jest natomiast wstępem do rozwoju kosmicznego górnictwa i eksploatacji pozaziemskich zasobów. Wśród nich warte wspomnienia jest m.in. niezwykle wydajne źródło energii, o którym w swoim artykule pisał Michał Prokopowicz, czyli hel-3. To izotop, którego księżycowe zasoby mogłyby zaspokoić energetyczne potrzeby Ziemian przez następne 10 tysięcy lat.

W epoce, gdy swoich kosmicznych ambicji nie kryją Chiny czy Indie, kosmiczny wyścig stał w się w gruncie rzeczy rywalizacją o dostęp do nowego źródła cennych zasobów.

Dlatego już teraz możemy być pewni, że – w przeciwieństwie do programu Apollo – program Artemis nie zakończy się wbiciem flagi w regolit, rozmieszczeniem paru zwierciadeł (dzięki nim badamy dzisiaj zmarszczki czasoprzestrzeni) i wygłoszeniem kilku budujących zdań o skoku wykonywanym przez całą ludzkość. To pierwszy etap kosmicznej ekspansji naszego gatunku, z pozaziemską bazą i perspektywą lotu na inną planetę. Jej początek zobaczymy na własne oczy 29 sierpnia.