Czym wylądujemy na Księżycu?

Wszyscy bardzo spieszą się na Księżyc. Ogłoszenie przyspieszenia tej misji dało impuls dla sektora kosmicznego, że tematem tym warto się interesować, bo będą tam pieniądze. W serii filmów o programie Artemis starałem się streścić plany i dotychczasowe działania związane z tym wielkim programem, ale z dnia na dzień newsów przybywa.

https://twitter.com/NASA/status/1210274587839217665?s=20

Najnowsza klasa astronautów przeszkolonych pod kątem programu Artemis właśnie dołączyła do korpusu astronautów NASA. To oni będą realizować załogowe misje Księżycowe. Czy wśród tych kobiet jest tak jedna, która postawi na Srebrnym Globie pierwszy krok w 2024 r.? Tego nie wiemy, bo dotychczasowe astronautki i astronauci również będą szkoleni do Programu.

NASA konsekwentnie prze naprzód z tematem. Wszystko wskazuje na to, oh boy, oh boy, że sprawy są na dobrej drodze. Jim Bridenstine, to kawał upartego i uśmiechniętego typa, który jako administrator NASA zabrał się za pozostawione mu programy z kopyta. Zadziwia mnie jak doskonale porusza się w technikaliach, jak stanowczo gra z kontrahentami agencji i z jaką łatwością potrafi się komunikować w tych dobrych, ale przede wszystkich trudnych chwilach.

Jasne, NASA jako agencja z miliardowymi budżetami i projektami będącymi odbiciem także politycznych ambicji podlega wielu wpływom. Po ogłoszeniu programu Artemis można było popukać się w czoło. 5 lat na stworzenie, właściwie wszystkiego. Dzisiaj? Mrużymy podejrzliwie oczy i nie wiemy czy dalej się pukać, czy nie. Dzisiaj każdy element tej układanki jest przygotowany, żeby puzzle stały się obrazkiem:

  • Boeing zagoniony do pracy przy rakiecie SLS, która wyniesie Oriona w kosmos.
  • Statek Orion, którym astronauci dotrą na orbitę Księżyca zamówiony w dużych ilościach na kilka misji do przodu.
  • Stacja Gateway (w minimalnej ale wystarczającej formie) zaharmonogramowana i zamówiona.
  • Pierwsze lądowniki towarowe, do transportu ładunków na Księżyc zaplanowane i zamówione.

Wszystko to przyprawione szczodrą szczyptą krytyki. Tej zwyczajnie podłej ale także tej słusznej, konstruktywnej. Najbardziej pod ostrzałem jest Boeing. Development ich rakiety SLS trwał wiele lat, kosztował miliardy, opóźniony okropnie. Druga do bicia jest stacja Gateway. Czy nie lepiej latać na Księżyc bezpośrednio? Czy przesiadka na stacji do zadokowanego lądownika ma sens? Czy to nie jest proszenie się o koszty utrzymywania kolejnej stacji kosmicznej? Trzeci cel to kontrakt na załogowy statek Orion. Kontrakt nie reguluje ceny pojedynczego statku. NASA zapłaci… nie wiadomo ile.

No i co teraz?

Teraz Jim Bridenstine ogłosił, że NASA otrzymało finansowanie na ostatni element tych puzzli: lądownik księżycowy. Czy to oznacza, że w 2024 zobaczymy transmisję z powrotu ludzi na Księżyc? Cóż, nie tak zaawansowane projekty NASA potrafiło anulować. Jest to możliwe na właściwie każdym etapie. Jedno jest pewne, dzisiaj ta machina jest rozpędzona i jedzie po właściwych torach. Finansowanie lądownika oznacza, że w przeciągu najbliższych tygodni zapadnie decyzja o tym, z jakiego lądownika wysiądzie na Księżycu pierwsza astronautka.

W październiku 2019, na Kongresie Astronautycznym w Waszyngtonie swoje oferty złożyły dwa zespoły. Mizernie, zważywszy na fakt, że NASA ogłosiło, że planuje kupowanie usługi lądowania od czterech firm. Jeżeli myślicie, że ci oferenci złapali Boga za nogi i zjedzą we dwoje porcje dla czworga, to wstrzymajcie jeszcze konie. Przed nimi jeszcze mnóstwo okazji, żeby odpaść z powodów czysto technicznych.

Czego potrzebuje NASA?

NASA potrzebuje usług. Agencja chce być faktycznym właścicielem jak najmniejszej ilości infrastruktury tego programu. Z tego powodu lądowanie na Księżycu będzie kupowane jako usługa. Lądowniki mają być produkowane i dostarczane do stacji Gateway przez prywatne podmioty, a astronauci będą korzystać z nich jak z taksówek. Lądownik ma zawieźć ze stacji Gateway na powierzchnię do czterech astronautów. Te wymagania skomplikowały wszystko.

Gateway zostanie umieszczony na specyficznej orbicie wokół Księżyca: Near-Rectilinear Halo Orbit. W skrócie NRHO. Jest to dość duża orbita, z której jeszcze spory kawałek na Księżyc. To, dlaczego stacja trafi na taką orbitę jest dokładniej omówione w 2 odc. serii o programie Artemis (Powrót człowieka na Księżyc #2 Stacja Gateway). Zejście z orbity NRHO na niską orbitę i lądowanie wymaga dodatkowej ilości paliwa. Całej sprawie nie pomaga fakt, że lądownik ma przewozić cztery osoby, więc będzie pojazdem większym niż LEM programu Apollo. Jeden plus jeden, równa się… na rynku nie ma obecnie rakiety, która dostarczy tego potwora w okolicę Księżyca.

Koncept modułowego lądownika księżycowego zaproponowany przez NASA.

Uwzględniając wymagania i możliwości rynkowe NASA opracowała koncept lądownika składającego się z trzech elementów. Każdy element byłby dostarczany na osobnej, komercyjnej rakiecie do stacji Gateway i tam składany w całość w sposób automatyczny.

To tak można? A czy to nie jest ryzykowne? Tak, można. Tak, jest to ryzykowne… ale co zrobisz?

Oferta zgodna z tym modelem została przedstawiona przez Blue Origin. Właściciel firmy, Jeff Bezos ogłosił, że na potrzeby tego projektu jego firma utworzyła konsorcjum wraz z firmami Lockheed Martin, Northrop Grumman i Draper. W taki sposób Bezos zmiótł z rynku większość konkurencji robiąc z niej wspólników.

Wizualizacja lądownika księżycowego oferowanego przez konsorcjum Blue Origin powstała w oparciu o opublikowane materiały i sporą ilość domysłów 😉
  • Northrop Grumman będzie odpowiedzialny za budowę modułu transferowego. Urządzenia, które pozwoli zejść z orbity NRHO na niską orbitę wokół Księżyca.
  • Blue Origin zbuduje lądownik, który z niskiej orbity wyląduje na powierzchni.
  • Lockheed Martin bierze na siebie temat modułu załogowego, czyli elementu powrotnego, który z powierzchni Księżyca wróci aż do stacji Gateway.
  • Draper zajmie się awioniką i systemami naprowadzania.

Dość ważny wydaj się element, nazwijmy to, dziedzictwa tego zespołu. Draper i Northrop Grumman to firmy, które były odpowiedzialne za lądownik programu Apollo. Dodatkowo, każda z firm, oprócz Blue Origin jest już zaangażowana w program Artemis. Lockheed Martin dostarcza załogowy pojazd Orion. Northrop Grumman i Draper pracują przy powstającej stacji Gateway. Ale w temacie lądownika, to kuriozalnie Blue Origin jest najsilniejszą pozycją. Ich pojazd suborbitalny New Shepard, to na dzień dzisiejszy bardzo rzadki na rynku przykład funkcjonującego i sprawdzonego urządzenia lądującego napędem rakietowym.

Przypuszczalny schemat dostawy modułów lądownika konsorcjum Blue Origin.

W tej chwili możemy się jedynie domyślać jakimi rakietami zostaną zabrane z Ziemi moduły tego lądownika. Jednak tak się składa, że w portfolio każdej z firm budującej swój moduł znajdziemy jakiś system transportowy. Przypuszczalnie każdy postawi na swoją rakietę. Lockheed Martin w ramach spółki joint venture United Launch Alliance operuje rodziną rakiet Atlas V. Blue Origin ma nam w przeciągu roku zaprezentować rakietę New Glenn, a Northrop Grumman już testuje podzespoły rakiety OmegA.

Wizualizacja lądownika księżycowego proponowanego przez Boeinga

Kontrofertą do propozycji Blue Origin jest pomysł zaprezentowany przez Boeinga. Firma idzie na przekór wszystkiemu. Ich lądownik nie jest zgodny z modułowym konceptem NASA. Ich lądownik ma być dostarczony w jednym kawałku. Ich lądownik ma być dostarczony rakietą, której wg administratora NASA nie da się zbudować na czas.

Ich lądownik może być najlepszym wyborem, żeby umieścić człowieka na Księżycu w 2024 r.

Sytuacja Boeinga jest jak status związku na FB.

Obrywa im się za opóźnienia i koszty przy budowie rakiety SLS. Mają problemy z projektami spoza programu Artemis (nie w pełni udane testy kapsuły załogowej Starliner i wstrzymanie produkcji samolotów 737 MAX). A ostatnio zdymisjonowano dyrektora generalnego Boeinga.

Mimo to Boeing nie odpuszcza i proponuje lądownik w stylu misji Apollo: moduł lądowania i moduł powrotny, bez modułu transferowego. Wycieczkę z dużej orbity NRHO aż na powierzchnię Księżyca ogarnie modul lądowania. Kompletny pojazd byłby dostarczony bezpośrednio z Ziemi do stacji Gateway lub mógłby połączyć się tylko z załogowym statkiem Orion na orbicie wokół Księżyca. Możliwość pominięcia stacji podnosi bezpieczeństwo misji, bo w przypadku gdyby pojawiły się problemy z Gatewayem, to lądowanie w 2024 będzie nadal możliwe. Najważniejszym atutem boeingowego lądownika jest montaż na Ziemi i dostawa gotowego urządzenia. Wyklucza to sporo ryzykownych operacji montażowych w kosmosie. Dodatkowo Boeing zlecił firmie Intuitive Machines budowę silników dla swojego lądownika. Jakie ma to znaczenie? Intuitive Machines jest uczestnikiem programu Commercial Lunar Payload Services, w ramach którego dostarczy na Księżyc zestaw eksperymentów od NASA w 2021 roku. Partner, który działa już z NASA w tematacie towarowego transportu księżycowego zwiększa szanse Boeinga.

Schemat dostawy lądownika Boeinga.

Te argumenty przemawiają za wyborem koncepcji lądownika od Boeinga. Problemem jest natomiast dostawa tego pojazdu w okolicę Księżyca. Boeing twierdzi, że ich rakieta SLS w ulepszonym wariancie Block 1B wykona to zadanie. Rzecz w tym, że firma ma do 2024 roku zbudować trzy SLS pierwszego wariantu (Block 1) dla NASA i wszystkie znaki na niebie i ziemi wskazują, że czwarta rakieta (i to ulepszona) jest niewykonalna. Sytuację komplikują kalkulacje Biura Budżetowego USA, które ocenia, że SLS będzie potwornie kosztowna w zakupie. Stosowanie tańszych, nawet o wiele słabszych lub ograniczonych rozwiązań będzie lepsze dla podatnika.

Dzisiaj nie wiadomo ile będzie kosztował mocniejszy wariant SLS, który potrafiłby zawieźć kompletny lądownik na orbitę stacji Gateway. Boeing, jako rozwiązanie alternatywne jest skłonny podzielić lądownik na dwie części i przetransportować te elementy osobno. Ciężki moduł lądowania poleciałby na SLS Block 1, a moduł powrotny (załogowy) na jakiejś komercyjnej rakiecie. SLS Block 1 będzie kosztował co najmniej 2 miliardy (sic!) dolarów za start. Do tego dochodzi koszt lądownika i koszt komercyjnej rakiety. To jest budżet, w którym konsorcjum Blue Origin dostarczy najprawdopodobniej 3 lub więcej swoich, trzyelementowych lądowników.

Wizualizacja statku Starship od SpaceX.

Media i uczestnicy Kongresu Astronautycznego spodziewali się, że podczas wydarzenia jeszcze jedna firma zaoferuje swoje rozwiązanie. Chodzi o SpaceX i ich statek Starship. Nic takiego jednak się nie wydarzyło. W zamian za to prezes SpaceX Gwynne Shotwell ogłosiła, że SpaceX zaangażuje się w program transportu towarowego na Księżyc (wspomniany już CLPS).

Załogowy Starship ma mieć zdolność transportu załogi i towaru bezpośrednio z Ziemi na powierzchnię Księżyca. Ale maszyna o takich możliwościach kwestionuje zasadność wysiłków i wielkich budżetów realizowanych przez agencję rządową. Być może SpaceX zaczeka z załogowym Starshipem, aż NASA umieści człowieka na Księżycu tak, jak zakłada program Artemis. Tak jak przewiduje plan rządowy. Ostatnim czego Elon Musk potrzebuje to popsuć relacje ze swoim największym klientem.