Nowy wyścig na Księżyc - srebrna gorączka
Informacje z Księżyca jakoś się w ostatnim czasie skumulowały. Po chińskim sukcesie obserwowaliśmy, jak rozbiła się o jego powierzchnię izraelska sonda Beresheet - ale ma być wysłana kolejna. Indie zapowiedziały, że ich lądownik Chandrayaan-2 dotrze na Srebrny Glob jeszcze w tym roku. O podobnym terminie myślą Japończycy, szykujący "księżycowy lądownik i łazika" i planujący ok. roku 2030 wysłać na Księżyc swoich ludzi. Europejska Agencja Kosmiczna zapowiedziała zaś w styczniu, że do 2025 r. zamierza rozpocząć wydobycie księżycowego lodu.
Oczywiście najgłośniej i najmocniej wybrzmiało oświadczenie wiceprezydenta USA Mike’a Pence’a, że Stany Zjednoczone zamierzają "w ciągu najbliższych pięciu lat przetransportować ponownie amerykańskich astronautów na Księżyc" oraz, że dziś "trwa wyścig kosmiczny, taki jak w latach 60., a stawka jest jeszcze wyższa".
Wiceprezydent mówił to ze śmiertelną powagą do członków Narodowej Rady ds. Przestrzeni Kosmicznej, 26 marca 2019 r. Jak łatwo policzyć, wyznaczył datę na rok 2024.
Zdaniem komentującego to wystąpienie w mediach Ramona Lugo, dyrektora Instytutu Kosmicznego na Florydzie na Uniwersytecie w Orlando, Pence prawdopodobnie miał na myśli rywalizację z Chinami, bo jest mało prawdopodobne, aby to Rosja mogła zająć pozycję prawdziwego rywala USA w przestrzeni kosmicznej - pomimo swojej roli w wysyłaniu astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS).
Warto dodać, iż Pence pogroził przy okazji palcem NASA (a zarazem jej partnerowi, Boeingowi). Chodziło o przekroczenie kosztów i opóźnienia w pracach nad rakietą SLS (Space Launch System). Stwierdził, że jeśli NASA nie może wysłać astronautów na Księżyc w ciągu pięciu lat, to być może "trzeba zmienić agencję, a nie misję".
Po ponownym zdobyciu Księżyca NASA planuje przenieść się na Marsa. To był cel obowiązującej w latach 1989-1993 Space Exploration Initiative (SEI) i dyrektywy ogłoszonej trzydzieści lat temu dla NASA przez zmarłego prezydenta George’a H.W. Busha. Ambitny plan proponował powrót na Księżyc w ciągu dekady i załogową podróż na Marsa w 2010 r. Brak zaufania między Białym Domem a NASA, a także politycznie niedopuszczalne wstępne szacunki kosztów w wysokości aż 500 mld ówczesnych dolarów, zatopiły jednak całą inicjatywę.
Tak czy inaczej - jak komentował nową "srebrną gorączkę" w majowym wydaniu "New Yorkera" Jack Burns, dyrektor finansowanej przez NASA Sieci Poszukiwań i Nauki Kosmicznej (Network for Exploration and Space Science) - "Księżyc znów jest gorącym tematem".
Potrzebujemy nowych celów i powodów
Prawie każdy amerykański prezydent od czasu Nixona proponował powrót na Księżyc. Pieniędzy na realizację tej idei nigdy jednak nie przydzielono. Zawsze wygrywały cele obronne. Budżet Departamentu Obrony wynosi obecnie prawie 700 mld dolarów, podczas gdy finansowanie NASA to 21,5 mld dolarów, czyli około połowę procenta budżetu USA. Uważa się przy tym, że Stany Zjednoczone i tak wciąż wydają więcej na programy kosmiczne niż reszta świata razem wzięta.
- Tym razem potrzebujemy bardziej zrównoważonego niż wcześniej zestawu celów i powodów - mówi Burns, odnosząc się do warunków niezbędnych do stworzenia projektu księżycowej wyprawy.
Ma na myśli cele naukowe, biznesowe lub oba jednocześnie. Jego zdaniem postępy w inżynierii są w stanie zamienić Księżyc i jego orbitę w stację pośredniczącą w wysyłaniu pojazdów w głąb Układu Słonecznego, czyli na Marsa i dalej. Słaba grawitacja naszego satelity znacznie ułatwia takie starty, a projekty baz na Księżycu wreszcie zaczynają wyglądać na wykonalne.
- Rysuje się możliwość stworzenia tam laboratorium telerobotycznego - twierdzi Burns. - Można by drukować w nim elementy siedlisk i sprzętu, a jako materiał posłużyłby księżycowy regolit.
Jeszcze piętnaście lat temu Księżyc uważano za wysuszoną skałę. Teraz wiemy, że da się na nim znaleźć wodę. Zarówno firmy, jak i agencje państwowe traktują jej wydobycie, a także sięgnięcie po inne cenne lunarne surowce za coś, co może być brane poważnie pod uwagę.
Nie bez znaczenia pozostają też perspektywy rozwoju również w tym wymiarze turystyki kosmicznej, choć wśród naukowców panuje cicha opinia, że pomysł ten jest jednak niezbyt mądry i raczej niepraktyczny.
Księżyc 2024 vs Księżyc 2028
Przed wystąpieniem Pence’a oficjalnym planem NASA, przyjętym zresztą pod wpływem politycznych dyrektyw prezydenta Trumpa, było wysłanie astronautów na Księżyc w roku 2028.
- Tym razem, gdy udamy się na Księżyc, już na nim zostaniemy - mówił szef NASA Jim Bridenstine (1) w lutym, czyli przed ponagleniem ze strony wiceprezydenta.
Niezależnie od harmonogramu wydaje się, że na księżycowej orbicie zostanie umieszczona stacja kosmiczna Deep Space Gateway albo Lunar Orbital Platform Gateway (Brama), traktowana jako m.in. stacja przesiadkowa dla astronautów w drodze na Srebrny Glob (2). Dokujące w niej pojazdy transferowe będą przewozić lądowniki księżycowe na niską orbitę księżycową.
Przedstawiciele NASA opisują koncept orbitalnej stacji księżycowej jako konstrukcji o "otwartej architekturze", działającej jako "port kosmiczny dla ludzkich i zrobotyzowanych poszukiwań na Księżyc i dalej". Niewykluczone jest więc również jej wykorzystanie w misjach na Marsa.
Wcześniejszy plan, który nazwiemy w skrócie "Księżyc 2028" przewidywał trzy fazy. W 2024 r. agencja zamierzała wystrzelić statek kosmiczny Orion i europejski moduł usługowy za pomocą rakiety Space Launch System, do Gateway. Jednocześnie miałby zostać przetestowany wyprodukowany komercyjnie lądownik.
Dwa lata później miałby się odbyć test lądowania bez ludzi na pokładzie z użyciem Oriona i wszystkich modułów transferowych, holowniczych i lądownika. Zaś w 2028 r. cały system połączyłby się w całość. Załoga złożona z czterech astronautów poleciałaby do Bramy w statku kosmicznym Orion, za pomocą SLS. Wszyscy zostaliby na stacji. Potem nastąpić miała seria startów z udziałem partnerów komercyjnych, po czym astronauci użyliby pojazdu transferowego, aby zejść lądownikiem na niską orbitę księżycową, odłączyć się od niego i wreszcie - odbyć podróż na powierzchnię Księżyca.
Raport Instytutu Polityki Nauki i Technologii (STPI), cytowany również w innym miejscu tego Tematu numeru, przewidywał, że opracowanie samych lądowników i systemów tankowania kosztowałoby dla planu "Księżyc 2028" prawie 8 mld dolarów, w rozłożeniu na serię pięciu lądowań z załogą oraz wcześniejszy test bezzałogowy. Dodatkowe 12 mld dolarów kosztowałyby SLS i Orion, jak również inne starty niezbędne do przetransportowania lądowników, paliwa i innych ładunków. Sumy te nie obejmują w dodatku innych kosztów, takich jak prace nad SLS, Orion i stacją Gateway.
Nowy, przyspieszony harmonogram, który nazwiemy "Księżyc 2024", zakładał już w najbliższych kilku miesiącach pierwszy testowy lot rakiety SLS wokół Księżyca, oznaczony jako Exploration Mission 1 (EM-1), z kapsułą Orion, jeszcze bez załogi. Potem przetestowany miałby zostać powrót kapsuły na Ziemię - wejście w atmosferę z prędkością 11 km/s i wodowanie na Pacyfiku. Etap ten już jest jednak opóźniony z powodu problemów związanych z montażem rdzenia SLS, w szczególności sekcji silnika (3). Start odbyć się więc ma najwcześniej na koniec roku 2020 lub w roku 2021. Równolegle trwają przygotowania do lotu z załogą, oznaczonego jako Exploration Mission 2 (EM-2), który miałby nastąpić w 2022 r. Załoga w statku kosmicznym Orion okrąży Księżyc, po czym wróci na Ziemię. Podczas tej wyprawy na orbitę wokół Księżyca trafić ma także Power and Propulsion Bus (PPB), czyli pierwszy człon przyszłej stacji Gateway. Trwają nad nim prace.
W tym samym czasie NASA pozyskać ma brakujący sprzęt do księżycowego lądowania. W kwietniu 2019 r. agencja, wzorem programu Apollo sprzed pół wieku, zaprosiła amerykańskie koncerny do składania propozycji dotyczących lądownika - jego zaprojektowania, budowy i testów. Lądowanie na Księżycu miałoby nastąpić podczas trzeciego lotu rakiety SLS, oznaczonej jako Exploration Mission 3 (EM-3).
Co ciekawe, NASA w tym wariancie mogłaby nawet obejść się bez stacji Gateway. Lądownik księżycowy połączony może być bowiem ze statkiem kosmicznym Orion na orbicie Księżyca i nie trzeba by było zawijać do Gateway.
- Powiedziałbym, że pierwsze lądowanie w 2024 r. to doświadczenie spartańskie. Nie będziemy wówczas długo przebywać na powierzchni. Skafandry zostaną odchudzone, jak to tylko możliwe - wyjaśniał w wypowiedzi dla prasy William Gerstenmaier, administrator NASA odpowiedzialny za załogowe loty kosmiczne.
Wiadomo też, że na Księżycu wylądować mają mężczyzna i kobieta.
Bridenstine zapewnił wiceprezydenta Pence’a, że NASA będzie w stanie sprostać przyspieszonemu harmonogramowi, bo wiele elementów misji jest już w trakcie realizacji. Dodał jednocześnie, że to przyspieszenie "musi być odzwierciedlone w nowym budżecie". W trakcie swojego przemówienia w Senacie oświadczył, że rozważana jest możliwość przeprowadzenia pierwszego lotu kapsuły Orion z wykorzystaniem nie SLS, z którą są problemy, lecz komercyjnych rakiet. Okazuje się jednak, że na ten moment nie ma pojazdu, który byłby w stanie samodzielnie zrealizować etap EM-1. Wiązałoby się to z umieszczeniem na orbicie okołoziemskiej statku wraz z europejskim modułem serwisowym i ICPS, czyli specjalnie przygotowanym górnym stopniem-holownikiem, który miałby rozpędzić Oriona i posłać go w kierunku Srebrnego Globu.
Bridenstine wyjaśniał, że analizowana jest opcja użycia dwóch komercyjnych rakiet (np. Falcon Heavy, Delta IV). Jedna byłaby odpowiedzialna za statek oraz moduł serwisowy, a druga za ICPS. Na orbicie doszłoby do połączenia wszystkich elementów i rozpoczęcia podróży w stronę Księżyca. Z tym że Orion/ESM i ICPS nie są zaprojektowane do dokowania ze sobą, więc wymagałoby to dodatkowej pracy i przekształceń w obu konstrukcjach.
Jeśli NASA będzie w stanie dokonać tej monumentalnej zmiany na rzecz komercyjnych rakiet użytkowych, wówczas, zdaniem niektórych ekspertów, oznaczałoby to w praktyce opracowanie nowej metody podróży kosmicznych, która opiera się na wielokrotnych wystrzeleniach mniejszych pojazdów i niekoniecznie wymaga masywnych rakiet do wynoszenia w odleglejsze misje. Choć taki pomysł wygląda
na trudniejszy w realizacji, może się okazać mniej kosztowny.
Szacuje się, że w ciągu ostatniej dekady NASA wydała 14 mld dolarów na opracowanie rakiety SLS, a ta wciąż nie jest gotowa i nie bardzo wiadomo, kiedy będzie. Co więcej, po ukończeniu ma być wystrzeliwana tylko raz lub dwa razy w roku, za ok. 1 miliard dolarów za lot. Dla porównania, start Delty IV Heavy kosztuje ok. 350 mln dolarów, a Falcona Heavy nawet poniżej 100 mln dolarów. Jednoczesne użycie obu tych rakiet jest więc o ponad połowę tańsze niż jeden prognozowany start SLS.
Kosmiczne holowniki, takie jak ICPS, mogłyby również pomóc w przyszłości zaoszczędzić na kosztach, pozostając po wykonaniu zadania w przestrzeni kosmicznej. Holownik przeciągający sprzęt na Księżyc wracałby potem na niską orbitę Ziemi, oczekując na ponowne tankowanie, za pomocą taniej rakiety. Stałby się więc, niczym holowniki np. w portach, "wołem roboczym" wielokrotnego użytku, ciągnącym statki pomiędzy orbitami.
Na pierwszym etapie realizacji misji księżycowej lądowniki mają być zasilane przez paliwo dostarczane z Ziemi. NASA pracuje jednak nad możliwością produkcji paliwa z wody oraz księżycowego regolitu.
Przedstawiciele agencji, podobnie jak analogiczni specjaliści z Chin, plany te opierają o ewentualną eksplorację południowego bieguna Księżyca. Tam bowiem Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), przelatujący nad tym obszarem w ciągu ostatniej dekady tysiące razy, wykrył lód wodny.
"Z naszych badań i obserwacji wiemy, że region bieguna południowego zawiera lód i może być bogaty w inne zasoby", stwierdza w oświadczeniu Steven Clarke, zastępca administratora Dyrekcji Misji Naukowych w NASA.
Jak wskazuje NASA, woda jest niezbędnym zasobem do dalszych załogowych eksploracji. Może być wykorzystywana do picia, chłodzenia sprzętu, aparatów oddechowych i produkcji paliwa rakietowego na potrzeby misji w głąb kosmosu.
Wizja Lockheeda Martina
Pod koniec kwietnia tego roku NASA opublikowała zaktualizowaną informację przedkonkursową do programu Human Landing System, czyli budowy lądownika księżycowego, który w 2024 r. ma zawieźć ludzi z powrotem na powierzchnię Księżyca. Agencja dąży do zbudowania zintegrowanego lądownika z wieloma elementami, takimi jak elementy opadania i wznoszenia oraz pojazd transferowy. Termin oficjalnego zamówienia to maj bieżącego roku. Agencja wzywa niniejszym przemysł kosmiczny do przedstawienia swoich propozycji systemów transportujących ludzi na Księżyc.
Firmą, która sprawia wrażenie, że ma już do programu "Księżyc 2024" wszystko gotowe (a przynajmniej ładnie narysowane), jest Lockheed Martin. Podczas kwietniowego Narodowego Sympozjum Kosmicznego w Kolorado jej przedstawiciele przedstawili swój plan. Wymagałby w czerwcu 2020 r. lotu próbnego Oriona z europejskim modułem usługowym na rakiecie NASA Space Launch System, zaś pierwszy lot próbny z załogą odbyłby się pod koniec 2022 r. Pomiędzy tymi dwoma lotami NASA musiałaby stworzyć to, co Lockheed Martin nazywa Phase 1 Gateway - mały moduł mieszkalny i moduł napędowy na orbicie wokół Księżyca, w którym dokowałby Orion. W 2024 r. NASA wystrzeliłaby lądownik księżycowy do Bramy, którym następnie załoga miałaby polecieć na powierzchnię Księżyca.
Lockheed Martin informuje też o finalizowaniu prac nad pełnowymiarowym prototypem wokółksiężycowego modułu mieszkalnego. Prototyp modułu mieszkalnego NextSTEP (4) będzie wspierał architekturę planowanej przez NASA załogowej stacji kosmicznej Gateway. Zespół astronautów NASA przez pewien czas mieszkał już i pracował wewnątrz naziemnego prototypu, oceniając jego układ i przekazując swoje uwagi. Agencja zweryfikuje jeszcze ogólną konstrukcję, m.in. oceni elementy zapewniające współdziałanie, takie jak International Docking System Standard (IDSS - Międzynarodowy Standard Systemu Dokowania).
Jesienią 2018 r. Lockheed Martin przedstawił również własną wizję lądownika księżycowego (5). Wysyłany z okołoksiężycowej orbity pojazd (6) umożliwiałby astronautom dwutygodniowe wypady na powierzchnię Srebrnego Globu. Maszyna mogłaby realizować tak misje naukowe, jak i komercyjne.
Byłby to pojazd załogowy, przeznaczony dla czterech astronautów, mogący przewozić do tony ładunku, mierzący 14 m długości, ważący "na sucho" 22 tony i aż 62 tony po zatankowaniu do pełna. Dla porównania można dodać, że dwuosobowe lądowniki księżycowe używane w czasach załogowych misji programu Apollo ważyły po 4,3 tony. Po lądowaniu na Księżycu, umieszczona w górnej części lądownika załoga korzystałaby ze specjalnej windy, by zejść na powierzchnię.
Lockheed Martin proponuje dla swojego lądownika paliwo kriogeniczne: ciekły wodór i ciekły tlen. Składniki niezbędne do jego produkcji miałyby być pozyskiwane z wody, być może pobieranej w przyszłości w formie lodowej lub z samego Księżyca. Potencjalnie brane są pod uwagę takie jednostki napędowe, jak silnik RL10 od Aerojet Rocketdyne lub BE-3 produkcji Blue Origin.
Zdaniem konstruktorów, rozmiary pojazdu i możliwości lądownika Lockheed Martin są wystarczające, by w przyszłości wykorzystać go również w misji na Marsa.
Chiński plan budowy księżycowej bazy
Według Andrieja Ionina z Rosyjskiej Akademii Kosmonautyki, nie ma jednak żadnego "wyścigu na Księżyc", a wypowiedź Pence’a była "motywowana polityką wewnętrzną USA". Ionin nie wyklucza możliwości lądowania na Księżycu astronautów amerykańskich w ramach "jednorazowego projektu" w ciągu najbliższych pięciu lat, ale nie wyobraża sobie, by Rosja czy Chiny brały w tym udział.
- Rosja nie jest obecnie w stanie sprostać podobnemu wyzwaniu ani pod względem finansowym, ani technologicznym - skomentował Ionin w mediach nowe amerykańskie plany.
Przyznał jednocześnie, że Rosja poczyniła postępy w badaniach księżycowych. Od połowy marca trwa w Moskwie czteromiesięczny eksperyment Syriusz-19 (7), mający na celu symulację lotu na Księżyc, angażujący głównie rosyjskich naukowców. Co więcej, agencja kosmiczna Roskosmos ogłosiła plany wysłania w 2021 r. na Księżyc rosyjskiego lądownika. Załogowa misja księżycowa miałaby się odbyć jednak najwcześniej w latach 30.
Thomas Jarzombek, niemiecki parlamentarzysta oraz koordynator podróży lotniczych i kosmicznych w tamtejszym Ministerstwie Gospodarki i Energetyki, powiedział dla "Deutsche Welle", że Niemcy i Europa liczą na udział w amerykańskim planie powrotu na Księżyc, choć również nie zamierzają uczestniczyć w jakimkolwiek wyścigu. Pence nie wspomniał wprawdzie o współpracy z UE, jednak ta jest zainteresowana dołączeniem do projektu Gateway. Rosja również, ale w 2018 r. Dmitrij Rogozin, szef Roskosmosu, stwierdził, że jego kraj nie chce występować w "roli zaplecza", więc międzynarodowa współpraca nie jest w tym wszystkim jasno sprecyzowana. Wiadomo, że pozytywnie do współpracy z USA nastawiona jest Kanada.
Chiny są z pewnością zainteresowane Księżycem, ale ich oficjalnie znane harmonogramy kosmiczne umieszczają lądowanie tam człowieka w bliżej nieokreślonych terminach po 2030 r. Według zapewnień, Kraj Środka chce przede wszystkim posyłać ludzi na swoją nową stacje kosmiczną na niskiej orbicie wokółziemskiej – Tiangong 3, której pierwszy moduł ma zostać uruchomiony w ciągu najbliższego roku.
Chiny wydają teraz więcej na swoje cywilne i wojskowe programy kosmiczne niż Rosja i Japonia. Chociaż ich kosmiczny budżet na 2017 r. był nieprzejrzysty, Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju oszacowała go na 8,4 mld dolarów. Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna CNSA ujawniła, że planuje jeszcze cztery misje na Księżyc. W trakcie ostatniej, Chang’e 8, Chińczycy zamierzają przetestować zaawansowane technologie na potrzeby budowy tam pierwszej bazy. Póki co, kolejna misja, Chang’e 5, w ramach której zostaną pobrane i dostarczone na Ziemię próbki księżycowych skał, ma zostać przeprowadzona jeszcze w tym roku.
Z drugiej strony Chiny zapowiadają, że zbudują pierwszą bazę księżycową już w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Zhang Kejian, szef CNSA, ogłosił pod koniec kwietnia plan założenia takiej bazy na południowym biegunie Księżyca. Pozostaje niejasne, w jaki sposób Chiny zamierzają to zrobić, skoro ich oficjalne plany eksploracji Księżyca są stosunkowo skromne…
Mirosław Usidus
