Težave in zamude v Nasinem programu vrnitve človeka na Luno - Artemis - se nabirajo. Nasa še vedno ne razume težav s toplotnim ščitom vesoljske ladje Orion, kar ogroža odpravo Artemis II, razmišljala naj bi celo o prestavitvi pristanka z Artemis III na eno izmed kasnejših misij. Razvoj pristajalnika Starship pa najbrž poteka prepočasi za zastavljeni rok: 2026, ki je najbrž nerealističen; tudi zato, ker bo do tedaj treba izmojstriti dotakanje ohlajenega goriva v vesolju, kar je ključna tehnologija za uspeh programa. SpaceX je razkril nekaj podrobnosti, kako namerava to početi.

Nekaj resnih težav na odpravi Artemis I

Nasin notranji inšpektorat je objavil poročilo o stanju priprav na odpravo Artemis II. V njem je zapisal, da je testni polet (Artemis I) razkril številne nepravilnosti, ki "predstavljajo občutno tveganje za varnost posadke". Največ pozornosti je posvetil toplotnemu ščitu, elementu, ki varuje vesoljsko ladjo pred visokimi temperaturami med vrnitvijo v ozračje.

Kapsula Orion se je na poletu, ki je potekal leta 2022, med spustom čez ozračje gibala s hitrostjo 40.000 kilometrov na uro. Pri tem je močno stiskala zrak pred seboj, ta se je posledično segrel in dvignil temperaturo ščita na kar 2700 stopinj Celzija. Toplotni ščit deluje s t. i. ablacijo, ob vročini se stali in izpari, s tem pa odnese toplotno energijo stran. In kot se je izkazalo, se je material na več kot sto točkah luščil prehitro in v večjih kosih, kar je vidno tudi na spodaj pripetem videoposnetku spusta. Kapsula je sicer varno prispela do tal, a Nasin inšpektor poziva k previdnosti. Prvič zato, ker bi večji kosi lahko poškodovali strukturo vesoljskega plovila na način, da bi pozneje odpovedalo eno od padal. Drugič pa zato, ker Nasini inženirji (za zdaj) ne razumejo, kako se je to sploh lahko zgodilo. Ščit so namreč pripravljali več kot 15 let, podvrgli so ga več kot tisoč tuzemskim preizkusom, a česa takšnega niso zaznali. Tega niso predvidele niti številne simulacije.

Inšpektor poudarja, da bo treba tako čezmerno kot neenakomerno obrabo najprej razumeti, nato poiskati rešitev, sicer bi lahko bile posadke naslednjih odprav ogrožene. Na Nasi obenem iščejo druge poti iz zagate, denimo drugačno vrnitev v ozračje. Orion misije Artemis I se je od Zemljinega ozračja najprej odbil, tako kot se "žabica" odbije od gladine jezera, in šele nato vstopil v atmosfero. Luščenje se je zgodilo po prvem odboju.

Toplotni ščit se nahaja med kapsulo Orion in Evropskim podpornim modulom, v katerem so pogon, rezervoarji, komunikacijski sistemi ... Podporni modul se pred vrnitvijo v ozračje loči od kapsule. Nanjo je pritrjen s štirimi vijaki, ki molijo iz toplotnega ščita.

Ti vijaki so šibka točka in tudi ti so bili dejansko neprimerni. Trije so se nepričakovano hitro talili in ustvarili režo, čez katero je toplota vdirala v notranjost ščita. Če bi se reža preveč povečala, bi lahko vroč plin zašel pod toplotni ščit. Kaj to pomeni, smo lahko videli pri nesreči raketoplana Columbia. Nasa kani okoli njih dodati več izolacije.

Če bo treba toplotni ščit na novo razviti in testirati, potem bi se lahko naslednja odprava, Artemis II, zamaknila vsaj še za kakšno leto. Za zdaj ji pripisujejo letnico 2025.

Inšpektor še opozarja, da lahko spremembe toplotnega ščita ali trajektorije prinesejo – dodatna tveganja.

Video: Posnetek vrnitve v ozračje (z zvokom)

Vesoljska ladja Orion prejema električno energijo iz sončnih celic, ki zagotavljajo 11 kilovatov pri napetosti 120 voltov. Proizvodnjo elektrike nadzira sistem PCDU, ki energijo deli drugim sistemom. Del PCDU-ja so elektronski odklopniki (ang. latching current limiters). Ti so se med poletom kar 24-krat vključili brez ukaza, učinek pa je bil podoben, kot bi v hiši odpovedale nekatere varovalke. Številni podsistemi so ostali brez toka, drugi so prejemali neprimerno napetost in premalo energije. Nasa meni, da je najverjetnejši vzrok vesoljsko sevanje, ki škoduje elektroniki, težavo pa bo poskušala reševati s spremembami programske opreme in vežbanjem posadke za takšne primere. Inšpektor pa opozarja, da bo potrebna menjava strojne opreme. Brez menjave bo vedno v zraku visela možnost, da sistem zataji in povzroči odpoved pogona in vzdrževanja tlaka v kabini, kar je smrtno nevarno. Nasa to tveganje sprejema.

Odpoved trdega diska na Zemlji, prekinitev komunikacije z Orionom

Med poletom so bile komunikacije za 4,5 ure prekinjene, kar je lahko povsem nenevarno, če gre polet kot po maslu, ali nevarno, če se ravno takrat zgodi nekaj hudega (spomnimo se na eksplozijo na odpravi Apollo 13), vsekakor pa je neugodno, saj lahko pride do izgube podatkov.

Krivec je bilo Nasino omrežje velikih anten DSN (Deep Space Network). Natančneje, desetletje pomanjkljivega vzdrževanja in naložb, navaja inšpektor. Na lokaciji DSN-ja v Goldstonu (ZDA) je odpovedalo več trdih diskov. To samo po sebi ni povzročilo prekinitve, saj ima sistem nekaj vgrajene redundance. Toda upravljavci niso vedeli, da je bila redundanca potrošena še pred poletom, saj je nekaj trdih diskov že bilo zatajilo. Opozorilne lučke na sistemu, ki naznanijo odpoved diska, se niso prižgale zaradi zastarelega operacijskega sistema. Inšpektor je ugotovil, da popravkov niso nameščali tudi zaradi preobremenjenosti sistema, saj prek njega komunicira preveč vesoljskih sond, Nasa pa se je prekinitvam obratovanja izogibala.

Druge inšpektorjeve pripombe: kamere niso ustrezno posnele izstrelitve, ker so bile nastavljene na dnevno – in ne nočno – snemanje; po koncu misije niso pridobili padal (ker simulacije niso predvidele tako hitrega potopa), četrtina telemetrije je neberljiva, stroški obnove izstrelitvene ploščadi so petkrat višji od načrtovanih (ker pri simulacijah škode niso vključili zvočnih frekvenc pod 20 herci), med izstrelitvijo se je odtrgalo kup vrat in druge opreme ter letelo naokoli, kar je nevarno tako za raketo kot okolico; na 316 ceveh iz nerjavečega jekla se je pojavila korozija, povzročile pa so jo kemikalije iz stranskih potisnikov SLS-a ... In še: priključki baterij v Orionu bi se lahko med močnim tresenjem sneli.

Naloga ni lahka

Poročilo kaže na izjemno kompleksnost programa Artemis. Čeprav na njem že več kot desetletje dela 30.000 ljudi, da ti poskušajo predvideti čisto vsako relevantno podrobnost, pripraviti čim bolj razvejano drevo scenarijev razvoja dogodkov in se nanje čim bolj pripraviti, simulirati, neskončno testirati, še vedno ne morejo zajeti vsega ... In tako kamere snemajo izstrelitev mimo rakete, toplotni ščit pa se lušči. Ob tem se poraja vprašanje, kako bo šele na komercialnih misijah, denimo na potovanjih z raketo Starship, kjer so ubrali precej drugačen razvojni pristop: manj simulirajo, več izstreljujejo?

Kaj še pride

Odprava Artemis I je potekala med 16. novembrom in 11. decembrom 2022. Videli smo prvo izstrelitev supertežke nosilne rakete SLS, ki je proti Luni poslala vesoljsko ladjo Orion, kar se je zgodilo prvič po petih desetletjih. V vesoljskem plovilu ni bilo posadke. Nasa je misijo sprva obravnavala kot popoln uspeh, poglobljena analiza pa je pričakovano izbrskala številne napake.

Artemis II je predviden za leto 2025, verjetno bo kasnejši, na njem pa bodo štirje vesoljeplovci prvič po letu 1972 obkrožili Mesec. Vrnitev na tla Meseca je predvidena na odpravi Artemis III, ki bo predvidoma leta 2026. A tudi to bi se lahko spremenilo. Ne samo letnica, temveč cilj.

Bodo na Artemisu III sploh pristali na Luni?

Medij ArsTechnica se je dokopal do internih informacij, da Nasa razmišlja o prestrukturiranju odprave Artemis III. Misija je namreč – v zdajšnji obliki – izjemno ambiciozna, s tem pa tudi tvegana. V eni odpravi bi testirala in dejansko uporabila kup še nepreizkušenih tehnologij in manevrov. Nekoliko drugače: Artemis III v eni odpravi združuje (okvirno) vse, kar je bilo v 60. letih postorjeno na odpravah Apollo 9, 10 in 11. Več kot je neznank, večja je statistična možnost, da ena izmed njih pokaže preostre zobe. Morda bi jo bilo modro razdeliti na več odprav.

In kakšna naj bi bila alternativna misija? Vesoljska ladja Orion ter Starship bi bila izstreljena "samo" v nizkozemeljsko orbito, poroča ArsTechnica. Tam bi se združila, razdružila, izvedla številne manevre, nakar bi se oba vrnila na Zemljo. To bi bil moderni ekvivalent Apolla 9. S tem bi odpravili vsaj nekaj neznank in tveganj. Druga opcija: Orion bi poletel do Lune, se priklopil na Lunarni portal, nakar bi se astronavti vrnili domov.

Nasa teh internih informacij ni potrdila. Je pa posredno prikimal ravnatelj Nase Bill Nelson. Na zadnjem zaslišanju v ameriškem kongresu je namignil, da pristajalniki morda ne bodo nared, in "normalno je", da razmišljajo, kaj storiti v tem primeru.

Video: Pričanje Nelsona

Artemis III temelji na številnih predpostavkah. SpaceX-ov Starship mora biti nared in dovolj varen za pristanek na Luni – ter vzlet. Postavljena mora biti vesoljska postaja v orbiti okoli Lune, Lunarni portal. Tudi brez skafandrov, ki so še vedno v razvoju, ne bo šlo. Časa pa res ni več veliko.

Če bomo priča novim zamikom zaradi težav, kot je toplotni ščit Oriona, in če se bo zapovrh pristanek res prestavil na eno kasnejših misij, potem se dogaja nekaj, kar je bilo pred petimi leti skorajda nepredstavljivo. Vesoljska tekma med ZDA in Kitajsko res postaja – tekma. Odprava Artemis IV je namreč uradno predvidena za leto 2028, glede na okoliščine bi lahko končala v letu 2029 ... in prav takrat nameravajo Kitajci poslati prvega tajkonavta na Luno. Azijska velesila je glede časovnic zanesljivejša, poleg tega izraža prepričanost, da ji bo podvig uspel. In še en podatek je pomemben: izbrala je klasično arhitekturo, podobno tistim iz odprav Apollo. Nasa, ki se tokrat želi projekta lotiti drugače, kot pravijo, vzdržno in dolgoročno, pa se zanaša na nepreizkušene tehnologije. Oba izbrana pristajalnika, Starship in Blue Moon, se zanašata na dotakanje velikih količin ohlajenega goriva v vesolju.

Brez vesoljskih "bencinskih črpalk" ne bo šlo

Misije Apollo so bile – z današnjega vidika – relativno preproste. Ena sama raketa Saturn V je proti Luni poslala čisto vse potrebno: vesoljsko ladjo, lunarni pristajalnik, vso opremo in gorivo. Vse je bilo za enkratno uporabo. Odprave Apollo so nekajkrat dosegle Luno, nakar so jih zaradi stroškov in drugih državnih prioritet ustavili.

Današnja Nasa je spremenila pristop. Na Luni želi vzpostaviti stalno prisotnost, posledično pa mora program Artemis biti finančno vzdržen. Ena izmed poti k finančni vzdržnosti je – večkratna uporabnost. Takšna bosta oba izbrana lunarna pristajalnika: SpaceX-ov Starship in Blue Originov Blue Moon. In oba bo treba v vesolju dodatno polniti z gorivom, kar je temelj večkratne uporabnosti. S tem pa postajajo odprave Artemis – v nasprotju z Apolli – precej zapletene.

Načrt je takšen: Raketa SLS bo izstrelila vesoljsko ladjo Orion s posadko. Orion se bo pri Mesecu priklopil na vesoljsko postajo Lunarni portal in vanjo izkrcal astronavte. Medtem bo na Zemlji potekala obširna koreografija lansiranj. SpaceX bo izstrelil Starship, prilagojen za pristanke na Luni, ki ne bo imel toplotnega ščita, imel pa bo dodatne potisnike na vrhnjem delu, dvigalo, pa še pristajalne noge. Lunarni Starship bo počakal v nizki zemeljski orbiti na višini nekaj sto kilometrov. SpaceX bo v kratkem času, predvidoma v zgolj 14 dneh, izstrelil dodatnih deset (številka je daleč od zacementirane) Starshipovih tankerjev. Ti se bodo priključili nanj, mu dotočili tekoči kisik in metan, nato pa se vrnili na Zemljo. Šele takrat bo lunarni Starship lahko prižgal raptorje in se pognal proti Luni, kjer se bo priklopil na Lunarni portal, prevzel dva astronavta, ju pripeljal na tla Meseca in varno nazaj na postajo. Sledilo bo vkrcanje v Orion in vrnitev domov. Podobno bo z Blue Moonom; le da bodo tam predvidoma potrebne samo tri izstrelitve, dotakanje goriva pa bo izvedel poseben vesoljski tanker, in to pri Luni.

Težava je v tem, da pretakanja ohlajenega goriva v vesolju z enega plovila na drugo še niso izvajali. Obe podjetji morata šele dokazati, da je tehnologija dovolj zrela za smiselno uporabo.

Pretok zaradi razlike v tlaku in delovanja potisnikov

SpaceX je bil doslej s podrobnostmi precej skop. Nekaj pa jih je na seji Svetovalnega odbora Nase navrgel Amit Kshatriya, ki vodi program Od Lune do Marsa (Moon to Mars), pod katerim nastaja tudi Artemis. Napovedal je, da bo prvi test pretakanja ohlajenega goriva med vesoljskima ploviloma že naslednje leto in da ga bo treba večkrat ponoviti. Potekal pa bo takole: dva Starshipa bo treba izstreliti v roku treh do štirih tednov. Najprej bo poletel "navaden" Starship, drugi bo tanker z gorivom, oba z istega izstrelišča, kar bo podvig sam po sebi. V orbiti se bosta počasi, v vzporednem položaju, približala, in se naposled priklopila (ponazoritev zgoraj), in to na isto napeljavo, kot jo uporabljajo za točenje goriva na tleh. Za dejanski pretok ne bodo uporabili črpalk, temveč dva fizikalna principa. Prvi: pretok od višjega tlaka k nižjemu. Drugi: gibanje plovila v nasprotno smer od želenega toka tekočine. Vse to bi moralo delovati, je prepričan Kshatriya. Mučijo pa ga podrobnosti, kot so: kako bo pljuskanje vsebine rezervoarjev vplivalo na natančnost priklopa, koliko goriva bo potrošenega za delovanje potisnikov med pretakanjem, predvsem pa, koliko goriva bo medtem odvrelo. Bo potrebnih pet izstrelitev ali mogoče celo 20? Z več tankerji se proces natakanja goriva podaljša, saj je potrebnih več izstrelitev, število izstrelišč pa je omejeno. Tudi zato bodo tankerji in lunarni Starshipi imeli notranjo napeljavo dodatno obdano s toplotno izolacijo in žepi vakuuma.

SpaceX sicer načrtuje višje in zmogljivejše Starshipe, ki naj bi v večkrat uporabni inačici zmogli celo 200 ton tovora v nizkozemeljsko tirnico, s čimer naj bi precej oklestili število potrebnih izstrelitev.

A kot rečeno, september 2026 se hitro bliža. Morda prehitro. Morda se človek res ne bo vrnil na Luno v okviru že dolgo oglaševane odprave Artemis III. Ali bo za zamik kriv Starship ali kaj drugega, bomo dokaj kmalu vedeli. Morda že ta mesec, ko bomo priča četrtemu testnemu poletu rakete Starship.