Wracamy na Księżyc – o programie Artemis

W ciągu najbliższych kilku lat, NASA zamierza wysłać na powierzchnię Księżyca pierwszych astronautów od 1972 roku. Podążając śladami programu Apollo, kampania nazwana na cześć greckiej bogini Artemidy, bliźniaczej siostry Apolla, może dokonać tego już w 2025 roku. Nowy program ma umożliwić wielokrotne loty na Księżyc, aby NASA i jej partnerskie agencje kosmiczne mogły ustanowić nowy „przyczółek” poza naszą planetą. Urzędnicy NASA mają również nadzieję, że Artemis posłuży jako pierwszy krok w kierunku jeszcze większych ambicji w kosmosie, takich jak regularna obecność ludzi na Księżycu i wyprawa na Marsa.

Czym jest Artemis?

Ludzie nie opuścili orbity Ziemi od czasu powrotu Apollo 17 z Księżyca w 1972 roku. NASA próbuje to zmienić od 2004 roku, kiedy ówczesny prezydent USA – George W. Bush ogłosił Vision for Space Exploration, inicjatywę mającą na celu odesłanie ludzi z powrotem na Księżyc, a docelowo lądowanie załogowej misji na Marsie. Od tego czasu wysiłki NASA w tym temacie miały wiele nazw: Constellation (2004-2010), Journey to Mars (2015-2018) oraz Moon to Mars ( 2018 do chwili obecnej). W ramach obecnego programu Artemis, NASA przewiduje wysłanie astronautów na południowy biegun Księżyca do 2025 roku i ostatecznie ustanowienie stałej obecności na Srebrnym Globie. Program jest wynikiem dyrektywy w sprawie polityki kosmicznej administracji Donalda Trumpa oraz przemówienia byłego wiceprezydenta Mike’a Pence’a z 26 marca 2019 r., który nakazał NASA dotarcie na Księżyc do 2024 roku. Artemis ma na celu szybkie umieszczenie ludzi na Księżycu i skupienie się na Marsie jako długofalowym celu lotów kosmicznych. Wstępny plan krótkoterminowy obejmuje wykorzystanie zarówno komercyjnych rakiet, jak i  Space Launch System (SLS), kapsuły załogowej Orion oraz komercyjnego (SpaceX) systemu lądowania na Księżycu. Mała stacja kosmiczna na orbicie księżycowej zwana Gateway (Brama) ma służyć przyszłym misjom na powierzchni.

Bezzałogowa misja Artemis I jest pierwszą z serii zaplanowanych misji, które oznaczają powrót NASA na Księżyc. Już za dwa lata Artemis II ma zabrać załogę na orbitę księżycową. Artemis III to planowana misja, która sprowadzi ludzi (w tym pierwszą kobietę i pierwszą osobę o innym kolorze skóry niż białą) na powierzchnię Księżyca. Ta misja jest zaplanowana na 2025 rok, choć wielu obserwatorów zastanawia się, czy tak ambitny harmonogram jest możliwy w realizacji. Daty i plany już w tym momencie ulegają zmianie, ale program Artemis konsekwentnie posuwa się do przodu.

Chociaż Artemis jest programem amerykańskim, urzędnicy NASA zaprosili inne kraje do projektu. Kanada i Japonia zobowiązały się do pomocy w budowie przyszłej stacji kosmicznej wokół Księżyca. NASA podpisała również „Porozumienia Artemis” z Kanadą, Japonią i co najmniej 18 innymi krajami. Jest to zestaw niewiążących umów, które określają zasady pokojowej współpracy w kosmosie.

Czym lecimy?

Podczas swoich misji, załogi programu Artemis będą mieszkać na pokładzie Oriona, kapsuły podobnej w koncepcji, ale posiadającej większe wnętrze niż kapsuły Apollo, zaprojektowanej tak, aby utrzymać czteroosobową załogę przy życiu w kosmosie przez maksymalnie 21 dni. Każda kapsuła Orion będzie latać z europejskim modułem serwisowym dostarczonym przez Europejską Agencję Kosmiczną, który będzie zawierał panele słoneczne, systemy podtrzymywania życia, zbiorniki paliwa i główny silnik niezbędny do wejścia na orbitę księżycową. W przeciwieństwie do kapsuł zaprojektowanych wyłącznie do transportu na niską orbitę okołoziemską, osłona termiczna Oriona może wytrzymać ponowne wejście z dużą prędkością, niezbędne podczas powrotu z kosmosu. Orion składa się z trzech głównych elementów: ciśnieniowej kapsuły załogi, modułu serwisowego i wieży przerwania startu, która nominalnie jest wyrzucana podczas wznoszenia.

Lot Oriona na Księżyc będzie możliwy dzięki użyciu Space Launch System, rakiety o wysokości ok. 98 metrów (w wersji Block 1), która spala mieszankę ciekłego wodoru i ciekłego tlenu. Pierwszy stopień rakiety wykorzystuje cztery silniki rakietowe RS-25, pierwotnie opracowane dla programu promów kosmicznych. Artemis I, bezzałogowy lot testowy na Księżyc i z powrotem, będzie korzystał z odnowionych silników, z których każdy odbył już co najmniej trzy misje z promem kosmicznym. Każda rakieta SLS będzie również korzystać z dwóch boosterów na paliwo stałe, przymocowanych po obu stronach głównego stopnia. Łącznie rakieta wygeneruje o 15 procent więcej ciągu niż Saturn V programu Apollo.

Orion nie jest przystosowany do lądowania na powierzchni Księżyca, więc kiedy NASA podejmie taką próbę podczas misji Artemis III, załoga zostanie przeniesiona z Oriona do zmodyfikowanej wersji statku kosmicznego SpaceX – Starship Human Landing System (HLS) na orbicie księżycowej. Plan misji wymaga superciężkiego boostera, aby wystrzelić HLS na orbitę okołoziemską, gdzie zostanie on zatankowany przez wcześniej wystrzelone „tankowce”, zanim wskoczy na księżycową orbitę. Tam spotka się z Orionem. Załoga przeniesie się z Oriona do HLS, który zejdzie na powierzchnię Księżyca na kilkudniowy pobyt, po czym wróci na miejsce spotkania. Gdy Orion powróci na Ziemię, kapsuła użyje swoich osłon termicznych, aby przetrwać temperaturę zejścia przez ziemską atmosferę, a następnie klasycznie rozłoży spadochrony, aby wylądować w oceanie.

Dlaczego waracamy na Księżyc?

Nasze dzisiejsze rozumienie Księżyca znacznie różni się od tego w czasach programu Apollo. Kiedyś uważano, że jest suchy jak kość, ale później odkryto, że Księżyc posiada ogromne pokłady lodu wodnego, zwłaszcza w okolicach bieguna południowego, w pobliżu którego Artemis 3 ma wylądować. Tam przez miliardy lat gromadził się lód wodny z różnych źródeł, w stale zacienionych regionach. Z tego powodu, woda na Księżycu może zawierać wskazówki dotyczące przeszłości Układu Słonecznego. Jednak na obrzeżach niektórych kraterów w rejonie polarnym, Słońce świeci prawie bez przerwy. To idealne połączenie energii dla paneli słonecznych i wody do picia, produkcji tlenu i paliwa rakietowego. W 2024 roku NASA wyśle ​​łazik o nazwie VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) aby dokładniej przyjrzeć się tym możliwościom.

Znalezienie wody na Księżycu może zmienić zasady gry. Obecna mantra NASA dotycząca załogowej eksploracji kosmosu brzmi „z Księżyca na Marsa”. Wykorzystując księżycowy lód wodny, NASA ma nadzieję nauczyć się  funkcjonować w środowisku o dużym napromieniowaniu, ogromnych różnicach temperatur i paskudnym pyle. To nieoceniony poligon doświadczalny przed ewentualnym wysłaniem ludzi w kierunku Marsa, być może rakietą napędzaną przez lód księżycowy zamieniony w paliwo rakietowe.

NASA nie jest osamotniona w tym księżycowym pośpiechu. Prywatne firmy wysyłają zrobotyzowane misje, a Rosja i Chiny współpracują nad planami bazy księżycowej i stacji kosmicznej. Chiny posuwają się do przodu, demonstrując kolejne rezultaty w opracowywaniu poważnego programu eksploracji kosmosu. To nie do końca zimna wojna, ale działania innych krajów zwróciły na siebie uwagę Waszyngtonu. 

Harmonogram misji Artemis I

Po starcie, kapsuła Orion i jej moduł serwisowy wejdą na orbitę okołoziemską, a panele słoneczne zostaną rozmieszczone. Następnie, około 90 minut po rozpoczęciu misji, silnik Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS) uruchomi się na około 20 minut w etapie określanym jako Trans-Lunar Injection (TLI), w czasie którego Orion zostanie wypchnięty z orbity Ziemi w kierunku Księżyca. Po odrzuceniu ICPS,  Artemis I wyruszy w czterodniową podróż na Księżyc. Po drodze wystrzeli 10 CubeSatów – małych, niedrogich satelitów badawczych. 

Gdy szóstego dnia Orion zbliży się do Księżyca, przeleci w minimalnej odległości zaledwie około 100 kilometrów od powierzchni. W tym momencie zwiększy swój pęd, aby przenieść się dalej, w kierunku jego ostatecznej orbity księżycowej. Stanie się tak, ponieważ w przeciwieństwie do misji Apollo, które utrzymywały się na ciasnej, niemal kołowej orbicie wokół Księżyca, Artemis 1 będzie używał znacznie szerszej orbity, zwanej odległą orbitą wsteczną (distant retrograde orbit / DRO). 

Dziesiątego dnia misji Artemis ponownie uruchomi swoje silniki – tym razem, aby zwolnić i w końcu wejść na docelową orbitę, gdzie pozostanie przez 16 dni. W ten sposób Orion zapuści się dalej w kosmos niż jakikolwiek inny, zaprojektowany jako załogowy statek kosmiczny w historii. Najbardziej odległy punkt jego orbity będzie znajdował się 64.000 km za Księżycem, bijąc rekord posiadany do tej pory przez Apollo 13.

Po tym, jak Artemis 1 ukończy półtorej orbity DRO, wróci na Ziemię, aby ostatecznie wylądować na Pacyfiku. To kluczowa część misji – przetestowanie osłony termicznej, zanim ludzie wsiądą na pokład Artemis 2. Orion przyleci szybciej niż jakikolwiek wcześniejszy załogowy statek kosmiczny, z prędkością osiągającą 40 000 km/h i temperaturą 2800 stopni Celsjusza.

Ile to kosztuje?

Szacuje się, że od roku podatkowego 2012 do 2025, programy związane z Artemis to wydatek wynoszący łącznie około 93 miliardy dolarów, a według Biura Generalnego Inspektora NASA, pierwsze etapy programu będą kosztować 4,1 miliarda dolarów każdy. Koszty przekroczyły wstępne szacunki do tego stopnia, że inspektor generalny NASA, Paul Martin nazwał je na początku tego roku „nie do utrzymania”. Jak dotąd Kongres jest konsekwentnie zaangażowany w finansowanie Artemis. Nieco mniej niż połowa rocznego budżetu NASA jest przeznaczona na loty kosmiczne, a całkowity budżet NASA wynosi obecnie 0,4 procent federalnych wydatków uznaniowych.

1. https://www.nationalgeographic.com/artemis-program
2. https://www.kennedyspacecenter.com/what-is-the-artemis-program
3. https://astronomy.com/news/artemis-1-will-kickstart-humanitys-return-to-the-moon
4. https://www.nasa.gov/specials/artemis/