SpaceX pro NASA vyvine zjednodušenou Starship pro přepravu astronautů na povrch Měsíce
NASA ve čtvrtek oznámila, že vybrala návrhy společností Dynetics, Blue Origin a SpaceX, které vyvíjejí systémy pro přistání astronautů NASA na Měsíci v roce 2024. SpaceX pro tyto účely navrhla zjednodušenou variantu své kosmické lodi Starship, která nebude vybavena tepelným štítem ani aerodynamickými řídícími plochami. Tato Starship by po dotankování na oběžné dráze Země dokázala k Měsíci dopravit až 100 tun nákladu a následně by sloužila k přepravě astronautů z oběžné dráhy Měsíce na povrch a zpět. Předtím ale SpaceX plánuje provést řadu misí, které mají ukázat připravenost Starship na lety s astronauty.
Finalisté výběrového řízení NASA na vývoj lunárního přistávacího systému pro lidskou posádku (Zdroj: NASA)
Vybrané firmy
Do výběrového řízení NASA na vývoj lunárních přistávacích modulů pro lidskou posádku se přihlásilo celkem pět společností, z nichž agentura v dubnu vybrala tři finalisty – Dynetics, Blue Origin a SpaceX. Návrhy firem Boeing a Vivace byly zavrhnuty. Pojďme si vítězné koncepty krátce představit a následně se podrobněji zaměříme na návrh SpaceX.
- Blue Origin vede „National Team“, který dále zahrnuje společnosti Lockheed Martin, Northrop Grumman a Draper. Navržený systém se skládá ze tří hlavních částí – přeletového modulu (Draper), landeru (Blue Origin) a odletového modulu (Northrop). Vynesení má zajistit raketa New Glenn společnosti Blue Origin. Tento tým v první fázi obdrží od NASA 579 milionů dolarů.
- Další tým vede společnost Dynetics, která ve spolupráci s několika dalšími firmami, mezi kterými je například Sierra Nevada Corporation, navrhla znovupoužitelný lander ALPACA. Vynesení zajistí raketa Vulcan společnosti ULA. Tým obdrží 253 milionů dolarů.
- SpaceX se o kontrakt ucházelo sólo s upravenou verzí kosmické lodi Starship, kterou vynese raketa Super Heavy. Společnost obdrží 135 milionů dolarů.
Částky, které firmy obdrží v první fázi tohoto výběrového řízení, podle administrátora NASA nijak neindikují, který projekt je favoritem. Hodnoty se odvíjí od mnoha faktorů a velkou roli hraje to, o kolik peněz si jednotlivé společnosti řekly (to se možná stalo osudným návrhu Boeingu, který se přihlásil s integrovaným systémem vynášeným upgradovanou raketou SLS Block 1B). NASA nyní bude s třemi vybranými firmami úzce spolupracovat na vývoji a optimalizacích jejich návrhů a plánů. V únoru 2021 pak dojde k dalším vyhodnocení pokroku a některé z firem mohou být dodatečně vyřazeny.
Cílem je stihnout přistání lidské posádky na Měsíci v roce 2024 v rámci mise Artemis 3. Ta původně počítala s využitím lunární orbitální stanice Gateway, ale podle NASA nakonec nebude pro toto první přistání potřeba. Mise tedy bude probíhat tak, že přistávací systém jedné z firem uvedených výše bude nejdříve dopraven na oběžnou dráhu Měsíce, kde vyčká na přílet astronautů. Ty tam dopraví raketa SLS v lodi Orion. Loď se poté spojí s přistávacím modulem a část astronautů do něj přestoupí. Orion se poté odpojí a zůstane na oběžné dráze, zatímco přistávací systém zamíří na povrch Měsíce. Tam pak astronauté stráví několik dnů, během kterých také vystoupí na povrch, budou provádět experimenty apod. V závěru mise pak astronauté odstartují z lunárního povrchu v modulu některé ze soukromých firem a na oběžné dráze Měsíce opět přestoupí do Orionu, který je dopraví zpět na Zemi.
Lunární Starship
SpaceX se do výběrového řízení přihlásilo se svou kosmickou lodí Starship vynášenou nosnou raketou Super Heavy. Jedná se však o značně upravenou verzi lodi, optimalizovanou pro opakované cesty na povrch Měsíce a zpět na oběžnou dráhu. Součástí návrhu je demonstrace dotankování Starship na zemské orbitě před cestou k Měsíci. Administrátor NASA Jim Bridenstine k návrhu SpaceX uvedl:
Lidé si možná řeknou: „Bože, vždyť jim ta Starship nedávno vybuchla. Proč jim dáváte kontrakt?“ Důvodem je to, že SpaceX je velmi dobrá v postupném testování a následných úpravách. Tohle pro ně není nic nového. Pokud bude návrh SpaceX úspěšný, bude to představovat revoluci. Sníží to náklady a umožní komerční aktivity, o kterých jsme dosud jen snili. Pevně věřím, že Elon Musk uspěje.
Nejvýraznějšími změnami oproti normální Starship je absence aerodynamických řídících ploch a tepelného štítu. Tyto prvky jsou totiž potřeba pouze během návratu na Zemi, ale lunární Starship v tomto případě zůstane na Měsíci. Z oficiálních obrázků této lunární varianty Starship lze také vyčíst, že na špičce lodi budou umístěny solární panely a astronauté se z lodi dostanou na povrch Měsíce pomocí jakéhosi výtahu.
Zajímavá je také bílá barva lodi. Důvodem by mohl být přínosný efekt na tepelné vlastnosti nebo prostě jen líbivější vzhled. Normální Starship nátěr mít nemůže, protože by se opálil při návratu atmosférou. V tomto případě ale také může jít jen o uměleckou nepřesnost a loď ve skutečnosti bude mít normální ocelový povrch.
Upravená kosmická loď Starship pro lunární program Artemis agentury NASA (Zdroj: SpaceX)
Otazník také visí nad způsobem přistání na povrchu Měsíce. Na obrázku, který zachycuje okamžik těsně před přistáním, je vidět, že loď má tři atmosférické Raptory a tři vakuové, ale žádný z nich není zažehnutý. Jeden motor každého typu je na obrázku oranžový, což má nejspíš značit, že nějakou dobu hořely, ale před přistáním byly vypnuty.
Co tedy zajišťuje měkké přistání, když jsou Raptory vypnuté? Nabízí se několik možností. Elon Musk například nedávno odpověděl na otázku, jak bude Starship přistávat na Měsíci, když tah byť jen jednoho Raptoru je vzhledem k nízké lunární gravitaci moc vysoký. Uvedl, že stačí dosáhnout nulové rychlosti těsně nad povrchem, protože následný „pád“ na povrch nebude rychlý. To by teoreticky znamenalo, že Starship by si při přistání vystačila jen s Raptory.
Upravená kosmická loď Starship pro lunární program Artemis agentury NASA (Zdroj: SpaceX)
Situaci ale komplikuje to, že Raptory jsou tak silné, že například podle Roberta Zubrina to znemožní přistání na neupraveném povrchu Měsíce. Proud spalin by v podstatě vyfoukal kráter v regolitu a loď by se po přistání převrhla. Zároveň by byl měsíční prach natolik urychlen, že by mohl dostat až na orbitu Měsíce, což by způsobilo další komplikace. Že nejde o plané obavy, potvrzuje skutečnost, že SpaceX už nějakou dobu studuje vliv spalin na měsíční regolit během přistání Starship ve spolupráci s NASA.
K rozřešení nám pomůže bližší pohled na oficiální obrázek přistávající Starship. Loď je totiž ještě nad povrchem a Raptory jsou vypnuté, ale v horní části Starship si můžeme všimnout jakýchsi bílých trysek. Někteří je sice považují za světla, ale to mi přijde mimo a pravděpodobnější je, že jde o manévrovací trysky. Ty budou výrazně slabší než Raptory a navíc jsou umístěny výše, takže by neměly mít tak velký vliv na lunární regolit. Plán SpaceX je tedy možná takový, že během cesty z oběžné dráhy na povrch Měsíce zajistí velkou část potřebného zpomalení Raptory, ale ty pak budou před přistáním vypnuty, aby spaliny neposlaly prach až na oběžnou dráhu, a měkké přistání pak zajistí menší trysky.
Otázkou je, o jaké trysky vlastně jde. Starship měla být původně vybavena výkonnými manévrovacími motory, které by spalovaly metan a kyslík, tedy stejné látky jako Raptor. Avšak v zájmu urychlení vývoje má být první verze Starship vybavena jen běžnými (a slabšími) dusíkovými tryskami stejně jako Falcon 9. Elon Musk ale v minulosti uvedl, že je stále v plánu časem implementovat ty silnější metanové.
Trysky na obrázku září bíle, což by indikovalo spíše dusík, ale opět se vracíme k tomu, že umělecké rendery nemusejí být 100% přesné. Nápovědou by ale mohl být doprovodný dokument, který NASA vydala po oznámení finalistů výběrového řízení. Ten obsahuje obecné odůvodnění, proč NASA vybrala zrovna tyto tři firmy. Dokument neobsahuje skoro žádné technické informace, ale u SpaceX mě zaujala zmínka o manévrovacím systému Starship, který je oproti již ozkoušeným systémům „velmi komplexní“ a jeho vývoj podle NASA „vyžaduje značné množství času“, což by mohlo potenciálně ohrozit včasné dokončení projektu. To mě vede k názoru, že manévrovací trysky budou spíše ty metanové, protože to právě představuje vývojové riziko. SpaceX totiž dosud vyvinulo pouze jednoduché dusíkové trysky pro rakety Falcon a dále hydrazinové trysky Draco a SuperDraco pro lodě Dragon.
Zmíněný dokument dále vyzdvihuje, že navrhovaná Starship by byla vybavena dvěma plně redundantními přetlakovými komorami. Ty by sloužily pro oblékání a svlékání EVA skafandrů pro dva až čtyři astronauty najednou. To umožní provádění delších exkurzí na povrch. Dalším velkým pozitivem Starship je rozměrný obytný prostor a možnost dopravit na Měsíc až 100 tun nákladu. NASA si také pochvaluje potenciál Starship pro budoucí plány agentury na trvalou a udržitelnou přítomnosti lidí na měsíčním povrchu.
SpaceX také uvedlo, že než Starship v roce 2024 dopraví astronauty na povrch Měsíce, loď i nosná raketa by tou dobou už měly mít za sebou mnoho misí. Ty tak můžou posloužit jako demonstrace funkčnosti technologií potřebných pro bezpečné provedení lunární mise pro NASA. Konkrétně SpaceX očekává, že do roku 2024 bude mít Starship za sebou tyto milníky:
- Start rakety Super Heavy
- Znovupoužití Starship
- Orbitální let Starship s dlouhým trváním
- Let Starship dál než na nízkou oběžnou dráhu
- Demonstrace orbitálního tankování Starship
- Demonstrační přistání na Měsíci v roce 2022
Dvě propojené lodě Starship při orbitálním tankování (Zdroj: SpaceX)
NASA všechny zaslané návrhy vyhodnotila jak z technického hlediska, tak z hlediska managementu. Návrhy Boeingu a Vivace byly vyřazeny už na začátku a ze zbylých tří byl nejlépe posouzen plán týmu Dynetics, který získal hodnocení „velmi dobré“ v obou kategoriích. Na druhém místě byl Blue Origin s „přijatelným“ hodnocením technické stránky a „velmi dobrým“ managementem. SpaceX získalo v obou kategoriích pouze „přijatelné“ hodnocení. Mezi příklady důvodů pro toto hodnocení patří celkově riskantní a náročný koncept Starship a dále také zpoždění SpaceX ve vývoji Crew Dragonu a Falconu Heavy.
Toto je zatím poslední z několika projektů, na kterých SpaceX v poslední době spolupracuje s NASA. Kromě studií orbitálního tankování a vlivu raketových spalin na lunární regolit je SpaceX také součástí programu CLPS, jehož prostřednictvím budou různé soukromé firmy dopravovat menší náklady na povrch Měsíce. Před pár týdny pak bylo oznámeno, že SpaceX bude se svou novou lodí Dragon XL zásobovat chystanou lunární orbitální stanici Gateway.
Podpořte projekt ElonX
wpDiscuz
