Wracamy! Na Księżyc..., cz. I

W 2010 r. najprawdopodobniej po raz ostatni na orbitę poleci wahadłowiec kosmiczny. Już cztery lata później nowy statek NASA ma przycumować do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), a w roku 2020 ludzie wrócą na Księżyc z zamiarem zbudowania stałej bazy. Jeszcze niedawno taka wizja wydawała się nierealna.

Dziś zainteresowanie Księżycem wzrasta, zwłaszcza w starających się o utrzymanie naukowo-technicznego prymatu Stanach Zjednoczonych. Sytuacja jest korzystna, gdyż dobiega końca budowa ISS i konstruktorzy NASA będą mogli skoncentrować się na nowym zadaniu. To ważne, bo katastrofa wahadłowca Columbia w lutym 2003 r. ukazała problemy wewnętrzne w funkcjonowaniu tej agencji, wynikające m.in. z braku określonego, długoterminowego celu. NASA wyraźnie potrzebowała wyzwania, które mogłoby wskrzesić "ducha Apolla".

Baza ma być poligonem

Przeformułowana wizja amerykańskiej polityki eksploracji kosmosu, przedstawiona przez prezydenta Georga W. Busha w styczniu 2004 r., za długofalowy cel programu kosmicznego uznaje ciągłe poszerzanie sfery ludzkiej obecności w przestrzeni kosmicznej. NASA ma się stać agencją skupioną na eksploracji.

Cel nowego programu - o nazwie Constellation - jest bardzo konkretny: lądowanie na Księżycu do roku 2020 i zbudowanie tam stałej bazy służącej do badań naszego satelity. Baza ta ma być również poligonem doświadczalnym, który pozwoli rozwijać nowe technologie i uczyć się sprawnego, możliwie jak najmniej zależnego od Ziemi funkcjonowania w kosmosie. Dzięki temu kolejny krok - załogowa misja na Marsa - stanie się i realniejszy, i bezpieczniejszy.

W latach 60. i 70. ub.w. zakładano, że stacja kosmiczna na orbicie Ziemi oraz tanie wahadłowce będą odskocznią do dalszej eksploracji przestrzeni kosmicznej. Niestety, wizje te się nie sprawdziły. Wahadłowce mają wyjątkowe możliwości, okazały się jednak kosztowne i niebezpieczne w eksploatacji (obecnie ryzyko katastrofy szacuje się na 1:220). Rozmiary stacji orbitalnej trzeba było zmniejszyć ze względu na oszczędności. ISS jest dziś sprawnym laboratorium na orbicie, lecz nigdy nie będzie orbitalną stocznią służącą do montażu pojazdów, które mogłyby wyruszyć na podbój dalszych rejonów kosmosu. W tej sytuacji trzeba było podjąć radykalne decyzje: wycofać wahadłowce i opracować nowy statek kosmiczny - Orion.

Orion - następca Apolla

Z wyglądu Orion tak przypomina kapsuły Apolla, że niekiedy media nazywają go "Apollem na sterydach". Rzeczywiście, będzie to kapsuła pozbawiona skrzydeł, wynoszona w kosmos na szczycie rakiety i powracająca na Ziemię na spadochronach. Statek składa się z dwóch części: stożkowego modułu załogowego wielokrotnego użytku (kwatery załogi i miejsce pracy; to w nim będą wracać na Ziemię astronauci i ładunek) oraz znajdującego się za nim cylindrycznego modułu serwisowego (zapewnia funkcjonowanie statku i zawiera główny silnik; będzie odrzucany przed wejściem w ziemską atmosferę i ulegnie zniszczeniu). Zatem przebieg misji rzeczywiście przypomina loty statków Apollo.

Orion będzie jednak całkowicie nowym statkiem, prawie trzykrotnie większym od Apolla i zbudowanym z zastosowaniem najnowocześniejszych technologii. Ma być pojazdem wielokrotnego użytku, uniwersalnym, przeznaczonym zarówno do obsługi ISS, jak i misji księżycowych, a potencjalnie mógłby posłużyć nawet do lotu na Marsa. Na orbitę Ziemi zabierze sześć osób, a na Księżyc - cztery. Dzięki zasilaniu za pomocą charakterystycznych, okrągłych paneli baterii słonecznych będzie mógł pozostać w kosmosie przez co najmniej sześć miesięcy.

W 2014 r. Orion jako pierwszy od 33 lat załogowy pojazd kosmiczny o całkowicie nowej konstrukcji odbędzie lot inauguracyjny. Koszt realizacji przedsięwzięcia do pierwszego lądowania na Księżycu oszacowano na 83 mld dolarów (wg cen z 2005 r.). Dla porównania: koszt programu Apollo w przeliczeniu na dolary 2005 r. wyniósł 165 mld! Realizacja programu będzie możliwa przy zachowaniu aktualnego poziomu budżetu NASA (wynoszącego około 0,7 proc. budżetu federalnego USA), tym bardziej że zakończenie lotów wahadłowców pozwoli uwolnić znaczne środki - około 5 mld dolarów rocznie.

Na beczce prochu

Aby osiągnąć cel programu Constellation jak najmniejszym kosztem i bez opóźnień, NASA zdecydowała, że dla potrzeb nowego statku i misji księżycowych nie będzie budować całkowicie nowej rakiety. Orion zostanie wyniesiony w kosmos za pomocą rakiety Ares I, która jako pierwszy stopień będzie wykorzystywać udoskonaloną wersję sprawdzonych rakiet SRB (podczas startu wahadłowca dwie takie rakiety są umieszczone po bokach głównego zbiornika paliwa).

Dzisiejsze SRB składają się z czterech segmentów, dodanie piątego pozwoli zwiększyć ich moc. Po starcie SRB będzie odzyskiwana i wykorzystywana w następnych lotach. Na szczycie SRB znajdziemy drugi stopień, który pozwoli Orionowi dotrzeć na orbitę. Będzie to nowa konstrukcja, ale korzystająca z silnika J-2X - zasilanej ciekłym wodorem i tlenem rozwojowej wersji napędu stosowanego w górnych stopniach rakiet Saturn.

Po raz pierwszy w historii pojazd załogowy będzie wynoszony przez rakietę na paliwo stałe. Wiąże się to z pewnym zagrożeniem, bo taka rakieta po odpaleniu nie może zostać wyłączona, nie ma także sposobu na sterowanie wielkością jej ciągu. Jednak znajdujący się na tej beczce prochu Orion zapewni załodze bezpieczeństwo około 10 razy większe niż wahadłowce. Na szczycie rakiety umieszczono bowiem rakietę ratunkową, która w razie zagrożenia będzie mogła oderwać moduł załogowy od eksplodującej rakiety i wynieść na bezpieczną odległość.

Goliat wśród rakiet

W latach 60. największym wyzwaniem w wyścigu na Srebrny Glob było zbudowanie odpowiednio potężnej rakiety nośnej. Legendarny Saturn V mógł wynieść na orbitę Ziemi 119 t ładunku, a w kierunku Księżyca - 45 t. Jednak budowę tych rakiet zakończono wraz z programem Apollo i obecnie USA nie dysponują podobną konstrukcją (najpotężniejsze rakiety mają pięciokrotnie mniejszy udźwig). Dlatego inżynierowie z NASA pracują nad następcą Saturna V.

Nowa rakieta, Ares V, będzie mogła wynieść na orbitę 131 t ładunku. To wartość z pozoru podobna do osiągów wahadłowca, jest jednak istotna różnica: obecnie 100 t ładunku to masa samego wahadłowca! Rakieta będzie wykorzystywać zmodyfikowany zewnętrzny zbiornik promów, uzupełniony o pięć silników RS-68 (na ciekłe wodór i tlen), stosowanych w rakiecie Delta IV. Tak jak w wahadłowcu, start będą wspomagać dwie zmodyfikowane rakiety SRB, czyli... pierwsze stopnie Aresa I. Drugi stopień (Earth Departure Stage - EDS) będzie napędzany silnikiem J-2X, tym samym, co w górnym stopniu rakiety załogowej. Jego zadaniem będzie wprowadzenie ładunku na orbitę Ziemi, a następnie wysłanie go w kierunku Księżyca. Masa takiego ładunku będzie mogła wynieść 65 t, a więc prawie 50 proc. więcej niż w przypadku Saturna V.

Zaletą przyjętej koncepcji lotu na Księżyc jest wykorzystanie w istotnym stopniu już istniejących rozwiązań, co znacznie zmniejsza koszty. Dodatkowe oszczędności wynikną z faktu, że Ares V ma służyć do wynoszenia jedynie bezzałogowych ładunków, a więc jej niezawodność może być niższa niż rakiet z pojazdami załogowymi.

Ares I z pojazdem załogowym oraz Ares V stworzą spójny system transportu kosmicznego. Oznacza to jednak, że NASA będzie mogła wysłać ludzi na Księżyc dopiero po zbudowaniu i przetestowaniu Aresa V, a więc nie wcześniej niż w roku 2019.

Ciąg dalszy już wkrótce...

Jakub Ryzenko

autor jest specjalistą w zakresie polityki kosmicznej i wykorzystania technik satelitarnych.