Prečo má raketa SLS motory ako raketoplány a ako sa Mesiac využije pri ceste na Mars? Vysvetľuje astronóm Šilha

Pri vývoji rakety SLS, ktorá vynesie kozmickú loď Orion do vesmíru, sa recyklovali aj staršie technológie, podľa astronóma Jiřího Šilhu bolo hlavnou motiváciou ušetriť peniaze a čas.

O uvedenom rozhodnutí má vedec pochybnosti. „Nič z misie – kapsula, veľká cisterna ani pomocné rakety, ktoré sa spätne získavali pri misiách s raketoplánmi – sa už nevyužije. Jednotlivé misie sa preto predražia. Pri vývoji sa síce trochu ušetrilo, na druhej strane sa peniaze stratili tým, že každá misia bude nerecyklovateľná.“

Denník N sa rozprával s Jiřím Šilhom najmä o programe Artemis, ktorý má vrátiť ľudí na Mesiac. Vedec v rozhovore vysvetľuje nielen podrobnosti misie Artemis I, nepilotovaného skúšobného letu so štartom naplánovaným na túto sobotu, no zamýšľa sa aj nad podobou ľudskej stanice na Mesiaci či spoluprácou vesmírnych agentúr so súkromným sektorom.

Prečo sa zrušila pondelková misia Artemis I, nepilotovaný skúšobný let NASA k Mesiacu?

Jeden zo štyroch motorov na nosnej rakete SLS vykazoval nedostatočne nízku teplotu pre chladenie vodíka, ktorý slúži ako palivo. Mal zhruba o 20 stupňov Celzia viac, ako sa očakávalo. Inžinieri to vyhodnotili tak, že je to príliš nebezpečné – vodík musí mať istú teplotu, aby fungoval správne.

NASA uviedla, že pohonná jednotka bola v poriadku a chybový bol s najväčšou pravdepodobnosťou senzor. Viete o poruche viac?

Naozaj to vyzerá tak, že s motorom bolo všetko v poriadku a porucha bola zrejme na senzore. Otestovať by to mali pri ďalšom štarte v sobotu. Dovtedy senzor nestihnú vymeniť. Pri výmene by sa raketa musela odinštalovať z rampy a poslať na opravu. Teraz to vyzerá tak, že išlo len o okamžitú poruchu a dúfame, že v sobotu sa už nebude opakovať.

Je takýto typ problémov známy aj z minulosti?

Sú to bežné problémy. V zásade sa na štarte vyskytujú dva typy problémov. Prvým je nevhodné počasie a druhým to, ak niektorý zo senzorov vykáže hodnoty, ktoré vylučujú štart. V minulosti sa to stalo veľakrát pri rôznych typoch misií.

Chladenie motorov rakety SLS by v sobotu chceli začať o zhruba 30 až 45 minút skôr ako pri prvom štarte v pondelok. Ako toto opatrenie vyrieši problém?

Predtým sa chladenie motorov priamo na rampe, keď bola cisterna plná, nikdy netestovalo. V pondelok mali len niekoľko desiatok minút na to, aby vyhodnotili, či senzor dokážu kalibrovať a dostať z neho reálnejšie hodnoty, ktoré by zodpovedali fyzike v danej situácii.

Tým, že cisternu začnú napĺňať skôr, budú mať viac času na vychladenie a pravdepodobne aj na vyrovnanie sa s prípadnými anomáliami.

Program Artemis je program za desiatky miliárd dolárov, ako je možné, že chladenie sa dokonale neotestovalo vopred?

Program Artemis je pod časovým tlakom, politickým aj verejným. Určite chcú vyštartovať tento rok, ideálne ešte v lete. Raketa sa už testovala koncom jari, keď urobili takzvaný mokrý test. Vtedy sa mali všetky procesy otestovať – vrátane napĺňania a chladenia nádrže. Raketa bola na rampe a prichystali ju tak, akoby mala reálne štartovať. No pri napĺňaní nádrží došlo k úniku vodíka, takže k testovaniu chladenia paliva nikdy nedošlo. Preto sa prvý takýto test vykonal až tento pondelok.

Misia Artemis I je sama osebe jeden veľký test a je určená na to, aby sa doladili prípadné chyby a nezrovnalosti, ak sa objavia. No štart je iba začiatok a nevieme, čo nastane v ďalších fázach letu. Je možné, že sa vyskytnú nejaké technické problémy. Buď sa budú riešiť v daný moment, alebo po misii. To by mohlo spôsobiť oneskorenie misie Artemis II a ďalších misií.

Počasie pre sobotný štart rakety nevyzerá dobre, hoci štart nie je vylúčený. Aké počasie – napríklad prudký vietor, dážď alebo blesky – ohrozuje štart rakety?

Rolu hrá to, odkiaľ sa štartuje a akou zónou sa letí. Ak sa letí z Floridy, väčšinou sa letí na východ, čiže nad Atlantik. Sleduje sa, ako vyzerá počasie niekoľko míľ od štartovacej rampy aj pozdĺž trajektórie, kým je raketa v nižších výškach atmosféry. Najkritickejšie sú blesky, no veľkú rolu hrá aj vietor.

Čo sa týka dažďa, pri niektorých misiách neprekáža, ak mrholí a je zamračené. Pri misiách s ľudskou posádkou je ideálne – aspoň pri prvých testoch –, aby bolo jasno a loď sa mohla monitorovať zo Zeme aj opticky. Priamymi pozorovaniami zo Zeme možno lepšie vyhodnotiť, čo sa deje, ak nastanú problémy.

Ak by sa štart misie Artemis I v septembri nepodaril – nech už z akýchkoľvek dôvodov –, čo by to znamenalo pre ďalšie misie, respektíve celý program?

Ak bude problémom len počasie, ďalšie misie programu to nemusí zásadne ovplyvniť. Ak by sa štartovalo neskôr, bude menej času na vyhodnotenie misie do ďalšej misie Artemis II. Ale išlo by len o drobný posun. V podstate je jedno, či Artemis I prebehne teraz alebo o mesiac, dôležité je, čo sa bude diať počas nej – či sa pôjde podľa plánu, alebo sa odhalia nejaké nedostatky.

Domnievam sa, že teraz je cieľom štartovať preto, aby sa naplnili očakávania verejnosti, ktorá nechce čakať. Okno na štart trvá do konca budúceho týždňa. Ak by raketa dovtedy neodštartovala, musela by ísť preč z rampy. Ďalšie okno by bolo až o pár týždňov.

Môžu nastať nejaké okolnosti, za ktorých by sa celý program Artemis zrušil podobne ako jeho predchodca Constellation?

Dal by som príklad z roku 1972, keď sa zrušil program Apollo. Apollo 18 bolo pripravené na štart, ale jedného dňa sa kongres rozhodol, že už ďalšiu misiu nepodporí. Prakticky zo dňa na deň sa celý program zrušil. Artemisu sa môže stať to isté. No predpokladám, že človeka nechajú na Mesiaci pristáť, keďže do programu už investovali toľko zdrojov. Bude len na politikoch, aby sa rozhodli, či program bude následne pokračovať alebo nie.

Iná situácia ako nedostatok financií by nastala, ak by raketa nebola úspešná a došlo by ku katastrofe, napríklad by explodovala. Komplikáciou by bolo aj to, ak by mal Orion vážne technické problémy alebo by neprežil vstup do atmosféry Zeme. Je to jeden z najväčších testov, ktorý sa ešte nerobil, a spraví sa až pri misii Artemis I. Vstup Orionu do atmosféry sa už síce testoval, ale nie pri takej veľkej rýchlosti, akou sa bude vracať počas misie Artemis I. Ak by Orion zlyhal, išlo by o veľkú prekážku. Ak sa nemýlim, kozmickú loď Orion začali navrhovať už počas programu Constellation a vo vývoji je veľmi dlho – okolo 15 rokov.

Čo sa bude diať bezprostredne po štarte misie Artemis I v prípade, že raketa v sobotu – či nejakom neskoršom termíne – vyletí do vesmíru?

Misia má niekoľko fáz, prvou je dostať kozmickú loď Orion na obežnú dráhu Zeme. To sa stane v prvých minútach po štarte. Keď sa odpoja dve bočné rakety a hlavný raketový stupeň, iniciatívu preberie druhý raketový stupeň. Ten je pripojený k Orionu a servisnému modulu.

Orion bude v budúcnosti hostiť ľudskú posádku, teraz v ňom budú len figuríny. Na nich budú senzory a vykonávať budú rôzne typy testov, napríklad o množstve radiácie v kapsule. Servisný modul bude obsahovať základné materiály na podporu života a zároveň bude pomáhať s manévrovaním Orionu pri návrate na Zem. Druhý stupeň rakety je zodpovedný za to, aby doniesol servisný modul a osobnú loď Orion z gravitačného poľa Zeme k trajektórii Mesiaca. Toto všetko sa stane v prvých hodinách letu.

Priebeh misie Artemis I. Zdroj – NASA/YouTube

Čo sa bude diať potom?

Dôjde k odpojeniu druhého stupňa rakety. Servisný modul sa s Orionom vydá k Mesiacu. Cesta im potrvá asi týždeň. Následne sa táto dvojica zachytí v gravitačnom poli Mesiaca. Servisný modul bude musieť aktivovať motory v takom poradí, aby sa Orion voči Mesiacu spomalil a rýchlosť lode sa zmenila z únikovej rýchlosti zo Zeme na lunárnu. Dráha Orionu sa bude pomaly meniť a v najvzdialenejšom bode by sa mal dostať niekoľko desiatok tisíc kilometrov za Mesiac. Táto dráha bude relatívne stabilná vďaka špecifickej konfigurácii, že jej dráha bude pokrývať libračné (Lagrangeove) body. Ide o body stability medzi dvomi telesami, v tomto prípade medzi Zemou a Mesiacom (libračný bod je v nebeskej mechanike bod, v ktorom sa vyrovnávajú gravitačné a odstredivé sily – pozn. red.).

Počas cesty na Mesiac sa vypustí 10 satelitov, takzvaných cubesatov. Ide o malé družice skonštruované z niekoľkých kociek s rozmermi 10x10x10 centimetrov. Úlohou cubesatov bude skúmať Mesiac infračerveným žiarením či skúmať jeho povrch alebo vodu. Pôjde o test využitia týchto technológií vo vesmírnom výskume. V minulosti sa cubesaty poslali aj k Marsu. Onedlho sa využijú pri misii DART, ktorá ide k binárnemu asteroidu; malá družica typu cubesat bude sledovať dopad družice na povrch malého mesiačika.

Ako bude prebiehať konečná fáza misie Artemis I?

Asi dva až tri týždne bude Orion so servisným modulom obiehať okolo Mesiaca. Cesta na Zem zaberie posledný týždeň z misie. Celkovo bude misia trvať šesť týždňov. Tesne pred vstupom do atmosféry sa od Orionu oddelí servisný modul, ktorý tým ukončí svoju funkciu.

Do zemskej atmosféry vstúpi Orion rýchlosťou vyše 40-tisíc kilometrov za hodinu. Bude sa testovať, či manéver vykoná správne, aj to, ako sa loď bude správať potom – či budú dobre fungovať padáky a ďalšie technológie. Orion dopadne do Tichého oceánu, takže sa otestuje aj to, ako ho identifikovať a v rozumnom čase vyloviť.

Spomenuli ste, že s Orionom poletí aj Európsky vesmírny modul, projekt Európskej vesmírnej agentúry (ESA). „Kúpila“ si takýmto spôsobom ESA miesto na palube Orionu?

V podstate áno. Vďaka tejto technológii by sa mal v blízkej budúcnosti na Mesiac dostať aj európsky astronaut. ESA chce mať vlastný modul na orbitálnej stanici Gateway, ktorá bude obiehať okolo Mesiaca. Dúfam, že Európan sa dostane nielen na ňu, ale aj na povrch Mesiaca.

Prečo má raketa SLS motory RS-25 z raketoplánov?

SLS má rovnaké motory ako raketoplány. Technológia sa zrecyklovala. Samotná raketa je hybridom moderných a starších technológií, ktoré sa vyvíjali v 70. rokoch. To je pol storočia dozadu. Raketa SLS je o niečo nižšia ako Saturn V, ktorý sa používal pri programe Apollo, ale na obežnú dráhu okolo Mesiaca môže vyniesť oveľa viac ton materiálu. Orion pojme až šesť ľudí a dokáže vyniesť materiál na podporu života na tri týždne. Oproti programu Apollo je to značný rozdiel, lebo vo vtedajšej lodi boli len traja astronauti a podpora života bola niečo vyše týždňa.

Prečo sa zrecyklovali staršie technológie a nevychádzalo sa len nových?

Hlavnou motiváciou bolo ušetriť peniaze a čas na vývoj. Preto využili už existujúce technológie a skombinovali ich s niečím novým. Je otázne, či sa to podarilo. Bolo to zvláštne rozhodnutie. Viedlo k tomu, že raketa nemá moderné prvky, napríklad recykláciu niektorých stupňov. Každá misia Artemis bude nerecyklovateľná. Nič z misie – kapsula, veľká cisterna ani pomocné rakety, ktoré sa spätne získavali pri misiách s raketoplánmi – sa už nevyužije. Jednotlivé misie sa preto predražia. Pri vývoji sa síce trochu ušetrilo, na druhej strane sa peniaze stratili tým, že každá misia bude nerecyklovateľná.

Zatiaľ sa hovorí len o Artemis III, ale budú aj ďalšie pristátia na Mesiaci s ľudskou posádkou?

To, čo je odsúhlasené a veríme, že sa aj stane, je misia Artemis I až III. Dlhodobá perspektíva je, že misie Artemis IV až VI budú mať na starosti vybudovanie lunárnej stanice. Misie Artemis VII až IX by mali operovať medzi stanicou na južnom póle Mesiaca a stanicou Gateway, ktorá by mala obiehať okolo Mesiaca. Ale tieto misie treba očakávať až po roku 2028.

Na programe Artemis spolupracuje NASA aj so súkromným sektorom, no SpaceX mešká s vývojom kozmickej lode Starship či ďalších technológií. Nehrozí, že sa pre to omešká celý program?

Pristávací modul sa zveril do rúk súkromného sektora. Ide o jednu z najkomplexnejších úloh. Je pravda, že súkromný sektor je pod časovým tlakom, ale harmonogram Artemis III sa definoval pri súťaži, keď sa vyberal víťaz pristávacieho lunárneho modulu. SpaceX má zodpovednosť za to dostať človek na povrch Mesiaca a späť – badám istý progres, ale nevidím do toho natoľko, aby som vedel s istotou povedať, kde presne sa vo vývoji nachádzajú. Ak nebude k dispozícii pristávací modul alebo nebude riadne otestovaný, je logické, že Artemis III sa nemôže uskutočniť.

Ako by vyzerala misia Artemis III, ktorej cieľom je pristátie ľudí na Mesiaci? Vyniesli by sa astronauti Orionom na orbitálnu stanicu Gateway, odkiaľ by prestúpili do pristávacieho modulu?

Áno. Astronauti sa k stanici Gateway pripoja, keď pôjdu zo Zeme. Gateway nebude dočasnou, ale trvalou prestupnou stanicou. Z nej astronauti prestúpia do druhej lode, ktorou pristanú na povrch Mesiaca. K odpojeniu dôjde nad severným pólom Mesiaca, aby modul pristál v okolí toho južného, čo je oblasť určená pre budúcu kolonizáciu.

Technológia, ktorou sa astronauti dostanú na Mesiac, ich z neho bude musieť aj dostať. Jedna a tá istá technológia tak bude plniť dve úlohy – dostať ľudí bezpečne na povrch Mesiaca a „vystreliť“ ich späť na prestupnú stanicu Gateway. Vďaka nej bude na prestup potrebná menšia rýchlosť delta-v. Z Mesiaca sa vyštartuje tak, aby sa modul stretol s orbitálnou stanicou, keď bude v najnižšom bode pri severnom póle Mesiaca.

Zatiaľ sa stanica Gateway v okolí Mesiaca nenachádza. Kedy sa začne s jej výstavbou?

Prvý modul stanice Gateway by sa mal dostať hore v roku 2024. Predpokladám, že v čase Artemis III bude hore prinajmenšom jeden funkčný modul Gateway.

Prečo sa chcú Američania po 50 rokoch opäť dostať na Mesiac?

Dosť to súvisí s boomom vesmírnych technológií. Štarty sa stali lacnejšími vďaka tomu, že niektoré časti sa recyklujú. Súkromný sektor sa čoraz viac angažuje na nízkych dráhach okolo Zeme. Vzniká dostatočne veľká ekonomika na to, aby sa postupne mohla začať opúšťať dráha do 40-tisíc kilometrov nad zemským povrchom. Mesiac má potenciál vzniku ekonomiky, ktorá by na ňom udržala človeka dlhodobo. Nie je len politickým cieľom. Mesiac je vhodný kandidát na ťažbu vzácnych kovov. V ostatných desaťročiach sa potvrdilo, že tam je dostatočné množstvo vody, ktoré by sa dalo využívať ako lokálny zdroj, napríklad ako palivo.

Paralelne k tomu sa o Mesiaci hovorí ako o prestupnej stanici na ceste na Mars. Ak sa chceme baviť o Marse, najprv musíme zdolať Mesiac. Najprv musíme odpovedať na otázky, ako na Mesiac dostať človeka a udržať ho tam dlhodobo. Ak sa naučíme pracovať s Mesiacom, existuje potenciál, že budeme vedieť ísť ďalej, napríklad na Mars.

Nebolo by efektívnejšie, ak by sa na Mesiac vyslali namiesto ľudí roboty? Alebo je ľudská posádka nenahraditeľná?

Budúce misie na Mesiac nebudú vyžadovať takú veľkú posádku, lebo mnoho úloh sa presunie na roboty. Ale teraz chceme zistiť aj to, či človek dokáže dlhodobo prežiť na inom vesmírnom telese. Navyše nie všetko vieme nahradiť robotmi, hlavne v prostredí, ktoré nepoznáme. Najprv pôjde človek na Mesiac na niekoľko dní a potom sa bude vyhodnocovať, či na ňom môžeme prežiť aj niekoľko týždňov, mesiacov či rokov. Robot je vhodný na prieskum prostredia, ale teraz je cieľom vybudovať na povrchu Mesiaca permanentnú stanicu. Človeka potrebujete na to, aby dal obydlie dokopy. Neskôr, keď sa mnohé procesy zautomatizujú, ho bude možné nahradiť.

Ako by vyzerala stanica na povrchu Mesiaca?

NASA hovorí o moduloch – buď by sa pripravili vopred na Zemi a na Mesiac by sa vyniesli v takomto stave, alebo by boli nafukovacie a pri prenose by zaberali oveľa menej miesta. Moduly by vyzerali ako kontajnery a boli by navzájom poprepájané. Poskytovali by všetko potrebné pre život – ubytovanie, recykláciu či možnosť pestovať plodiny.

Myslím, že japonská vesmírna agentúra má iný koncept ako NASA – astronauti by žili v jaskyniach a infraštruktúra by sa vytvorila v podzemí.

Považujete za reálne, aby sa už v 30. rokoch tohto storočia astronauti vydali na Mars?

Všetko bude závisieť od úspechu programu Artemis. Letu na Mars musí predchádzať dlhodobá stanica na Mesiaci, ktorá by fungovala povedzme päť rokov. Lety na Mesiac by museli byť pravidelné a do programu by sa muselo zapojiť viacero krajín aj súkromný sektor. Až potom by sa dalo uvažovať o ceste na Mars. Ak bude úspešná napríklad misia Artemis VI, povedzme v rokoch 2028 až 2030, stálo by za to začať pripravovať misiu na Mars. V takom prípade by sa na Marse mohlo pristáť medzi rokmi 2035 až 2040. Ak všetko pôjde tak, ako má, 15 rokov odteraz považujem za realistický odhad.

Druhou najväčšou vesmírnou agentúrou po NASA je čínska, neplánujú aj v Číne pristáť s ľudskou posádkou na Mesiaci?

Čína vykonáva všetky kroky ako giganti Sovietsky zväz a Spojené štáty v minulosti, keď bol vesmír hlavným bojiskom počas studenej vojny. Čína má potenciál aj technológie. Prvá planéta slnečnej sústavy, kam sa vydali, bol Mars. Nielenže k nemu dokázali poslať orbiter, teda družicu, ktorá obieha okolo planéty, ale aj lander, teda pristávací modul.

Čínska misia na Mesiac sa na Zem vrátila so vzorkou. To je takisto úchvatné. Misia mala všetky parametre misií s ľudskou posádkou, len v menšom meradle.

Problémom Číny je, že sa momentálne sústredí najmä na nízku dráhu okolo Zeme, kde buduje svoju orbitálnu stanicu. Tento projekt je ekonomicky extrémne náročný. Ďalší modul vyšlú koncom tohto roka. Keď bude stanica hotová a bude fungovať niekoľko rokov, myslím si, že Čína bude technologicky aj ekonomicky pripravená na to, aby sa začala pozerať na Mesiac. Realisticky to vidím okolo roku 2030.