Program Artemis

Artemis je kozmický program, ktorého cieľom je obnovenie letov človeka na Mesiac. Hlavným cieľom je dostať na povrch Mesiaca do roku 2024 ďalšieho muža a prvú ženu. Zároveň by však na obežnej dráhe okolo Mesiaca mala vzniknúť stanica Gateway a na povrchu Mesiaca by mala byť vybudovaná trvalá infraštruktúra. 

Program je realizovaný americkým Národným úradom pre letectvo a kozmonautiku (NASA), ale podieľajú sa na ňom aj americké súkromné spoločnosti, Európska vesmírna agentúra, Japonská kozmická agentúra, Kanadská kozmická agentúra, Talianska kozmická agentúra, Austrálska kozmická agentúra, Kozmická agentúra Spojeného kráľovstva, Kozmická agentúra Spojených arabských emirátov, Štátna kozmická agentúra Ukrajiny a Brazílska kozmická agentúra.

Vznik programu  
Program Artemis do istej miery využíva pokrok a skúseností, ktoré boli dosiahnuté pri niektorých predčasne zrušených programoch a misií NASA (napríklad program Constellation alebo misia Asteroid Redirect Mission). Constellation, ktorý bol legislatívne schválený v roku 2005 a prebiehal až do roku 2010, zahŕňal napríklad vývoj kozmickej lode Orion Crew Exploration Vehicle.

Dňa 11. októbra 2010 podpísal prezident Barack Obama zákon NASA Authorization Act of 2010, ktorý obsahoval požiadavky na okamžitý vývoj nosnej rakety Space Launch System ako pokračovateľa Space Shuttle. Zákon zároveň umožnil pokračovať vo vývoji kozmickej lode Orion Crew Exploration Vehicle, ktorá by od roku 2016 umožnila misie za hranicami nízkej obežnej dráhy Zeme.

V decembri 2017 prezident Donald Trump podpísal Space Policy Directive 1. Tento dokument autorizoval NASA na začatie príprav na návrat na Mesiac. O niekoľko mesiacov neskôr vystúpil šéf NASA Jim Bridenstine s prejavom, v ktorom položil základy programu Artemis tak, ako ho poznáme dnes. NASA pôvodne počítala s pristátím posádky na Mesiaci v roku 2028, ale v marci 2019 viceprezident Mike Pence oznámil, že sa tak stane o štyri roky skôr.

Dňa 14. mája 2019 dostal tento program oficiálne označenie Artemis - po gréckej bohyni Mesiaca, ktorá je zároveň dvojčaťom boha Apolóna (v angličtine Apollo, čo je odkaz na prvý americký program letov na Mesiac).

Nosná raketa 

Pre program Artemis bola vyvinutá superťažká nosná raketa Space Launch System (SLS) od spoločnosti Boeing, ktorá dokáže v rámci jednej misie poslať na Mesiac kozmickú loď Orion, astronautov a náklad. Raketa poskytuje Orionu energiu, ktorá pomáha kozmickej lodi dosiahnuť rýchlosť 39 400 km/h, čo je rýchlosť potrebná pre let na Mesiac.

Prvé tri misie Artemis budú využívať raketu SLS Block 1, ktorá dokáže dostať na Mesiac 27 ton nákladu vrátane Orionu a jeho posádky. Celá raketa je dlhá asi 98 metrov, čo je viac ako výška sochy Slobody. SLS váži 2,6 milióna kg a dokáže vyvinúť o 15 percent vyšší ťah ako raketa Saturn V.

Pohon rakety pozostáva zo štyroch motorov RS-25D na kvapalné palivo a dvoch päťsegmentových pomocných raketových motorov na tuhé palivo. Palivová nádrž pre motory RS-25D má dĺžku 62 metrov a obsahuje palivo (tekutý vodík) s okysličovadlom (tekutý kyslík).

Ďalšou verziou rakety SLS bude Block 1B, ktorá bude schopná vyslať do hlbokého vesmíru 38 ton nákladu. Najvýkonnejšou verziou má byť Block 2, ktorá bude navrhnutá tak, aby dopravila k Mesiacu viac ako 46 ton.

Kozmická loď 
Pre mesačné (v budúcnosti tiež medziplanetárne) misie bola vyvinutá kozmická loď Orion MPCV (Orion Multi-Purpose Crew Vehicle). Táto kozmická loď sa skladá z modulu pre posádku CM (Crew Module) a z európskeho servisného modulu ESM (European Service Module). Modul pre posádku zdedil svoj tvar z kapsuly Apollo, ale inak predstavuje úplne novú konštrukciu. Na pohon Orionu slúži európsky servisný modul ESM obsahujúci rad manévrovacích trysiek a hlavný motor AJ10-190, ktorý používa ako palivo monometylhydrazín a ako oxidačné činidlo oxid dusíka NO2. Výhodou hydrazínového paliva je jeho vysoká stabilita a fakt, že znesie aj prudké zmeny teploty po dlhú dobu. Nevýhodou je jeho vysoká toxicita a karcinogenita, preto sa prevažne používa na pohon vyšších stupňov rakiet alebo vesmírnych sond. Vesmírna loď Orion je navrhnutá pre štyroch až šiestich astronautov, ktorých misie môžu trvať po dobu až troch týždňov.

Lunárna vesmírna stanica 
Stanica Gateway bude základňou obiehajúcou okolo Mesiaca, ktorá poskytne zásadnú podporu pre udržateľný a dlhodobý návrat človeka na mesačný povrch, ako aj východiskový bod pre prieskum hlbokého vesmíru. 

Gateway bude obiehať na polárnej dráhe okolo Mesiaca, periluna má byť vo výške približne 3 000 km nad severným pólom Mesiaca a apoluna vo výške 70 000 km nad južným pólom Mesiaca. Perióda obehu by mala byť 7 dní. Okno pre štart z Mesiaca sa teda bude otvárať každých sedem dní, teda počas najväčšieho priblíženia stanice k povrchu, kedy sa bude môcť uskutočniť spojenie so stanicou. Na rozdiel od ISS nebude stanica obývaná po celý rok. 

V prvej fáze sa počíta so štyrmi modulmi lunárnej orbitálnej stanice Gateway.

Misie

Artemis I 

Misia Artemis I je realizovaná bez posádky, pričom na palube Orionu sú namiesto astronautov rôzne prístroje. Vypustených bolo tiež 13 satelitov CubeSat patriacich predovšetkým rôznym univerzitám a výskumným centrám. Časť z nich poskytne dôležité dáta o okolitom prostredí pre ďalšie lety programu Artemis.

Artemis I odštartovala 16. novembra 2022 z Kennedyho vesmírneho strediska z nedávno zrenovovaného Štartovacieho komplexu 39B. SLS vyniesla loď Orion na obežnú dráhu okolo Zeme. Tam sa zapálil motor druhého stupňa RL-10, čo zaistilo "odtrhnutie" z obežnej dráhy Zeme a nasmerovanie na trajektóriu k Mesiacu. Následne došlo k odpojeniu tohto druhého stupňa, z ktorého ešte boli vypustené spomínané satelity a Orion zamieri k Mesiacu. Na jeho obežnej dráhe strávi asi šesť dní a následne sa vráti späť na Zem.

Podľa vyjadrenia agentúry NASA je hlavnou prioritou misie otestovať vysokorýchlostný vstup do zemskej atmosféry. Orion vletí do atmosféry rýchlosťou Mach 32, teda asi /h. Tepelný štít sa pritom zahreje na teplotu presahujúcu 2 700 °C. Ponúka sa porovnanie s nedávnym letom Crew Demo-2, pri ktorom posádka na palube lode Crew Dragon vstupovala do atmosféry rýchlosťou /h a tepelný štít sa zahrial asi na 1 900 °C.

Ďalším cieľom misie je taktiež získanie reálnych dát z prevádzky SLS a letu k Mesiacu.

Artemis II 

Misia Artemis II by mala odštartovať v auguste 2023 a bude trvať približne desať dní. Po prvotnom dosiahnutí obežnej dráhy Zeme prebehne jeden oblet, po ktorom sa zapáli motor druhého stupňa, čím sa Orion postupne dostane na vysokú obežnú dráhu Zeme. Tu sa druhý stupeň oddelí od lode a pred tým, než bude navedený do zemskej atmosféry, poslúži ešte raz. Posádka ho využije pri teste manuálneho manévrovania. S využitím palubných prístrojov, kamier, ale aj výhľadu z okien prebehne simulácia priblíženia a následného vzdialenia sa od druhého stupňa, čo poskytne dôležité dáta a poslúži ako tréning na dokovanie, ktoré bude súčasťou ďalších misií programu. Po dokončení tohto testu ovládanie prevezme opäť riadiaci tím na Zemi. 

Posádka strávi na vysokej obežnej dráhe Zeme zvyšok dňa, počas ktorého budú testované rôzne systémy lode, predovšetkým tie, ktoré zaisťujú podporu života. Posádka tiež odloží skafandre a prezlečie sa do bežného oblečenia, v ktorom zostane až do dňa návratu na Zem.

Zaujímavé je, že počas pobytu na vysokej obežnej dráhe Zeme bude Orion mimo dosahu bežne používaných komunikačných satelitov TDRS. Tým pádom sa tiež otestuje komunikácia cez Deep Space Network (DSN). Tá bude kriticky dôležitá pri samotnom lete k Mesiacu, pretože bude slúžiť nielen na komunikáciu, ale aj aktualizáciu navigačných dát.

Po dokončení všetkých testov na vysokej obežnej dráhe Zeme začne samotný let k Mesiacu. Pretože druhý stupeň rakety už touto dobou bude mimo hry, o nasmerovanie na správnu trajektóriu sa postará servisný modul lode Orion. Loď poletí po trajektórii voľného návratu, čo znamená, že po oblete Mesiaca využije gravitáciu Zeme k návratu a nebude tak potrebný zážih motorov. Let k Mesiacu potrvá štyri dni. Akonáhle Orion obletí Mesiac, bude pokračovať zase späť smerom k Zemi, pričom let potrvá opäť približne štyri dni. Počas spiatočného letu bude celý jeden deň vyhradený pre osobné voľno astronautov. Tí sa budú môcť mentálne pripraviť na návrat na Zem a pomocou videohovoru sa spojiť s rodinami.

Jeden deň pred návratom potom prebehnú testy ovládania lode, tlakovanie na úrovne návratu, a tiež bude nutné upevniť všetky voľne umiestnené predmety. V deň návratu sa posádka opäť prezlečie do natlakovaných skafandrov a pripúta sa na svojich miestach. Následne dôjde k odpojeniu servisného modulu lode. Potom už začne samotný vstup do atmosféry.

Loď Orion by mala vstúpiť do zemskej atmosféry ešte o niečo rýchlejšie ako pri misii Artemis I. Samotný prelet atmosférou zníži rýchlosť zo /h na /h. Následne sa otvoria padáky, ktoré Orion spomalia až na /h. V poslednej fáze dopadne loď na hladinu Tichého oceánu, kde už by mali čakať záchranné lode.

Artemis III 

Ostrý let posádky s pristátím na Mesiaci sa uskutoční vrámci misie Artemis III, ktorá je predbežne naplánovaná na október 2024. V štvorčlennej posádke bude aj jedna žena, ktorá sa stane prvou ženou v histórii, čo vstúpi na povrch Mesiaca. Misia bude trvať približne tridsať dní, pričom týždeň z toho strávi časť posádky priamo na Mesiaci. 

Posádka opäť odštartuje z Kennedyho vesmírneho strediska na palube lode Orion, ktorú na obežnú dráhu Zeme vynesie raketa SLS. Postup bude do značnej miery podobný, ako u predchádzajúcej misii. Zmena nastane vo chvíli, keď loď Orion dorazí na obežnú dráhu Mesiaca. Tu totiž bude musieť dôjsť k prestupu, keďže loď Orion na Mesiaci priamo pristáť nedokáže. Pre prestup z Orionu má NASA pripravené dva varianty. 

Prvá možnosť počíta s tým, že na obežnej dráhe bude pripravený samostatný lunárny modul, ktorý tam bude dopravený súkromnou spoločnosťou v rámci programu HLS - Human Landing System. Orion sa teda na obežnej dráhe spojí s modulom HLS, do ktorého prestúpia dvaja z členovia posádky a vydajú sa na Mesiac. Druhá možnosť predpokladá, že obežnej dráhe Mesiaca vznikne vesmírna stanica Gateway, ktorá bude okrem iného slúžiť práve k prestupu posádok. Na obežnú dráhu Mesiaca má byť v základnej forme umiestnená už v roku 2023.

Či už teda prestup na obežnej dráhe Mesiaca prebehne akokoľvek, dvaja členovia na palube lunárneho modulu HLS zamieria na Mesiac. Pristanú v oblasti mesačného južného pólu, ktorý je zaujímavý najmä kvôli prítomnosti vody v ľadovej forme. Presné miesto pristátia však zatiaľ nebolo vybrané. Vhodné zóny vyberá medzinárodný tím, ktorý okrem súčasných poznatkov počíta aj so zhodnotením dát zo sond vyslaných v najbližších rokoch v rámci programu Commercial Lunar Payload Services. Vhodné miesto na pristátie musí byť dostatočne osvetlené slnečným svitom. To je dôležité jednak kvôli tomu, že ide o jediný zdroj elektrickej energie, ale aj pre zabezpečenie maximálne teplotne stabilného prostredia. Zároveň však musia byť v blízkosti aj permanentne zatienené regióny, v ktorých má prebiehať výskum. Povrch zvoleného miesta musí byť kvôli pristátiu pomerne rovný a nesmú na ňom byť žiadne balvany ani preliačiny. Astronauti majú v tomto mieste stráviť šesť a pol dňa a po celú dobu musí byť zabezpečená komunikácia so Zemou ako aj zdroj elektriny.

Lunárny modul HLS na povrch Mesiaca dopraví okrem dvoch astronautov aj sto kilogramov vybavenia vrátane vedeckých prístrojov. Na spiatočnej ceste ponesie modul okrem astronautov aj asi 35 kg odobratého materiálu. Vedeckým zameraním misie Artemis III totiž bude hlavne geológia.

Výstupy na mesačný povrch sú naplánované na 1., 2., 4. a 5. deň. Tretí bude slúžiť na odpočinok posádky, vykonávanie vedeckých činností na palube modulu a zrejme aj na mediálne výstupy. Zostávajúci čas do 6,5-denného limitu spotrebujú procedúry po pristátí i pred vzletom, ako je úprava tlaku v kabíne alebo obliekanie skafandrov.

Vzdialenosť, na ktorú sa bude posádka vzďaľovať od lunárneho modulu bude závisieť od toho, či bude musieť chodiť pešo. V programe Artemis sa totiž počíta s dvojicou dopravných prostriedkov. Prvým je Lunar Terrain Vehicle - LTV, čo by mala byť jednoduchá otvorená buggyna. Druhým je Habitable Mobility Platform - HMP, čo by mohol byť uzavretý pretlakovaný dopravný prostriedok pre dlhšie expedície.

Po uplynutí necelého týždňa posádka na Mesiaci zbalí všetky vzorky a časť vybavenia. Vybavenie, ktoré na Mesiaci zostane pre ďalšie misie, bude potrebné zabezpečiť v dostatočnej vzdialenosti od modulu. Akonáhle bude všetko pripravené, posádka na palube HLS odštartuje späť na obežnú dráhu Mesiaca. Tam sa opäť spojí s Orionom, resp. prípadne sa stanicou Gateway. Potom sa so zvyškom posádky vydajú na trojdňový návrat k Zemi. Pristátie bude zrejme opäť obdobné ako u misie Artemis II.

Referencie 

Kozmické programy
Prieskum Mesiaca
Kozmonautika v 2022