Na program nových pilotovaných prostředků byla nasazena redukční dieta

(Return to Moon: Aktualita 2006-04-14)

Studie ESAS [=Exploration System Architecture Study], čítající 723 stran a zveřejněná teprve nedávno, měla definovat základní technické parametry prostředků nástupců kosmického raketoplánu Space Shuttle, které by mohly být použitelné i pro rozšíření činnosti pilotované kosmonautiky na Měsíc. I přes zdánlivě seriózní přístup autorů studie se zdá, že jejich představy se, mírně řečeno, minuly s realitou. Zda tomu tak skutečně je a zda se nedočkáme zcela zásadní revize, se uvidí v dalších měsících. Následující příspěvek se zabývá některými problémovými aspekty připravovaného projektu.

Vývoj nových prostředků americké pilotované kosmonautiky, které by měly mimo jiné umožnit obnovení letů na Měsíc a někdy snad i dále, se po zveřejnění obsáhlé studie ESAS, řešící celou architekturu systému, musí vyrovnat s první velkou redukcí původních představ. Za pravdu tak dostávají kritické hlasy, které označovaly navržené parametry a některá technická řešení za zbytečně předimenzovaná a neúčelná.
Doporučení na změny v architektuře kosmické lodi CEV [=Crew Exploration Vehicle], měsíčního modulu LSAS a nosných prostředků vznikla na základě pokynu administrátora Griffina, který patrně poznal, že s přidělenými prostředky není schopen realizovat všechny cíle z "Vize kosmického průzkumu" prezidenta Bushe.
Jaké jsou hlavní změny oproti původní studii ESAS?

Raketové motory spalující metan nebudou

Motory spalující metan se do studie dostaly jako úlitba společnosti Mars Society, která projekt rovněž podporuje. Jediným rozumným zdůvodněním takového řešení byla šance vyrábět palivo z atmosféry Marsu. Naopak pro lety na oběžné dráze kolem Země a pro cesty na Měsíc metanové motory naprosto postrádají smysl. Proti použití metanu hovoří i další technické důvody. Metan se hůře udržuje v kapalném stavu. Při delších cestách (parkování u ISS, vyčkávání na start posádky, pobyt u Měsíce - nemluvě o letu k Marsu) hrozí nebezpečí, že by se neudržela teplota v nádržích a došlo by k varu látky.
Metan jako palivo má i jistý politický podtext. Pokud by se měl vyvinout spolehlivý výkonný motor pro CEV v daném termínu, muselo by se jít do spolupráce s Ruskem. Pouze tam byly zatím totiž metanové motory zkoušeny. Je jasné, že taková cesta by byla těžko průchodná přes americký Kongres.
Servisní modul CEV se nyní předělává na kombinaci LOX/alkohol, LOX/kerosen nebo na stejné hypergolické látky (oxid dusičitý, monometylhydrazin), jaké se užívaly u Apolla. Klasické pohonné látky mají sice menší specifický impuls než kombinace LOX/LCH4, tato skutečnost se ale dá zohlednit při návrhu kosmické lodi.

Zmenšená velitelská sekce

Jedním z nejvíce kritizovaných parametrů ze studie ESAS byla velikost velitelské sekce plavidla CEV. Bylo zřejmé, že pro plánované účely je příliš obrovská. Nyní tedy má být zmenšena z původního průměru 5.5 m na 5.0 m. Tím dojde rovněž k úspoře hmotnosti, což se může hodit jako rezerva na další zásoby pohonných látek, případně jako pojistka na nárůst hmotnosti konstrukce, až se začne skutečně loď stavět.

Zrušení raketového nosiče CLV [=Crew Launch Vehicle]?

Jestliže dojde ke zmenšení CEV, zmenší se i požadovaný průměr posledního stupně uvažované nosné rakety CLV. Zároveň se mluví o tom, že místo navržených motorů SSME z raketoplánu, upravených pro možnost zážehu ve velké výšce (další náklady na vývoj), bude v tomto stupni použito starých známých J-2, odzkoušených v nosné raketě Saturn. Rozhodování zcela nepochybně ovlivní i nezbytnost při každém vzletu utopit pětici drahých raketových motorů na dně oceánu. Výhodnější bude asi tedy použít lacinější i když méně účinné motory. Snížený výkon posledního stupně ale vyžaduje pětisegmentovou variantu SRB - motorů na tuhé pohonné látky - v prvním stupni.
Nyní, když máme menší rozměr CEV, mohl by být jednoduše instalován na stávající nosič Delta 4 nebo Atlas 5 a celý vývoj CLV by byl zbytečný. Tyto rakety sice nejsou certifikovány pro účely pilotovaných letů, ale možná se v příštím období, až se začnou hledat úspory, dočkáme ještě dalších zajímavých nápadů.

Jiný scénář letu na Měsíc

Studie ESAS vycházela z předpokladu, že na oběžnou dráhu bude nejprve naveden lunární přistávací modul LSAS a urychlovací stupeň EDS a tam bude čekat na přílet posádky v lodi CEV. Mezi oběma starty může být poměrně dlouhá doba. Nyní se hovoří dokonce až o 95 dnech. Co ale se skladováním paliva po tak dlouhou dobu? Ať už se použije kapalný vodík nebo metan, časem se obsah nádrží ohřeje a jisté množství se odpaří a bude muset být odvětráno. Urychlovací stupeň tedy musí mít dostatečnou rezervu paliva navíc. Pokud ale start rakety s posádkou proběhne bez odkladů, bude rezerva paliva zbytečná a buď se směrem k Měsíci bude urychlovat balast nebo se bude muset nějakým způsobem (zatím nevyzkoušeným) nadbytečné palivo odpustit. Dlouhodobé skladování pohonných látek bude vyžadovat vysoce účinnou (a hmotnou) izolaci nádrží.
Jak je vidět, potýká se scénář letu ESAS s neustálým problémem správné hmotnosti.
Měsíční program by se dal zachránit zhruba dvěma způsoby. Jedním z nich je provádět setkávací manévr v libračním bodě L2. Posádka by krátce po urychlení k Měsíci přestoupila do výsadkového člunu a opuštěný velitelský a servisní modul by zakotvil v libračním bodě. Tato varianta ale zcela jistě narazí na odpor z bezpečnostního hlediska. Jediné plavidlo, která by posádku v případě potíží u Měsíce mohlo dopravit na Zemi, by se nacházelo poměrně daleko a cesta z Měsíce přes L2 k Zemi by trvala 6 dní, což zvyšuje riziko expedice.
Druhý nápad je ještě problematičtější. Hovoří se o očesání přistávacího aparátu na minimum. Neměl by žádnou přechodovou komoru, místo by v něm bylo jen pro dva astronauty místo čtyřech a 500 kg nákladu místo původně plánovaných 2300 kg. Navíc by se dalo přistávat jen v oblasti rovníku, daleko od předpokládaných zásob ledu.
Tyto katastrofické scénáře by mohly znamenat smrtící polibek pro celý projekt návratu lidí na Měsíc. Proč bychom měli jenom opakovat to, co tu už bylo před padesáti lety?
Řešením je zcela změnit architekturu mise.
Jsou navrhována mj. tato východiska. Přepracovat zcela koncepci rakety CLV a pro orbitální zkoušky použít některý ze stávajících nosičů kategorie EELV. Dále by se mělo přistoupit na vynášení velitelské a lunární sekce při jednom startu a urychlovacího stupně druhým vzletem. Tím by se rovnoměrněji rozložilo zatížení a omezilo by se na přijatelnou míru množství odpařeného LH2 v lunárním modulu, který by nemusel dlouho čekat na oběžné dráze. Jelikož by se pak pravděpodobně mohl použít stejný nosič pro vynesení urychlovacího stupně a kombinace CEV a LSAS, zjednodušily by se i startovní operace. Pokud by se podařilo rozumně zredukovat zatížení, mohl by se nasadit současný čtyřsegmentový první stupeň SRB a třeba s hotovými motory RS-68 ve středovém stupni. Jako velmi důležité se jeví omezit dobu, po kterou by mohl urychlovací stupeň čekat na přílet posádky s lunárním modulem.
Na první pohled se zdá, že naznačené myšlenky by mohly zásedně snížit náklady na vývoj systému, na druhou stranu by asi mírně vzrostly nároky na provoz. Zda se půjde popsanou cestou, nebo se zvolí zcela jiná, je otázka. V každém případě si studie ESAS žádá důkladnou revizi.

Žádná nákladní varianta CEV

Jako jedna z možných modifikací CEV se uvažovala nepilotovaná nákladní loď CDV [=Cargo Delivery Vehicle]. Na místě obvyklé velitelské sekce by byl adaptér pro dopravu rozměrných dílů v nehermetizovaném prostoru ke stanici ISS. Takovými díly by mohly být třeba náhradní silové setrvačníky.
Pokud nebude CDV postaven, není šance, jak takovéto díly na ISS dodat poté, co skončí lety raketoplánů. Je ovšem otázkou, zda v období po roce 2010 bude ISS taková zařízení potřebovat a jestli vůbec bude ISS ještě v provozu. Pokud bude ISS stále používána, je rovněž možné, že v té době už nebude NASA cítit potřebu a povinnost ji udržovat v chodu.

Rozpočtová krize

NASA nemůže očekávat, že pro nový pilotovaný prostředek a pro lety k Měsíci dostane dramaticky zvýšené finance. Někde se musí začít šetřit! Přitom existují jen dva programy, které by mohly kvůli Měsíci uvolnit peníze v dostatečné výši - raketoplán a kosmická stanice.
Předchozí rozvahy počítaly s postupným omezováním prostředků na lety raketoplánů. Redukce provozních nákladů do roku 2010 měla pokrýt potřeby na vývoj CEV a CLV. Tato představa se ukázala jako nesmyslná. Nelze zásadním způsobem snížit náklady na starty, pokud se neomezí jejich počet. Ten je ale dán minimálním množstvím letů na dostavbu ISS.
Griffin musel zažít velký šok po posledním rozboru nákladů. Analýza ukázala, že pro realizaci plánů na příští čtyři roky chybí 3 až 5 miliard USD. Reakce se dala očekávat. Griffin přikázal seškrtat rozpočet na rok 2007. Za oběť padnou některé projekty v oblasti věd o vesmíru, biologický výzkum, pátrání po mimozemském životě, dokonce se má sáhnout i na připravované mise k Marsu. To všechno se děje pár měsíců poté, co Griffin ujišťoval, že realizace Bushovy "Vize" se připravovaných vědeckých programů v žádném případě nedotkne.
Každopádně se rozpočtová krize dotkne i osudu raketoplánů. Poslední zbytky podpory raketoplánu se ve světle nedostatku financí rychle vypařily a nebude překvapením, jestliže kdysi ambiciózní projekt vícenásobně použitelné kosmické lodě neslavně skončí. Málokdo totiž chápe, že cenné a perspektivní vědecké programy mají padnout za oběť provozu starého plavidla, které má jít tak jako tak za pár let do penze.
Je teď otázkou, a zde záleží na prioritách každého jednotlivce, jestli si máme přát, aby příští start raketoplánu, plánovaný na květen letošního roku, proběhl naprosto hladce (havárii si pochopitelně nikdo nepřeje). Dá se totiž se značnou pravděpodobností očekávat, že na televizních záběrech startujícího stroje opět uvidíme odpadávající kusy izolační pěny. Pak už by byl jen krůček k tomu, aby byl Griffin opět "šokován", že ani tři a půl roku vývoje a astronomické sumy vynaložených nákladů nevedlo k odstranění příčin katastrofy Columbie. Bylo by to takřka dokonalé alibi pro to, aby se s lety raketoplánu co nejrychleji skončilo a nedostavěná stanice ISS by se ponechala "darem" partnerům. Rok 2010, kdy se mělo s lety raketoplánu přestat, se kvapem blíží, vyrobený evropský a japonský modul ISS pomalu stárne a končí mu záruční doba - dost dobrých důvodů k uzemnění nebezpečného stroje. Pro NASA by bylo dokonce finančně výhodnější, kdyby mezinárodním partnerům zaplatila kompenzaci za nerealizované díly stanice.

Předchozí řádky sice nejsou příliš optimistické, ale jako ve všech lidských aktivitách záleží i zde v první řadě na finančních (a technických) limitech. Doufejme, že skepse provázející začátek nových programů NASA bude časem nahrazena uspokojením nad viditelným pokrokem.

Reakce čtenářů (číst/přidat)

Počet reakcí: 0

Verze pro tisk