Научни новини: Artemis II завинаги

След неколкократни отлагания Artemis II излетя успешно, изпращайки четиричленния си екипаж към Луната. Така, повече от 50 години след като екипажът на Apollo 17 пое обратно към Земята, човешкото присъствие около естествения ни спътник отново стана факт. Освен че изпитаха ракетата и капсулата Orion, астронавтите направиха множество наблюдения и поставиха рекорд за хора, отпътували най-далеч от Земята – на 6600 км повече от екипажа на Apollo 13, тъй като Луната беше в по-далечна част от орбитата си.

Мисията е голям успех за NASA, която дълго време имаше проблеми с ракетата носител.

Екипаж

Той включва американците Рийд Уайзман (капитан), Виктор Гловър (пилот) и Кристина Кок (специалист), както и канадеца Джереми Хенсен (специалист).

Американците вече са били на мисии до Международната космическа станция (МКС), като от тримата Кук има най-голям опит – с почти двойно време в орбита и работа извън станцията. Престоят на астронавтката там беше удължен поради промени в графика на изстрелване. Така тя влезе в топ 10 на хората, прекарали най-много време в Космоса в рамките на една мисия, и стана първата жена с толкова дълъг престой. Гловър може да се похвали с участие в първата мисия с екипаж на SpaceX до МКС. За Хенсен това е първи полет, но канадецът също има интересна история с мисии в подводната лаборатория Aquarius и в програмата на Европейската космическа агенция (ЕКА) за престой в пещери CAVES.

Ракетата

Подобно на Saturn V – ракетата, отнесла астронавтите от програмата Apollo до Луната, Space Launch System (SLS) е най-голямата ракета в употреба за времето си. Към момента по размер я надминава само Starship на SpaceX, но той все още е в процес на разработка и не изпълнява рутинни полети.

SLS се дели най-общо на две части – ракета носител и кораб, с който екипажът отива до Луната и се връща оттам.

Частта, в която живеят астронавтите (Orion), е с капацитет четирима души, като всеки от тях разполага с обитаемо пространство от около 9 м³. Това е единственият модул, в който се поддържат условия, подходящи за живот. Освен че служи за жилищно пространство, той има и важната задача да върне екипажа на Земята – долната му страна е покрита с термален щит, който да предпази капсулата от изключително високите температури при преминаване през атмосферата. Този щит беше повод за тревога, защото при Artemis I по него бяха открити липсващи парчета и по-силно прогаряне от очакваното. За да се намали рискът за астронавтите, траекторията на Artemis II беше променена с по-остра, така че капсулата да прекара по-малко време в атмосферата. Все още няма официална информация за състоянието на щита, но важното е, че той изпълни задачата си и Orion се приводни успешно.

Към Orion е прикрепен сервизен модул. В него се намират животоподдържащите системи, които подават вода и кислород и регулират температурата в капсулата. Към модула са прикрепени и слънчевите панели, които произвеждат електричеството, нужно за мисията. Той отговаря и за промени в орбитата, като за целта е оборудван с 9 двигателя – един главен и осем помощни. Модулът е изработен от Airbus и е част от приноса на ЕКА към програмата Artemis.

За извеждането на Orion в орбита е нужна много енергия, затова инженерите са се спрели на добре изпитан подход – двустепенна ракета с помощни двигатели с твърдо гориво. Интересното е, че голяма част от ракетата носител е съставена от части, които вече са били в действие.

Като основни двигатели се преизползват тези от космическата совалка RS25, разработени през 70-те години на миналия век. Благодарение на напредничавия си дизайн и няколко подобрения през годините те все още са едни от най-добрите двигатели. От четирите, които изпратиха Artemis II до Луната, три вече са летели в Космоса, като единият е използван в 15 мисии на совалката.

Сходна е ситуацията и с двата помощни двигателя – с изключение на два модула, те са съставени от части, които са летели на множество мисии на космическата совалка. Има такива, които са участвали в трагично завършилата мисия STS-107 на „Колумбия“. При връщането на совалката към Земята тя се разпада поради повреда в топлинния щит на едното ѝ крило и това довежда до смъртта на седемчленния екипаж.

Макар и изградена от части, които могат да се рециклират, този път нищо от ракетата носител не беше спасено. Основната причина е финансова – изваждането на частите от океана и последващото им възстановяване е изключително скъпо. От друга страна, това позволи те да се използват на ръба на възможностите им, което даде повече тяга на ракетата.

Допълнителен багаж

Поради голямата мощност на ракетата NASA беше планирала да изстреля и няколко малки сателита от стандарта CubeSat с нея. През годините броят и параметрите за тях се променяха, като накрая на борда имаше четири изследователски сателита. Те бяха прикрепени към пръстен, намиращ се между сервизния модул и втората степен на ракетата, така че след разделянето им да бъдат освободени във висока земна орбита.

Първият сателит е немският TACHELES, чиято цел беше да изпита електроника за бъдещи луноходи в условията на космическата радиация. За съжаление, макар че бе успешно освободен по траекторията си, с него не бе установена връзка и той не успя да постигне стабилна орбита.

Аржентинският ATENEA имаше много интересна задача: да изпита система за далечна комуникация и да провери дали сигналите от GPS сателитите могат да се използват за навигация в Космоса. Данните са получени от екипа, така че ще е интересно да разберем какви са резултатите от теста. Сателитът нямаше двигатели и след като достигна предвидената височина от 70 000 км, се върна към Земята и изгоря в атмосферата.

Третият малък сателит е K-RadCube от Южна Корея. Той трябваше да оцени ефекта на радиационния пояс на Ван Алън върху специален силициев дозиметър, който имитира човешка тъкан, както и електрониката в самия сателит. След отделянето му беше установена връзка с него, но сигналът беше изключително слаб. Предполага се, че сателитът е изгорял в атмосферата.

Последният апарат – SHAMS, е принос на Саудитска Арабия и имаше за цел да изследва пространството около планетата ни, измервайки космическата радиация, рентгеновите лъчи и заредените частици от Слънцето, както и магнитното поле на Земята. Неговите двигатели се включиха успешно и в момента обикаля в силно елиптична орбита.

Дотам и обратно

Рано сутрин на 1 април беше дадена зелена светлина за изстрелване. Най-важната задача беше зареждането на ракетата с течно гориво – бавна и опасна процедура, тъй като течният водород е изключително взривоопасен. Известна тревога създаде пропускането на теста за течове при зареждане, който обикновено се извършва преди полет: ракетата се зарежда с гориво и се проверява дали всички уплътнения работят коректно, след което горивото се източва. Агенцията реши да не прави тази проверка, защото вече имаше забавяне поради теч в горивната система, а и самият тест предизвиква допълнителен стрес в нея.

В ранния следобед, след като вече бяха облекли защитните си костюми, астронавтите започнаха традиционната игра на карти преди полет. Тя се играе, докато капитанът на мисията загуби, за да остави лошия си късмет на игралната маса.

Няколко часа след като екипажът се беше настанил в капсулата, се появи проблем с комуникацията със системата за прекратяване на полета (Flight Termination System). Най-общо, това е система, която има за цел да взриви контролирано ракетата, ако тя излезе от траекторията си и създаде риск за поражения при падането си. Проблемът беше отстранен сравнително бързо и подготовката за изстрелването продължи без други инциденти. 

В 18:22 ч. официално бе дадена зелена светлина и започна 10-минутният период, в който ракетата минава през последните стъпки преди изстрелване: отделяне на ръкава за екипажа, активиране на спасителните системи, преминаване на собствена електрическа мощност. 

И така, съвсем не на шега, четиримата астронавти полетяха към Луната.

Самото изстрелване мина без проблеми и беше последвано от няколко маневри за установяване на висока елиптична орбита около Земята. През това време астронавтите не скучаеха, а се подготвяха за задачите, които ги очакват.

Малко след завършването на последната маневра капсулата се отдели от втората степен на ракетата и пилотът Гловър се зае с една от важните цели на мисията. В рамките на час той изпита различни маневри за доближаване към нея, като подготовка за скачване с друг апарат, защото прехвърлянето на екипаж на модула за кацане на Луната е изключително важна стъпка.

Следващата задача на астронавтите беше да изпробват специален уред за тренировки. Въпреки че полетът е кратък и не се очакваше сериозна загуба на мускулна маса в условията на микрогравитация, бяха събрани данни за ефикасността на уреда и беше проверена способността на животоподдържащата система да осигурява оптимални условия, докато астронавтите тренират.

След вълненията по изстрелването имахме повод и да се посмеем на добре познати компютърни неволи – капитан Уайзман се свърза с NASA и се оплака, че има два прозореца на имейл клиента Outlook, но и двата са замръзнали.

На следващия ден беше време Европейският сервизен модул да покаже възможностите си. След проверка на системите той извърши близо 6-минутен пуск на главния си двигател, с което астронавтите поеха курс към Луната. Избраната орбита беше познатата от ранните полети Apollo траектория на свободно връщане, при която, дори и да настъпи повреда в двигателите на капсулата, благодарение на гравитацията на Луната тя ще се върне отново в земна орбита.

Третият ден в Космоса беше белязан от друга случка, която за нас най-вероятно е комична, но едва ли е била такава за екипажа. Специалната тоалетна, която струва над 20 млн. долара, се запуши. По-късно стана ясно, че е заради замръзнала урина, и проблемът беше отстранен със завъртане на капсулата така, че Слънцето да затопли изхода на запушената тръба. Това не бяха единствените неприятности с тоалетната – малко след излитане в орбита помпата ѝ отказа. С решаването на проблема се зае Кристина Кок, която шеговито се обяви за „космически водопроводчик“. Макар и с тези дребни неприятности, тоалетната наистина предоставя изключителен лукс на астронавтите, особено в сравнение с пионерите от мисиите Apollo, които са използвали пластмасови торби, залепени към телата им.

Четвъртият и петият ден преминаха без сътресения и астронавтите използваха времето за достигането на Луната за изпитване на различни системи. Може би най-важни бяха спасителните костюми, които могат да поддържат живота на астронавтите в рамките на няколко дни в случай на авария с капсулата и загуба на атмосферата в нея.

На шестия ден Orion навлезе в лунната сфера на влияние и към края на деня премина зад тъмната страна на Луната. Астронавтите прелетяха на около 6500 км от повърхността ѝ, като поставиха рекорд по най-далечно разстояние от Земята – 406 771 км, и така подобриха постижението на Apollo 13. След като попадна зад спътника ни, екипажът загуби връзка с наземните екипи за около 40 минути. Това е очаквано и обикновено не предизвиква напрежение.

Основната задача на екипажа по време на прелитането покрай Луната беше да направи наблюдения на повърхността и да опише възможно най-добре какво вижда. Те се бяха разделили на двойки и на смени обясняваха впечатленията си от различни елементи от пейзажа, например кратери и потоци от застинала лава. Успешно беше направена снимка, подобна на популярната Earthrise от екипажа на Apollo 8, което също беше част от програмата на астронавтите. Те имаха възможност да се насладят и на няколко непланирани уникални гледки – сблъсъци на метеорити с лунната повърхност, както и на слънчево затъмнение. То се очакваше, ако ракетата излети в началото на месеца, но не беше част от официално планираната научна програма на екипажа, който обаче все пак се беше подготвил с подходящи очила за наблюдението му. 

Затъмнението изглежда по-различно от тези, които сме свикнали да виждаме, защото Луната е по-голяма и съответно закрива по-голяма част от Слънцето, оставяйки видима само тънка част от короната. Разлика има и в продължителността – затъмненията, наблюдавани от Земята, продължават няколко минути, а астронавтите се любуваха почти един час на това красиво явление.

След като излезе от сянката на Луната, екипажът предложи имена за два кратера: Integrity – на капсулата им, и Carroll – на покойната съпруга на капитан Уайзман. Кратерите се намират на границата между близката и далечната страна на Луната и в зависимост от лунния цикъл могат да бъдат видени и от Земята. Астронавтите направиха и конферентна аудиовръзка с колегите си на борда на МКС, отбелязвайки, че в онзи момент двете групи са хората, намиращи се най-далече едни от други.

Останалият път на капсулата премина без премеждия, като седмият ден се оказа „свободен“ поради отпадането на няколко предвидени проверки. Осмият и деветият ден обаче бяха сравнително натоварени. Екипажът проведе допълнителни тестове на различни подсистеми на капсулата и я подготви за кацането, монтирайки отново креслата. Бяха направени и три кратки маневри за оптимизиране на траекторията на капсулата – по една всеки ден.

На десетия ден от пътешествието си Orion, вече разкачен от сервизния модул, навлезе в небето над Хавай със зашеметяващата скорост от почти 40 000 км/ч, която надвишава над 30 пъти скоростта на звука. За да бъде предпазена от високата скорост, в началото капсулата е обвита от плазма с температура над 2500℃. Това е напрегнат момент за екипажа и наземния екип, тъй като през тази гореща обвивка не могат да преминават радиовълни и съответно няма възможност за комуникация. Въпреки тревогите, свързани с функционирането на топлинния щит, капсулата успешно се забави в атмосферата, след което с помощта на парашути допълнително намали своята скорост. Самото приводняване премина нормално, но последващото извеждане на астронавтите от капсулата се забави поради проблеми с комуникацията.

В крайна сметка и четиримата астронавти бяха прехвърлени на кораб на американските военноморски сили, завършвайки успешно мисията.

Orion се приводнява след обиколката на Луната. Снимка: NASA

А сега накъде?

През миналия месец стана ясно, че следващата мисия Artemis III няма да стигне до Луната, а ще остане в земна орбита. Главната цел ще бъде пробно скачване на Orion с някой от модулите за кацане. Единият се изработва от SpaceX, а другият – от Blue Origin, собственост на двамата ексцентрични милиардери Илън Мъск и Джеф Безос. Към момента и двете компании са назад с разработките си, което досега беше донякъде приемливо поради забавянето от страна на NASA. Но Агенцията вече има в наличност всички модули, нужни за изстрелването на Artemis III, и топката се предава на двете компании, които получиха над 7 млрд. долара за разработките си.

SpaceX планира пробно изстрелване на обновената версия на Starship, но все още не е ясно кога. В началото на годината Мъск обяви, че това ще стане през март, после го отложи за април, а в началото на месеца съобщи за забавяне с „четири до шест седмици“. Няколко дни по-късно, по време на статичен тест, единият двигател на Starship избухна, което макар и не необичайно, може да бъде причина за допълнително забавяне.

Компанията Blue Origin също няма пълна готовност. В момента версията на капсулата ѝ Mk1, която може да пренася само товар, е почти готова за пробен полет и ако той е успешен, е възможно догодина да бъде изпитано скачване на Orion с нея. Обитаемата капсула Mk2 все още е в процес на разработка и договорът с NASA е за мисията Artemis V, планирана за 2029 г.

Освен че има неяснота с модула за кацане, NASA е поставена и пред друг труден избор – в каква орбита ще бъде проведена мисията на Artemis III? Единият вариант е висока орбита, която ще позволи по-сериозен тест на подобрения термален щит на Orion, а другата опция е ниска земна орбита. Проблемът е, че за извеждане във висока орбита е нужна горна степен в ракетата, но Агенцията има само една бройка от моделa, изпитан на Artemis I и Artemis II. Това означава, че или Artemis III ще остане в ниска орбита, или Artemis IV ще лети с нова горна степен, която не е изпитана в тази конфигурация.

Предвид колко динамична и несигурна е ситуацията с Artemis III, плановете за кацане на Луната през 2028 г. към момента предизвикват съмнение.

За финал

Макар и вълнуваща, особено за феновете на Космоса, мисията остави впечатление за вял интерес от страна на публика. Това може би се дължи на ситуацията в глобален мащаб, която беше във фокуса на новинарските емисии, но и донякъде е следствие на факта, че Artemis II не даде нещо фундаментално ново, което да заплени вниманието на хората.

Екипажът изпълни безупречно задачата си да провери функционалността на капсулата и оборудването ѝ, но повтори мисия, която вече сме виждали, без особени иновации или интересни научни постижения. Много е вероятно интересът и към следващата мисия да е вял, защото сигурно няма да постави някакъв рекорд. За приковаване на милиарди погледи към екраните ще трябва да изчакаме Artemis IV с надеждата, че отново ще стъпим на повърхността на Луната.

Веднъж месечно Михаил Ангелов – биолог, агроном и любим нърд от нашия екип, ни представя най-интересните скорошни новини от различни сфери на науката и обяснява защо тези постижения са толкова значими за света и човечеството. Или най-малкото – любопитни и забавни.