První lidi od roku 1972 dopraví na povrch Měsíce loď Starship od SpaceX v rámci zakázky pro NASA

NASA v pátek překvapila nečekaným oznámením, že vybrala SpaceX jako vítěze soutěže o vývoj lunárního přistávacího modulu pro astronauty programu Artemis. O kontrakt se ucházely tři subjekty a očekávalo se, že NASA vybere dva z nich, ale agentura z důvodu nedostatku financí nakonec vybrala pouze SpaceX s upravenou verzí lodí Starship. Firma Elona Muska přišla s nejlépe hodnoceným řešením, které zároveň bylo výrazně levnější než konkurence. První lidé od dob Apolla, kteří se vrátí na Měsíc, tam tedy přistanou v kosmické lodi SpaceX.

Lidé navštívili povrch Měsíce naposledy v prosinci 1972 v rámci mise Apollo 17. NASA už dlouho plánuje návrat na Měsíc, ale momentálně nemá žádnou možnost, jak astronauty dopravit na povrch. Vyvíjená raketa SLS a loď Orion totiž dokáže posádku dopravit maximálně na oběžnou dráhu Měsíce. NASA proto před rokem vybrala tři komerční subjekty (SpaceX, Dynetics a Blue Origin), kterým poskytla prvotní finance pro vypracování konceptů a zahájení vývoje modulů pro přistání astronautů na lunárním povrchu. Projekt nese název Human Landing System (HLS).

• Blue Origin vede „National Team“, který dále zahrnuje společnosti Lockheed Martin, Northrop Grumman a Draper. Navržený systém se skládá ze tří hlavních částí – přeletového modulu (Draper), landeru (Blue Origin) a odletového modulu (Northrop). Vynesení má zajistit raketa New Glenn společnosti Blue Origin. Tento tým v první fázi obdržel od NASA 579 milionů dolarů.
• Další tým vede společnost Dynetics, která ve spolupráci s několika dalšími firmami, mezi kterými je například Sierra Nevada Corporation, navrhla znovupoužitelný lander ALPACA. Vynesení má zajistit raketa Vulcan společnosti ULA. Tým loni obdržel 253 milionů dolarů.
• SpaceX se o kontrakt ucházelo sólo s upravenou verzí kosmické lodi Starship, kterou vynese raketa Super Heavy. Společnost v prvním kole obdržela 135 milionů dolarů.

Tyto tři týmy během posledního roku pokračovaly v pracích na svých navržených řešeních a NASA nyní posoudila jejich aktualizované návrhy a dosavadní pokroky. Agentura původně chtěla do druhého kola vybrat alespoň dva finalisty, aby bylo zachováno konkurenční prostředí a také aby se zvýšila šance, že alespoň jedno řešení bude hotové včas. NASA proto požádala Kongres o 3,3 miliardy dolarů na další fázi tohoto projektu pro aktuální fiskální rok, avšak nakonec dostala pouze 850 milionů. Z tohoto důvodu bylo možné vybrat pouze jednoho vítěze soutěže.

NASA všechny tři návrhy hodnotila ve třech kategoriích – technická stránka, cena a management. Technická stránka přitom měla v celkovém hodnocení největší váhu a management naopak nejmenší. Co se týče ceny, tak NASA sice neuvádí konkrétní částky, ale prozradila, že návrh SpaceX byl výrazně levnější než řešení Blue Originu, a to bylo zase výrazně levnější než návrh společnosti Dynetics. Jak si týmy vedly ve zbylých dvou kategoriích, ukazuje následující tabulka.

Jak vidíte, SpaceX i Blue Origin získaly „přijatelné“ hodnocení v technické kategorii, zatímco návrh Dynetics byl o stupeň horší („marginální“). V kategorii managementu získalo SpaceX jako jediný subjekt nejvyšší hodnocení „vynikající“, zbylé dva týmy byly o stupeň horší s hodnocením „velmi dobré“. Jinými slovy, SpaceX přišlo s nejlépe hodnoceným a zároveň nejlevnějším řešením. Návrh Dynetics byl naopak nejhorší a zároveň výrazně nejdražší. Blue Origin je někde uprostřed s řešením, které je druhé nejlepší a zároveň druhé nejlevnější. V tomto ohledu měla NASA tak trochu štěstí, že návrh SpaceX byl nejlepší a zároveň nejlevnější. Kdyby to dopadlo jinak, možná by si agentura nemohla dovolit vybrat ani jeden dobrý návrh. NASA si navíc pochvaluje to, že SpaceX plánuje uhradit více než polovinu nákladů na vývoj a testování lunární Starship ze svého, jelikož to firma bere jako investici do vlastní technologické architektury, kterou plánuje používat i pro další komerční účely.

O konkrétním návrhu SpaceX jsem psal podrobněji už před rokem, a tak částečně recykluji text z tehdejšího článku a jen ho doplním o nové informace. SpaceX se do výběrového řízení přihlásilo se svou kosmickou lodí Starship vynášenou nosnou raketou Super Heavy. Jedná se však o značně upravenou verzi lodi, optimalizovanou pro opakované cesty na povrch Měsíce a zpět na oběžnou dráhu. Nejvýraznějšími změnami oproti normální Starship je absence aerodynamických řídicích ploch a tepelného štítu. Tyto prvky jsou totiž potřeba pouze během návratu na Zemi, ale lunární Starship vyvinutá pro NASA bude zůstávat na Měsíci. Na oficiálním obrázku lunární Starship lze vidět solární panely v horní části lodi, které jsou však o něco níže, než jak byly vyobrazeny na loňském konceptu. Astronauté se z lodi dostanou na povrch Měsíce pomocí výtahu. Dalším rozdílem oproti loňskému designu jsou přepracované přistávací nohy, které jsou nyní větší a vyklápěcí.

Zpomalení lodi před přistáním na Měsíci zajistí motory Raptor, ale ty budou poté vypnuty a finální fáze přistávacího manévru bude využívat nové metanové trysky v horní části lodi. O těch toho stále moc nevíme, ale aktualizovaný koncept jich obsahuje více a zdají se být menší. Důvodem nutnosti přistávat pomocí slabších metanových trysek je to, že Raptory mají tak vysoký tah, že například podle Roberta Zubrina by to znemožnilo přistání na neupraveném povrchu Měsíce. Proud spalin by v podstatě vyfoukal kráter v regolitu a loď by se po přistání převrhla. Zároveň by byl měsíční prach natolik urychlen, že by se mohl dostat až na orbitu Měsíce, což by způsobilo další komplikace. SpaceX proto už nějakou dobu studuje vliv spalin na měsíční regolit během přistání Starship ve spolupráci s NASA. Metanové trysky jsou řešením tohoto problému a budou použity také při startu z měsíčního povrchu na orbitu. Všechny tyto informace loni potvrdil Nick Cummings ze SpaceX v podcastu na kanálu Deep Astronomy. Loď také bude vybavena funkcemi zabraňujícími převrhnutí při přistání. Za zmínku stojí také bílá barva lunární varianty Starship. Důvodem by mohl být přínosný efekt na tepelné vlastnosti nebo prostě jen líbivější vzhled. Standardní Starship nátěr mít nemůže, protože by se opálil při návratu do zemské atmosféry.

Jak přesně tedy bude probíhat mise s přistáním astronautů na Měsíci? Starship odstartuje ze Země na raketě Super Heavy, avšak na palubě bude pouze náklad, astronauté nikoli. Loď bude nejdříve umístěna na oběžnou dráhu Země, kde bude postupně dotankována pomocí několika dalších speciálně upravených Starship. Následně se lunární Starship pomocí vlastních motorů přesune na oběžnou dráhu Měsíce, kde dokáže čekat až 100 dnů na přílet astronautů.

Astronauty k Měsíci dopraví raketa SLS v lodi Orion. Loď se poté spojí se Starship a část astronautů do ní přestoupí (do budoucna se však počítá s tím, že přestupování bude probíhat na lunární stanici Gateway). Orion se poté odpojí a zůstane na oběžné dráze Měsíce, zatímco Starship zamíří na povrch. Tam pak astronauté stráví několik dnů, během kterých také vystoupí na povrch, kde budou provádět průzkum, experimenty apod. V závěru mise pak astronauté odstartují ve Starship z lunárního povrchu a na oběžné dráze Měsíce opět přestoupí do Orionu, který je dopraví zpět na Zemi. Starship zůstane na Měsíci.

NASA spolu s oznámením vítěze soutěže zveřejnila dokument, který obsahuje obecné zhodnocení návrhů všech tří týmů a vysvětlení důvodů pro výběr SpaceX jako vítěze. Já se budu věnovat pouze informacím týkajících se SpaceX, ale pokud vás zajímají i zbylé dva týmy, můžete si dokument pročíst sami.

NASA v případě návrhu SpaceX vyzdvihuje řadu pozitiv. Lunární Starship především výrazně překračuje parametry a požadavky, které NASA v rámci výběrového řízení uvedla jako minimální. Pohádkové parametry Starship si přitom SpaceX jen tak nevycucalo z prstu – NASA uvádí, že byla schopna pomocí podrobné analýzy nezávisle ověřit, že avizované hodnoty jsou reálně dosažitelné. Velkou předností Starship je podle NASA rozměrný obytný prostor a možnost dopravit na Měsíc až 100 tun nákladu. Zároveň je možné vynést velké množství vzorků zpátky na oběžnou dráhu. To by sice momentálně nemělo valný smysl, jelikož do Orionu se toho moc nevejde, ale tato schopnost stejně jako celá Starship má pro NASA velký potenciál do budoucna.

NASA dále vyzdvihuje přístup SpaceX k různým neplánovaným situacím či nutnosti předčasného ukončení mise. Velké rezervy pohonných látek (díky orbitálnímu dotankování před cestou na Měsíc) například umožňují rychlejší návrat na oběžnou dráhu Měsíce v případě nouzové situace nebo dokonce lze pohonné látky v nádržích lodi využít pro získání dodatečného dýchatelného kyslíku pro přežití posádky. Starship je navíc vybavena dvěma plně redundantními přetlakovými komorami. Ty budou sloužit pro oblékání a svlékání EVA skafandrů pro dva až čtyři astronauty najednou. Toto zdvojení zvyšuje bezpečnost a navíc umožní provádění častějších a delších exkurzí na povrch, než kolik NASA požadovala. Agentura také vítá již probíhají testovací kampaň Starship, která se „soustředí na nejrizikovější aspekty navrhované architektury“. Podle NASA toto testování umožní SpaceX „odhalit a vyřešit provozní či výkonnostní problémy v rané fázi vývoje“. Výbuchy prototypů Starship během aktuálních testovacích letů v Boca Chica tedy NASA evidentně nevnímá jako negativum, nýbrž jako pozitivum.

Agentura ale zároveň připouští, že navrhované řešení SpaceX je kvůli nutnosti orbitálního tankování celkově dost komplikované, jelikož vyžaduje několik startů znovupoužitelných Starship v rychlém sledu. Tato komplexnost pak představuje příležitosti pro další problémy a z toho vyplývající zdržení vývoje nebo samotné mise. Na druhou stranu ale podle NASA situaci pomáhá skutečnost, že všechny tyhle komplikované manévry jsou prováděny ještě na oběžné dráze Země, takže jejich případné řešení je snazší, než kdyby probíhaly u Měsíce. Stejně tak je podle NASA výhoda, že SLS s astronauty odstartuje vždy až poté, co dotankovaná Starship dorazí na oběžnou dráhu Měsíce a úspěšně projde potřebnými kontrolami. Samotné dokování s Orionem, přestup astronautů a následné přistání na povrchu už pak je relativně prosté. Pokud se tedy objeví problémy s tankováním Starship před letem na Měsíc, nepředstavuje to žádné riziko pro astronauty.

Původním cílem programu HLS bylo stihnout přistání lidské posádky na Měsíci v roce 2024 v rámci mise Artemis 3. Jednalo se ale o cíl vytyčený bývalým americkým prezidentem Donaldem Trumpem, a tento termín byl v odborných kruzích považován za nerealistický. NASA prý aktuálně přehodnodnocuje harmonogram misí Artemis a lze tedy očekávat, že přistání na Měsíci s lidmi nejspíš proběhne o něco později. Rok 2024 je však podle zástupců NASA stále teoreticky dosažitelný, pokud všechno půjde dobře. Kromě Starship ale musí být do té doby připravena také raketa SLS a loď Orion.

SpaceX díky kontraktu HLS získá celkem 2,94 miliardy dolarů a tato částka zahrnuje kromě vývoje lunární Starship také dvě mise na Měsíc. První mise bude bez posádky a poslouží jako demonstrace dotankování Starship na zemské orbitě a následného přistání na Měsíci. Pokud tato demonstrace proběhne dobře, později bude následovat ostrá mise s astronauty. Tím skončí tento kontrakt, ale NASA se samozřejmě plánuje na Měsíc vracet i poté. O dopravu astronautů NASA na lunární povrch v rámci následujících misí se už ale budou moci ucházet i jiné firmy prostřednictvím nového výběrového řízení. O další mise tedy SpaceX bude muset soutěžit s konkurenčními firmami. Mohlo by jít opět o Blue Origin nebo Dynetics, ale třeba i nějaké nové uchazeče. Všechny tyto firmy ale budou v určité nevýhodě, protože na rozdíl od SpaceX si nejspíš budou muset zaplatit vývoj svých přistávacích modulů bez velké pomoci od NASA. Je však také možné, že se agentuře podaří v dohledné době získat více financí na projekt HLS a v takovém případě by třeba mohl být do aktuálního kontraktu dodatečně přidán druhý finalista (pravděpodobně Blue Origin).

Zdroje: Tisková konference po oznámení vítěze soutěže, Oficiální zdůvodnění NASA pro výběr SpaceX jako vítěze