Nauka

Dlaczego Artemis 1 nie może wystartować na Księżyc w dowolnej chwili. Co to jest okno startowe?

przeczytasz w 5 min.

Po pierwszej nieudanej próbie startu misji Artemis 1 w dniu 29 sierpnia kolejny start wyznaczono na 3 września. Jeśli i ta data nie wypali to będzie jeszcze szansa dwa dni później. Na kolejne trzeba będzie poczekać znacznie dłużej. Dlaczego?

Misja Artemis 1, którą porównaliśmy niedawno do lotu Apollo 8, jest dla ludzkości jest wydarzeniem o kompletnie innej wadze niż misja z lat 60. XX wieku. Wtedy udany lot na Księżyc miał przede wszystkim być zwycięstwem propagandowym, utarciem nosa butnemu ZSRR, a nauka była na drugim miejscu. O korzyściach ekonomicznych nawet nie wspominano, choć pewnie gdzieś tam tliła się taka myśl.

Oczywiście program Apollo był to także ogromny sukces, bo człowiek, który dopiero kilkadziesiąt lat wcześniej oderwał się od Ziemi na pokładzie pierwszego samolotu, pokonał ziemską grawitację i stanął na powierzchni innego ciała niebieskiego.

Apollo 8 start
Apollo 8 leci na Księżyc w 1968 roku. Z przyjemnością zobaczymy taki sam obrazek z udziałem rakiety SLS misji Artemis 1

Sześć dekad później to właśnie korzyści ekonomiczne, które da eksploracja księżycowych zasobów, pchają człowieka do „powrotu” na Księżyc. Gdyby powodem miało być jedynie zatknięcie flagi na powierzchni Księżyca, co oczywiście na początku mogą ludzie odbierać, to można się zastanawiać, czy angażowane byłyby tak ogromne środki. Mamy teraz na Ziemi dużo poważniejsze problemy. Poza tym, nawet jeśli wyścig kosmiczny trwa, to nie pierwszeństwo, a odniesione korzyści będą tu najważniejsze.

Druga próba startu misji Artemis 1 w sobotę 3 września 2022

Pierwsza próba startu misji Artemis 1 ze znanych już przyczyn nie doszła do skutku. Drugą początkowo wyznaczono na piątek 2 września, ale ostatecznie będzie ona miała miejsce 3 września. Jeśli ta próba się również nie powiedzie mamy jeszcze szansę 5 i 6 września. A potem kolejne, ale już w nadchodzących miesiącach.

Najbliższy termin startu misji Artemis 1 to 3 września 2022.
Pomiędzy godziną 20:17 a 22:17

W tym momencie pojawia się zapewne pytanie, dlaczego tylko w konkretnych dniach i o konkretnych godzinach możliwy jest start. Przestrzeń wokół Ziemi jest co prawda już zatłoczona przez inne obiekty wytworzone przez człowieka, ale aż tak tłoczno to nie jest.

Artemis 1 oczekiwanie na start
Rakieta SLS, której start rozpocznie misję Artemis 1, czeka na start na wyrzutni 39B

Narzucone przez media wymogi związane z czasem reklamowym także byłyby śmiesznym wytłumaczeniem, wszak misja Artemis 1 to coś znacznie większego niż na przykład rozgrywki Super Bowl. To mimo wszystko wysiłek, który ma charakter globalny. Pogoda może zakłócić start, ale to przeszkoda o charakterze w dużym stopniu losowym.

Ścisłe wymogi co do daty rozpoczęcia misji to problem nie tylko misji Artemis 1

Okno startowe, o którym mowa to nałożony przez naturę i ograniczenia naszych technologii, warunek, który musi być spełniony podczas każdej misji. Dla samolotu okno startowe jest w zasadzie dowolne, ale ze względu na duży ruch lotniczy, startują one w wyznaczonych momentach. Gdyby jednak nie było takiego ograniczenia, samolot może startować i lądować, kiedy zechce.

Rakieta z pojazdem kosmicznym teoretycznie też mogłaby tak uczynić, ale uniemożliwia to jej ograniczony zapas paliwa. Ten sam, który powrót na Ziemię czyni tak trudnym. Na razie możemy latać tylko wtedy, gdy uda się zgrać położenie planet czy też księżyca z Ziemią z wyliczoną pieczołowicie trajektorią. Jakiekolwiek odstępstwo wymaga nadmiarowych zapasów paliwa, a tych w kosmosie nie da się zebrać jak bonusów w grze zręcznościowej.

Loty na Marsa
Ciekawe zestawienie misji na Marsa i obranych przez pojazdy trajektorii wraz z datami startu i przybycia na Marsa. Podano także czas lotu w tygodniach (weeks)

Dlatego na Marsa na razie lecimy tylko w odstępach dwuletnich, gdy jego pozycja pod koniec podróży sondy czy innego pojazdu będzie sprzyjająca. W przypadku misji w dalsze miejsca w Układzie Słonecznym trajektorie lotu bywają znacznie bardziej skomplikowane, często uwzględniają asysty grawitacyjne i nieintuicyjny kierunek początkowy lotu. Nawet Voyagery, które ruszyły od razu w podróż ku granicom Układu Słonecznego, bez rozpędzania się z pomocą Wenus jak to uczyniła sonda New Horizons, nie obyły się bez wsparcia grawitacji Jowisza. Bo paliwo wciąż jest zasobem deficytowym w kosmosie, a nasze technologie napędowe bazujące na jego spalaniu i wynikającej z tego sile odrzutu są wciąż bardzo prymitywne.

Co to jest Okno Startowe

Okno startowe (ang. launch windows) to wynikający z wyliczeń mechaniki orbitalnej przedział czasu, liczony w godzinach, dniach, a nawet tygodniach, w którym przy założeniu konkretnych nakładów energetycznych/paliwowych i trajektorii lotu, dany pojazd kosmiczny może wystartować i pomyślnie osiągnąć swój cel podróży/misji. Okno startowe wymaga tym samym korzystnych pozycji ciał niebieskich, zarówno tych, których masa wpływa znacząco na ruch pojazdu, jak i tych, z których podróż się rozpoczyna i na których się kończy.

Na Księżyc nie lecimy z nieruchomej platformy startowej. Cel także jest w ciągłym ruchu

Jednak Księżyc jest blisko Ziemi i chyba tutaj nie ma aż takiego problemu. Otóż niestety jest i jest nim między innymi ruch naszej planety jak i Księzyca. Nie tylko wiruje ona wokół własnej osi z prędkością około 0.5 km/s w przypadku równika, ale obiega też Słońce po prawie kołowej orbicie z prędkością 30 km/s. Dlatego startujący pojazd ma nie tylko prędkość własną, ale tez prędkość związaną z poruszającą się Ziemią.

Ziemia i Księżyc zdają się być względem siebie stale w tej samej orientacji, ale ich wzajemne położenie względem Słońca, a także Księżyca względem orbity Ziemskiej ciągle ulega zmianom. Dlatego przy takich samych nakładach energetycznych/paliwowych, start z Ziemi w kierunku Księżyca może skutkować różnym efektem zależnie od momentu tego startu.

SLS i Księzyc
To stanowisko startowe wydaje się być w bezruchu wobec Księżyca w oddali. Ale to tylko pozory

Teoretycznie jesteśmy w stanie zbudować pojazd z na tyle potężnym napędem modułu transferowego, by lot na Księżyc odbywał się codziennie. I tak stanie się w przyszłości. Jednak na razie w ramach misji Artemis 1 musimy ostrożniej dobierać chwilę startu z Ziemi, która sprawi, że pojazd Orion skieruje się w stronę Księżyca, a potem będzie w stanie wejść na zaplanowaną orbitę wokół naszego satelity. Nawet jeśli start nastąpi w przewidzianym przedziale czasu, to kilkudniowa zwłoka może skutkować znaczną zmianą czasu trwania misji.

Misja Artemis 1 może potrwać 4 tygodnie, albo prawie 7 tygodni

Obecnie zależnie od chwili startu, misja Artemis 1 może potrwać od 26 do 28 dni lub od 38 do 42 dni. Zakładamy, że będzie to ta dłuższa misja, gdy pojazd Orion na dalekiej wstecznej orbicie wokółksiężycowej wykona 1,5 obiegu wokół Księżyca. Jeśli weźmiemy pod uwagę krótszy wariant, to wejście na orbitę wokółksiężycową odbędzie się w innym momencie, a Orion wykona tylko 1 obieg wokół Księżyca zanim rozpocznie powrót na Ziemię.


Poszczególne etapy misji Artemis 1 i ich czas trwania został dokładnie wyliczony

Od czego zależy wybór daty startu misji Artemis 1 i dlaczego kryteria są inne niż w przypadku misji Apollo

Kryteria, które muszą być spełnione przy wyborze momentu startu misji księżycowej. Co ciekawe, misja Apollo nie była tak wymagająca, gdyż pojazdy w tej misji wtedy stosowane czerpały zasilanie z ogniw paliwowych lub energii zgromadzonej w akumulatorach. Tymczasem pojazd Orion jest uzależniony od energii słonecznej i związany z zapewnieniem jej w trakcie lotu wymóg zmusił kontrole misji do odrzucenia wielu potencjalnych opcji startowych.

  • start możliwy jest tylko wtedy, gdy możliwe jest zatankowanie rakiety, pojemność zbiorników paliwa w Centrum Kennedy’ego wymusza minimum 2 dniową przerwę pomiędzy pierwszą i drugą próbą startu oraz 3 dni przerwy pomiędzy drugą, a trzecią próbą
  • górny człon rakiety SLS ma ograniczoną ilość paliwa, musi ona umożliwić wejście pojazdu księżycowego na trajektorię prowadzącą ku Księżycowi, a nie tylko pokonanie ziemskiej grawitacji,
  • trajektoria lotu na którą wejdzie pojazd Orion musi umożliwić mu ciągłe zasilanie energią słoneczną generowaną przez jego panele słoneczne, a przynajmniej wykluczyć dłuższe niż 90 minut przerwy w jej dostarczaniu,
  • obrana na początku lotu trajektoria musi przewidywać całą ścieżkę podróży Oriona, w tym jego manewr powrotny, gdy z pomocą Księżyca rusza w powrotną drogę, a także jej zakończenie polegające na wejściu w atmosferę Ziemi pod odpowiednim kątem, by wykluczyć utratę pojazdu (w przyszłości załogi) na ostatnim etapie podróży
  • dokładny czas końca misji musi być dobrany tak, by lądowanie odbyło się za dnia.

Możliwe przyszłe daty startu misji Artemis 1

Obecne okno startowe dla rakiety SLS i jej ładunku, które spełnia kryteria misji, potrwa od 2 do 6 września. W każdym dniu są też konkretne godziny, gdy start jest możliwy. Jeśli nie uda się w tym czasie wystartować, a rakieta wciąż będzie sprawna, to kolejne okna startowe wystąpią:

  • od 20 września do 28 września
  • od 30 września do 4 października
  • od 17 października do 23 października
  • w dniu 27 października
  • od 29 października do 31 października
  • i tak dalej….

Źródło: inf. własna, NASA, blogs.esa.int

Komentarze

2
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    pawluto
    1
    Tym co się interesują tym tematem polecam serial For All Mankind - Świetnie zrealizowany serial.
    Niech tylko was nie zniechęci pierwszy odcinek bo jest on po prostu...nudny...
    • avatar
      ZamiatajoPodDywan
      0
      i nie poleciał. mamy 5 września, a rakieta idzie do generalnego przeglądu. ciekawe czy starship będzie pierwszy :)