Gotowa rakieta SLS ze statkiem Orion dla misji Artemis I w High Bay 3 VAB.

14 grudnia 1972 r., podczas trzeciego i ostatniego spaceru na powierzchni Księżyca w misji Apollo-17, astronauci Cernan i Schmitt odsłonili plakietkę umieszczoną na podwoziu lądownika. Słowa na niej umieszczone brzmiały: Tu ludzie zakończyli pierwszą fazę eksploracji Księżyca, grudzień, A.D. 1972. Oby duch pokoju, w którym tutaj przybyliśmy, znalazł odzwierciedlenie w życiu całego rodzaju ludzkiego. Po odsłonięciu plakietki Cernan oświadczył: To nasza pamiątka, którą zostawiliśmy tutaj, dopóki ktoś taki jak my, ktoś spośród was, tam na Ziemi, będących obietnicą przyszłości, nie powróci tutaj, by ją odczytać oraz kontynuować dzieło twórców programu Apollo – podbój Księżyca. W najbliższych miesiącach, po upływie niemal dokładnie pół wieku, dojdzie do debiutu rakiety, która umożliwi powrotu ludzi na Srebrny Glob.

Space Launch System (SLS) to amerykańska superciężka jednorazowa rakieta nośna, projektowana przez NASA od 2011 r. Zastępuje ona rakiety Ares I i Ares V, które zostały anulowane wraz z resztą programu Constellation. SLS ma stać się następcą wycofanego promu kosmicznego, jako główny nosiciel w planach NASA dotyczących eksploracji kosmosu w trzeciej dekadzie XXI wieku i później. Z jej wykorzystaniem w ramach programu Artemis planowane są załogowe loty księżycowe, które utorują w przyszłości misję załogową na Marsa. SLS jest rozwijana w trzech głównych wariantach o rosnących możliwościach: Block 1, Block 1B i Block 2, z kolei każdy z nich występować będzie w wersji załogowej ze statkiem Orion oraz bezzałogowej. Rakiety SLS Block 1 mają wynieść pierwsze trzy misje Artemis, pięć następnych lotów będzie korzystać z Block 1B, a wszystkie kolejne z Block 2. SLS ma startować z kompleksu startowego LC-39B w Kennedy Space Center na Florydzie. Premierowy start został pierwotnie zaplanowany na 2016 r., ale został opóźniony już blisko dziesięć razy. W chwili obecnej najwcześniejsza data startu to 8-23 kwietnia, bądź 7-21 maja br.

Statek kosmiczny Orion z wieżą ratunkową LAS zamontowany na szczycie gotowej rakiety SLS dla misji Artemis I.

Opis

SLS jest rakietą dwuipółstopniową (według innej nomenklatury – dwustopniową z pomocniczymi rakietami startowymi), opartą na elementach promu kosmicznego Space Shuttle (STS). Pierwszy stopień rakiety składa się z identycznego dla wszystkich wersji bloku centralnego i dwóch stopni pomocniczych na paliwo stałe, występujących w dwóch wersjach. Drugi stopień będzie występował także w dwóch wersjach. Odpowiednie kombinacje stopni wpłyną bezpośrednio na udźwig rakiety, wynoszący odpowiednio – na trajektorię doksiężycową – 27, 38 i 43 t w wersji załogowej, bądź 27, 42 i 46 t w wersji cargo. Na niską orbitę okołoziemską, z uwzględnieniem masy ostatniego stopnia, rakieta będzie w stanie dostarczyć odpowiednio 95, 105 i 130 t. Wysokość rakiety w wariancie Block 2 Cargo wyniesie 111,25 m. Ciąg startowy wyniesie dla wariantów Block 1 i Block 1B 39 MN, a dla wariantu Block 2 – 31 MN. Masa startowa wariantu Block 1 wyniesie 2,6 tys. ton.
Blok centralny, wraz z rakietami startowymi, jest odpowiedzialny za wyniesienie górnego stopnia i ładunku poza atmosferę oraz przyspieszenie go do prędkości bliskiej orbitalnej. Zawiera zbiorniki paliwa (ciekłego wodoru) i utleniacza (ciekłego tlenu), przednie i tylne punkty mocowań rakiet startowych, awionikę i główny układ napędowy MPS (Main Propulsion System). MPS jest odpowiedzialny za zaopatrywanie czterech silników RS-25 w paliwo i utleniacz, wychylanie silników za pomocą siłowników hydraulicznych oraz zwiększanie ciśnienia w zbiornikach paliwa. Zapewnia on około 25% ciągu pojazdu podczas startu. Ma długość 65 m i średnicę 8,4 m i jest zarówno strukturalnie, jak i wizualnie podobny do zewnętrznego zbiornika promu kosmicznego ET (External Tank).

Każdy z pierwszych czterech lotów będzie wykorzystywał i zużywał cztery z pozostałych szesnastu silników RS-25D, które były wcześniej wykorzystywane w misjach promu kosmicznego. Producent, Aerojet Rocketdyne, zmodyfikował je poprzez modernizację sterowników, podwyższenie limitów przepustnicy, a także dodanie izolacji termicznej, z powodu obciążeń w tym zakresie jakich będzie doświadczać sekcja silnikowa ze względu na ich położenie w pobliżu rakiet wspomagających. Późniejsze loty zostaną przełączone na wariant RS-25E, zoptymalizowany pod kątem intensywnego użytkowania, który obniży koszt silnika o ponad 30%. Ciąg każdego silnika RS-25D został zwiększony z 2188 kN w wersji stosowanej w promie kosmicznym, do 2281 kN, oraz do 2321 kN w wersji RS-25E.

Dwie rakiety wspomagające, zapewniające około 75% ciągu pojazdu podczas pierwszych dwóch minut lotu, w wersjach Block 1 i 1B będą pięciosegmentowymi silnikami rakietowymi na paliwo stałe. Wykorzystywać będą segmenty obudowy, które latały na misjach wahadłowca, jako wersje czterosegmentowe. Posiadają one dodatkowy segment centralny, nową awionikę i lżejszą izolację, ale nie mają spadochronowego systemu odzyskiwania. Takie rakiety wspomagające zapewniają około 25% większy impuls całkowity. Zapas segmentów obudowy pozostałych po STS wystarczy dla ośmiu lotów rakiet SLS Block 1 i 1B. W marcu 2019 r. ogłoszono program Booster Obsolescence and Life Extension. W ramach tego programu opracowane zostaną nowe rakiety startowe na paliwo stałe dla wersji Block 2, które mają być zbudowane przez Northrop Grumman Space Systems. Pochodzić one będą z rakiet z kompozytową obudową, które były opracowywane dla anulowanego programu rakiety nośnej OmegA.

Jako górny (drugi) stopień, w pierwszych trzech misjach programu Artemis, użyty zostanie Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS). Jest to wydłużony do 13,7 m i certyfikowany do lotów załogowych wariant górnego stopnia Delta Cryogenic Second Stage rakiety nośnej Delta IV. Napędzany będzie przez pojedynczy silnik kriogeniczny RL10. Pierwszy ICPS będzie wykorzystywał wariant RL10B-2, a drugi i trzeci – wariant RL10C-2. Blok 1 ma być w stanie umieścić 95 t na niskiej orbicie okołoziemskiej, w tym ICPS jako część ładunku użytecznego. ICPS umieści bezzałogowy statek Orion misji Artemis 1 na początkowej trajektorii suborbitalnej o pułapie 30-1806 km, aby zapewnić bezpieczne opadnięcie bloku centralnego w rejonie Oceanu Indyjskiego. ICPS wykona następnie najpierw manewr osiągnięcia orbity trwałej, poprzez podniesienie jej perigeum, a później wejście na orbitę kuksiężycową TLI (TransLunar Injection).

W pozostałych misjach, począwszy od Artemis 4, użyty zostanie Exploration Upper Stage (EUS). Zakończy on najpierw fazę wznoszenia SLS Block 1B i Block 2, a następnie ponownie uruchomi się, aby wysłać swój ładunek na TLI. EUS będzie mieć średnicę 8,4 m i będzie napędzany aż czterema silnikami RL10C-3. Przewiduje się, że w późniejszym czasie zostanie jeszcze zmodernizowany, poprzez zastosowanie czterech silników RL10C-X o powiększonych osiągach. Stopień został pierwotnie nazwany Dual Use Upper Stage (DUUS), ale później został przemianowany na Exploration Upper Stage, ponieważ DUUS brzmiało wulgarnie w języku japońskim, a Japonia będzie uczestnikiem międzynarodowego programu utworzenia okołoksiężycowej załogowej stacji orbitalnej.

Rozwój i finansowanie

Podczas wspólnej prezentacji Senatu i NASA we wrześniu 2011 r. stwierdzono, że przewidywany koszt rozwoju programu SLS wyniesie 18 mld USD do 2017 r., z czego 10 miliardów dolarów na rakietę SLS, 6 mld na statek kosmiczny Orion i 2 mld USD na modernizację kompleksu startowego i innych obiektów w Kennedy Space Center. Te koszty i harmonogramy zostały uznane za nadmiernie optymistyczne w niezależnym raporcie z audytu oceny kosztów. Wewnętrzny dokument NASA z tego samego roku oszacował koszt programu do 2025 r. na co najmniej 41 mld USD za pierwsze cztery starty, przy czym nie zawierał kosztów EUS, który miał być gotowy dopiero nie wcześniej, niż w 2030 r.