Mini Międzynarodowa Stacja Kosmiczna na orbicie Ksiezyca

Pod koniec stycznia 2016 r. rosyjska agencja prasowa RIA Nowosti podała zaskakującą informację. Mówiła ona, że agencje kosmiczne Stanów Zjednoczonych, Federacji Rosyjskiej i Europy prowadzą rozmowy dotyczące form ich przyszłej współpracy po zakończeniu programu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS, International Space Station), co ma nastąpić prawdopodobnie w okolicach 2028 r.

Okazało się, że szybko osiągnięto wstępne porozumienie co do tego, że po wielkiej stacji orbitującej wokół Ziemi, kolejnym wspólnym projektem stanie się stacja co prawda znacznie mniejszych rozmiarów, ale poruszająca się tysiąc razy dalej – wokół Księżyca.

Pokłosie ARM i Constellation

Oczywiście najróżnorodniejsze koncepcje baz księżycowych – zarówno powierzchniowych, jak i nisko i wysokoorbitalnych, powstawały w minionych dziesięcioleciach mniej więcej raz na dwa lata. Różniły się skalą – od niewielkich, umożliwiających pobyt dwu czy trzyosobowej załogi przez okres kilku miesięcy, wymagających dowożenia z Ziemi dosłownie wszystkiego, co jest potrzebne do życia, do potężnych kompleksów, niemal samowystarczalnych miast zaludnionych przez tysiące mieszkańców. Łączyło je jedno – brak funduszy.
Kilkanaście lat temu przez krótki czas wydawało się, że pewne szanse ma amerykański plan powrotu na Księżyc, znany pod nazwą „Constellation”, jednak i on padł ofiarą zarówno niedoboru środków, jak i niechęci politycznej. W 2013 r. NASA zaproponowała projekt pod nazwą ARM (Asteroid Redirect Mission), później przemianowany na ARU (Asteroid Retrieval and, Utilization), czyli ambitny program dostarczenia w pobliże naszej planety i zbadania głazu z powierzchni jednej z planetoid. Misja miała być wieloetapowa.
W pierwszej fazie miano wysłać do jednej z planetek grupy NEO (Near-Earth objects), czyli bliskich Ziemi, statek ARRM (Asteroid Retrieval Robotic Mission), napędzany zaawansowanym silnikiem jonowym, miał wystartować z Ziemi w grudniu 2021 r. i wylądować na powierzchni niezdefiniowanego obiektu po niespełna dwóch latach. Za pomocą specjalnych kotwic miał uchwycić głaz o średnicy około 4 m (jego masa miałaby sięgać 20 t), a następnie opakować go szczelną otuliną. Nastąpiłby odlot w kierunku Ziemi, ale z dwóch ważnych powodów nie doszłoby do lądowania na niej. Po pierwsze nie ma tak dużego statku, zdolnego do zwiezienia tak ciężkiego obiektu, po drugie zaś nie chciano, by doszło do kontaktu z ziemską atmosferą.
W tej sytuacji powstał projekt umieszczenia w 2025 r. zdobyczy na specyficznej, bo wysokiej wstecznej orbicie okołoksiężycowej (DRO, Distant Retrograde Orbit). Cechuje się ona wysoką stabilnością, która nie pozwoli na zbyt szybkie spadnięcie na Księżyc. Ładunek byłby badany na dwa sposoby – przez sondy automatyczne oraz przez ludzi, dowożonych statkami Orion, jedyną pozostałością po programie „Constellation”. A co z ARU, który w kwietniu 2017 r. został skasowany, można było zaimplementować do bazy okołoksiężycowej? Dwa kluczowe elementy – jeden materialny, czyli silnik jonowy i jeden niematerialny – orbitę DRO.

Jaka orbita, jakie rakiety?

Przed decydentami stanęło kluczowe pytanie: po jakiej orbicie ma poruszać się stacja, którą zaczęto roboczo nazywać DSG (Deep Space Gateway, brama do głębokiego kosmosu). Gdyby w przyszłości miano z niej wysyłać ludzi na powierzchnię Księżyca, oczywistym byłby wybór orbity niskiej, mniej więcej stukilometrowej, jednak jeśli stacja miałaby rzeczywiście stanowić także przystanek w drodze ku punktom libracyjnym układu Ziemia-Księżyc, czy planetoidom, to należało ją umieścić na orbicie wysokoeliptycznej, dającej spory zysk energetyczny.
W efekcie wybrano drugą wersję, za która przemawiała większa liczba celów, które dzięki temu można będzie osiągnąć. Jednak nie była to klasyczna orbita DRO, lecz NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit) – niezamknięta, kwazistabilna orbita przebiegająca w pobliżu różnych punktów równowagi grawitacyjnej Ziemi i Księżyca. Kolejnym kluczowym problemem byłby wybór rakiety nośnej, gdyby nie to, że w ówczesnej chwili żadna taka nie istniała. W tej sytuacji oczywistością było postawienie na SLS (Space Launch System), superrakietę budowana pod egidą NASA do celów głębokiej eksploracji Układu Słonecznego, jako że termin oddania jej najprostszej wersji do użytku był najbliższy – wówczas określano go na koniec 2018 r.
Oczywiście w odwodzie pozostawały dwie inne rakiety – Falcon Heavy firmy SpaceX oraz New Glenn-3S firmy Blue Origin, mające jednak dwie wady – niższy udźwig oraz to, że wówczas również istniały jeszcze tylko na papierze (w chwili obecnej Falcon Heavy jest już po udanym debiucie, rakieta New Glenn zaś jest przewidziana do wprowadzenia do eksploatacji w 2021 r.). Nawet tak duże rakiety, zdolne do wyniesienia na niską orbitę okołoziemską ładunki rzędu 65 t, będą w stanie dostarczyć w rejon Księżyca masy w granicach jedynie 10 t. Stało się to limitem dla masy poszczególnych elementów, gdyż naturalnie DSG siłą rzeczy musiała być konstrukcją modułową. W pierwotnej wersji zakładano, że będzie to pięć modułów – napędowy i zasilania, dwa mieszkalne, śluza powietrzna oraz logistyczny, który po wyładunku pełniłby rolę laboratorium.
Ponieważ znaczne zainteresowanie DSG wyraziły także pozostali uczestnicy ISS, to znaczy Japonia i Kanada, oczywistym się stało, że manipulator dostarczy wyspecjalizowana w kosmicznej robotyce Kanada, Japonia zaś zaoferowała habitat z zamkniętym systemem podtrzymywania warunków życia. Dodatkowo Rosja oznajmiła, że po wprowadzeniu do eksploatacji statku załogowego Federacja, niektóre z nich będą mogły być kierowane ku nowej stacji. Koncepcję niewielkiego bezzałogowego lądownika, zdolnego do przywożenia z powierzchni Srebrnego Globu kilkudziesięciu do stu kilkudziesięciu kilogramów próbek obiecały opracować wspólnie ESA, CSA i JAXA. Dalekosiężne plany zakładały dołączenie pod koniec lat dwudziestych kolejnego, większego habitatu, a nieco później stopnia napędowego, który mógłby skierować kompleks na trajektorię wiodącą ku innym celom.